Desenvolvimento de biocompósitos poliméricos de PLA e lignina obtida a partir da serragem e do bagaço da cana-de-açúcar

Abstract

É cada vez maior o incentivo pela utilização de plásticos que venham a trazer menores prejuízos ao meio ambiente e ao ser humano. Com isso, busca-se o uso de polímeros originários de fontes renováveis e biodegradáveis. O poliácido láctico (PLA) é um polímero que está se destacando por ser biodegradável e pela semelhança com o poliestireno (PS). O PLA apresenta boa resistência térmica e fácil processabilidade, podendo ser obtido por diversas técnicas como a extrusão, injeção e moldagem por sopro. Entretanto, o material dispõe de limitações que não possibilitam a ampliação do seu uso em larga escala, como alto custo, acentuada fragilidade e baixa ductilidade. A lignina, por outro lado, é um resíduo polimérico da indústria. Esse polímero biodegradável está presente na estrutura das plantas, sendo a macromolécula orgânica mais importante e abundante dentre os materiais lignocelulósicos, depois da celulose. A lignina desempenha um importante papel no transporte de nutrientes e metabólitos, além de ser responsável pela resistência mecânica dos vegetais e possuir propriedades antioxidantes. É um material renovável, disponível em grandes quantidades, de baixo custo, não tóxico, possui alto potencial de aplicação em diversas áreas para a síntese de novos produtos, mesmo assim, apenas 1 a 2% dela é separada e comercializada para aplicações na química, sendo o restante queimado para a geração de energia. Dessa forma, o presente trabalho tem como objetivo investigar a utilização da lignina para atribuir melhores qualidades mecânicas ao PLA e torná-lo mais acessível economicamente. A lignina foi extraída de duas fontes: o eucalipto e o bagaço da cana-de-açúcar, por polpação álcali, em seguida precipitada com ácido. Depois de preparada, ela foi incorporada ao PLA em três concentrações distintas, 10, 30 e 50% m/m. As amostras de lignina obtidas e os biocompósitos de PLA+lignina foram caracterizadas por Difratometria de Raios-X (DRX), Espectroscopia de Infravermelho (FTIR), Termogravimetria (DSC e TGA) e Espectroscopia UV/Visível. Para garantir o desempenho da adição de lignina ao PLA, analisou-se também a resistência à tração e ao impacto Izod. O rendimento da obtenção da lignina do bagaço foi de 74,71 ± 3,36%, enquanto que da serragem foi de 64,46 ± 7,66%. O número Kappa para a polpa do bagaço foi de 22,5 ± 1,9, já para a serragem foi de 35,2 ± 3,3. Os compósitos de PLA/lignina apresentaram melhores propriedades mecânicas em tração e impacto de Izod em relação ao PLA puro a partir da incorporação de 30% em massa de lignina. Com isso, a adição de lignina foi uma forma viável de trazer melhorias ao PLA, tornando-o menos frágil e mais dúctil, podendo assim, ser ampliado o seu uso industrial.

There is an increasing incentive for the use of plastics that will bring less damage to the environment and to human beings. With this, the use of polymers originating from renewable and biodegradable sources is sought. Polylactic acid (PLA) is a polymer that is standing out for being biodegradable and similar to polystyrene (PS). PLA has good thermal resistance and easy processability, and can be obtained by various techniques such as extrusion, injection and blow molding. However, the material has limitations that do not allow the expansion of its use on a large scale, such as high cost, marked fragility and low ductility. Lignin, on the other hand, is a polymeric residue from industry. This biodegradable polymer is present in the structure of plants, being the most important and abundant organic macromolecule among lignocellulosic materials, after cellulose. Lignin plays an important role in the transport of nutrients and metabolites, in addition to being responsible for the mechanical strength of plants and possessing antioxidant properties. It is a renewable material, available in large quantities, low cost, non-toxic, has high potential for application in several areas for the synthesis of new products, even so, only 1 to 2% of it is separated and commercialized for applications in chemistry, the remainder being burned for energy generation. Thus, the present work aims to investigate the use of lignin to attribute better mechanical qualities to PLA and make it more affordable. Lignin was extracted from two sources: eucalyptus and sugarcane bagasse, by alkali pulping, then precipitated with acid. Once prepared, it was incorporated into the PLA at three different concentrations, 10, 30 and 50% w/w. The lignin samples obtained and the PLA+lignin biocomposites were characterized by X-Ray Diffractometry (XRD), Infrared Spectroscopy (FTIR), Thermogravimetry (DSC and TGA) and UV/Visible Spectroscopy. To guarantee the performance of the addition of lignin to PLA, the traction and the Izod impact was also analyzed. The yield of obtaining lignin from bagasse was 74.71 ± 3.36%, while that of sawdust was 64.46 ± 7.66%. The Kappa number for bagasse pulp was 22.5 ± 1.9, and for sawdust it was 35.2 ± 3.3. The PLA/lignin composites showed better mechanical properties in traction and impact of Izod in relation to the pure PLA from the incorporation of 30% by mass of lignin. Thus, the addition of lignin was a viable way to improve PLA, making it less brittle and more ductile, thus allowing its industrial use to be expanded.