Desenvolvimento de blenda biodegradável de PIS/PCL para aplicação em embalagens descartáveis

Abstract

A proteína isolada de soja (PIS) apresenta uma perspectiva de aplicação promissora na indústria de alimentos e embalagens. No entanto, suas propriedades mecânicas inferiores e fraca resistência à água limitam sua aplicação. Neste trabalho foram produzidos filmes com propriedades de resistência a água melhoradas a partir da formação de blendas de PIS e policaprolactona (PCL) com 10%, 20% 30% PCL. Inicialmente foram conduzidos estudos para desenvolver o procedimento de plastificação da PIS que possibilitasse a formação de filmes, por compressão térmica, com flexibilidade e acabamento superficial superior. O grupo controle foi produzido pela plastificação da PIS com 30% água destilada e 30% glicerol, os parâmetros de mistura foram 70°C, 60RPM por 6 min. Como a blenda PIS/PCL apresenta imiscibilidade entre as suas fases, o ácido láurico (AL) foi utilizado como compatibilizante do sistema. Os grânulos e/ou filmes foram caracterizados quanto a sua morfologia, propriedades químicas, reológicas, térmicas e de superfície. Pelas micrografias de MEV foi observada melhor distribuição de fases nas amostras com compatibilizante, assim como a tendência do PCL a se acumular na superfície dos filmes. Com o aumento do teor de PCL nas blendas, foi observada o aumento do índice de fluidez, aumento da estabilidade à decomposição térmica e a melhoria da qualidade superficial dos filmes. Em relação às propriedades de interação com a água foram observados o aumento do ângulo de contato, a redução da solubilidade e absorção de umidade pelos filmes. Os resultados obtidos neste estudo indicaram que a adição de AL melhorou a interação entre os componentes da blenda, e que concentrações maiores de PCL promoveram a redução da hidrofilicidade devido ao maior acúmulo da fase PCL na superfície dos filmes. A blenda 20%PCL se mostrou a mais promissora para aplicação em embalagens descartáveis considerando que o PCL é um polímero sintético baseado em matéria prima fóssil, de elevado custo e com longo tempo de biodegradação.

Soy protein isolate (SPI) has a promising application perspective in the food and packaging industry. However, its inferior mechanical properties and poor water resistance limit its application. This work produced films with improved water resistance from forming PIS/Polycaprolactone (PCL) blends with 10%, 20%, and 30% PCL. Initially, studies were carried out to develop the PIS plastification procedure that would allow the formation of films, by thermal compression, with flexibility and superior surface finish. The control group was produced by plasticizing the PIS with 30% distilled water and 30% glycerol; the mixing parameters were 70°C and 60 RPM for 6 min. As the PIS/PCL blend presents immiscibility between its phases, Lauric acid (LA) was used as a compatibilizer for the system. The granules or films were characterized according to their morphology and rheological, thermal, chemical, and surface properties. Through SEM micrographs, we observed a better distribution of phases in the samples with compatibilizer and the tendency of PCL to accumulate on the surface of the films. With the increase in the blends’ PCL content, we observed an increase in the fluidity index, thermal decomposition stability, and films’ surface quality. Regarding the properties of interaction with water, the results point to a rise in the contact angle, reduced solubility, and reduced moisture absorption by the films. The results obtained in this study indicated an improvement in the interaction between the components of the blend by adding LA and that higher concentrations of PCL promoted the reduction of hydrophilicity due to the more significant accumulation of the PCL phase on the surface of the films. The 20% PCL blend proved to be the most promising for application in disposable packaging, considering that PCL is a synthetic fossil-based plastic with high economic cost and a longer biodegradation time than PIS.