Espumas produzidas a partir de fécula de mandioca

Abstract

O consumo de materiais poliméricos de origem petroquímica vem aumentando nos últimos anos, e por possuírem um tempo de prateleira curto – ou seja, serem descartáveis - o descarte incorreto destes materiais contribui para a poluição. Um material polimérico de fonte não renovável bastante utilizado é o poliestireno expandido (EPS), que devido as suas características possui aplicações diversas, contudo, o seu resíduo ocupa um grande volume, além de ser de difícil degradação. Por isso o interesse em buscar uma alternativa de um material de fonte renovável e que seja biodegradável. Nesse sentido, o objetivo deste estudo foi avaliar a influência de diversos parâmetros de preparação na estrutura celular e propriedades de espumas de fécula de mandioca para a aplicação em embalagens com ciclo de vida curto. Além da fécula de mandioca, foi usado glicerol, água, tensoativo e sílica. Foram utilizados dois métodos de mistura utilizando uma batedeira e uma câmara de mistura interna, e analisada a influência do método de mistura nas propriedades físicas e mecânicas. O teor de amilose e sua influência nas características e propriedades do material foi investigado. Também foi analisada a influência do agente plastificante (3 %, 5 %, 7 % de glicerol), tensoativo (1 %, 2 %, 3 % de detergente) e nucleante (1 %, 2 %, 3 % de sílica) nas propriedades físicas, mecânicas e morfológicas das espumas. Além de avaliada as diferenças nas propriedades físicas e mecânicas das espumas e bandejas. A mistura de fécula de mandioca e aditivos na batedeira foi realizada com água a 100°C durante 8 minutos, e a pasta foi expandida em uma prensa hidráulica, ou com molde de chapas finas utilizando a temperatura de 150°C ou com o molde de bandeja, utilizando 180°C por 30 minutos. A mistura na câmara foi realiza a 90°C, 60 rpm por 10 minutos, e a expansão da pasta foi realizada da mesma forma. As espumas de fécula de mandioca foram caracterizadas por ensaios, físicos, reológicos, morfológicos e mecânicos. A mistura na batedeira originou uma pasta com maior espessura, e a da câmara de mistura uma com menor densidade. A espuma da batedeira absorveu menos umidade, apresentou o maior ângulo de contato e uma maior resistência ao impacto. Resultados da análise física indicaram em relação ao teor de amilose que varia para amidos de fontes diferentes, além de influenciar nas características da pasta. A densidade das espumas com até 5 % de glicerol foram semelhantes da espuma sem plastificante. A incorporação de até 5 % de glicerol aumentou a absorção de umidade e a resistência ao impacto, o melhor resultado de ângulo de contato foi para a espuma com 3 % de glicerol. A incorporação de 2 % de tensoativo originou espumas com a menor densidade (0,0734 g/cm³), e com menor resistência ao impacto. Contudo, a espuma com 3 % de tensoativo apresentou a menor absorção de umidade e o maior ângulo de contato (74,8°). Quando utilizada em teores menores, a sílica atuou predominantemente como agente nucleante, gerando células menores no expandido. Em teores maiores, desempenhou um papel mais eficiente na redução da afinidade da fécula com a água. Um mecanismo de atuação da sílica no processo de formação da espuma foi proposto. Os resultados mostraram que a espuma com 2% de sílica apresentou a maior densidade (0,232 g/cm3) e maior resistência ao impacto (2067 J/m2), além de apresentar uma superfície mais hidrofóbica, apresentando o maior ângulo de contato (84,76°).

The consumption of polymeric materials of petrochemical origin has been increasing in recent years, and because they have a short shelf life - i.e., being disposable - the incorrect disposal of these materials contributes to pollution. A widely used non-renewable polymeric material is expanded polystyrene (EPS), which, due to its characteristics, has several applications; however, its residue occupies a large volume, besides being difficult to degrade. Therefore, the interest in seeking an alternative material from a renewable source and that is biodegradable. In this sense, the objective of this study was to evaluate the influence of various preparation parameters on the cell structure and properties of cassava starch foams for application in packaging with short life cycle. In addition to cassava starch, glycerol, water, surfactant and silica were used. Two mixing methods using a mixer and an internal mixing chamber were used, and the influence of the mixing method on the physical and mechanical properties was analyzed. The amylose content and its influence on the material characteristics and properties was investigated. Also the influence of plasticizing agent (3 %, 5 %, 7 % glycerol), surfactant (1 %, 2 %, 3 % detergent) and nucleating agent (1 %, 2 %, 3 % silica) on the physical, mechanical and morphological properties of the foams was analyzed. In addition to evaluated the differences in physical and mechanical properties of foams and trays. The mixing of cassava starch and additives in the mixer was performed with water at 100°C for 8 minutes, and the paste was expanded in a hydraulic press, either with thin sheet mold using the temperature of 150°C or with the tray mold using 180°C for 30 minutes. The mixing in the chamber was carried out at 90°C, 60 rpm for 10 minutes, and the expansion of the paste was carried out in the same way. The cassava starch foams were characterized by physical, rheological, morphological and mechanical tests. The mixture in the mixer gave rise to a thicker paste, and the one in the mixing chamber gave rise to a thinner paste. The foam from the mixer absorbed less moisture, presented the highest contact angle and a higher impact resistance. Results of the physical analysis indicated in relation to the amylose content that varies for starches from different sources, besides influencing the characteristics of the paste. The density of the foams with up to 5% glycerol were similar to the foam without plasticizer. The incorporation of up to 5% glycerol increased the moisture absorption and impact strength, the best result of contact angle was for the foam with 3 % glycerol. The incorporation of 2 % surfactant resulted in foams with the lowest density (0.0734 g/cm³), and the lowest impact strength. However, the foam with 3% surfactant showed the lowest moisture absorption and the highest contact angle (74.8°). When used in lower contents, silica predominantly acted as a nucleating agent, generating smaller cells in the expanded. At higher levels, it played a more efficient role in reducing the affinity of the starch with water. A mechanism of silica action in the foaming process was proposed. The results showed that the foam with 2% silica showed the highest density (0.232 g/cm3) and highest impact resistance (2067 J/m2), besides presenting a more hydrophobic surface, with the highest contact angle (84.76°).