Estudo das propriedades físico-mecânicas de compósitos à base de amido por termocompressão

Abstract

Materiais plásticos de origem fóssil são amplamente utilizados nos mais diversos tipos de aplicações, porém, a disposição incorreta aliada à baixa taxa de degradação, acarretam elevados volumes de resíduos no meio ambiente. Para reduzir esses problemas ambientais causados pelo descarte inapropriado de resíduos plásticos, diversas pesquisas vêm sendo desenvolvidas com o objetivo de produzir estruturas capazes de substituir materiais advindos de polímeros sintéticos. Dentre os polímeros estudados, destaca-se o amido que é de fonte renovável, biodegradável, não tóxico, de fácil obtenção e de custo acessível. Entretanto, a elevada hidrofilicidade e fragilidade do amido limitam sua aplicabilidade. A adição de plastificantes e resíduos ricos em fibras lignocelulósicas, como tortas advindas do processamento de óleos vegetais, cascas de frutas, casca de arroz e bagaço de cana são abordagens por vezes aplicadas para reverter estes problemas, dando origem aos chamados compósitos. Portanto, o objetivo deste trabalho foi reunir e explorar publicações na área de biocompósitos à base de amido de mandioca reforçados com fibras vegetais provenientes de diferentes fontes de resíduos agroindustriais, verificando similaridades ou diferenças entre esses estudos, e avaliando quais compósitos apresentam maiores potenciais para utilização em escala comercial. Cabe ressaltar que a farinha do arroz quebrado, apesar de não apresentar elevado conteúdo de fibras, também foi incorporada no estudo, visto que este subproduto apresenta elevado teor de amido e é amplamente produzido no Rio Grande do Sul. Com a finalidade de relacionar estudos comparáveis, foram selecionados apenas trabalhos que utilizaram o processo de termocompressão na preparação dos materiais. Dados relacionados às propriedades físicas e mecânicas, como espessura, densidade, capacidade de absorção de água, tensão e elongação na ruptura nos ensaios de tração e flexão e ângulo de contato, foram analisados estatisticamente via Análise de Matriz de Correlação e Análise de Componentes Principais. Apesar das dificuldades encontradas na comparação dos estudos, verificou-se que a densidade dos compósitos e suas propriedades mecânicas estão mais relacionadas ao tipo de resíduo utilizado e sua compatibilidade com a rede de amido formada. Também foi possível observar que a capacidade de absorção de água é fortemente influenciada pelo teor de resíduo incorporado à matriz polimérica, tendo em vista que um aumento nesse percentual promoveu redução significativa dessa propriedade. Além disso, dentre os resíduos elencados, o bagaço de malte e a fibra de coco forneceram os maiores valores de resistência à tração, e a casca de arroz os menores valores de absorção de água. Quanto aos compósitos formulados com amido puro, verificou-se que eles oferecem aplicabilidade muito limitada, visto que apresentam geralmente baixa resistência mecânica e altos valores de capacidade de absorção de água; suas características estão atreladas aos aditivos e método de preparação das amostras.

Plastic materials of fossil origin are widely used in the most diverse types of applications, however, an incorrect disposition allied to the low rate of degradation, cause high volumes of residues in the environment. To reduce the environmental problems caused by the inappropriate disposal of plastic waste, several researches have been developed with the objective to produce structures capable of replacing materials derived from synthetic polymers. Starch stands out for being renewable, biodegradable, non-toxic, easy to obtain and affordable. However, the high hydrophilicity and fragility limit its applicability. The addition of plasticizers and residues rich in lignocellulosic fibers, such as by-products resulting from vegetable oil extraction, fruit husks, rice husks and sugarcane bagasse can be applied to reverse these problems, giving rise to so-called composites. Therefore, the objective of this work was to gather and explore publications in the area of biocomposites based on cassava starch reinforced with vegetable fibers from different sources of agro-industrial waste. Similarities or differences were verified between the composites, and potential of them for use on a commercial scale was also evaluated. The broken rice flour, despite not having a high fiber content, was also analyzed in this study, since it has a high starch content being widely produced in Rio Grande do Sul. In order to compare similar samples, only those made by compression molding process were selected. Data related to physical and mechanical properties, such as thickness, density, water absorption capacity, water contact angle, tension and elongation at break in both tensile and flexural tests were statistically analyzed via Correlation Matrix Analysis and Principal Component Analysis. Despite the difficulties encountered to compare the studies, it was found that the density and the mechanical properties are especially related to the type of reinforcement and its compatibility with the starch network. It was also possible to observe that the water absorption capacity is strongly influenced by the residue content, given that an increase in this percentage leads to a higher water resistance. In addition, among the listed residues, malt bagasse and coconut fiber provided the highest values of tensile strength, and rice husk the lowest values of water absorption. The composites formulated with pure starch offer very limited applicability since they usually have low mechanical resistance and high water absorption capacity values; their characteristics are linked to additives and sample preparation method.