Desenvolvimento de tubetes para o plantio de café via manufatura aditiva com polímero biodegradável

Abstract

A cafeicultura tem destaque no agronegócio brasileiro e grande importância no cenário econômico nacional. Para o plantio de mudas de café é necessário alto nível de qualidade, pois a fase de implantação pode gerar efeitos prejudiciais no desenvolvimento. A embalagem tem papel fundamental para a proteção das raízes contra danos e orientação do crescimento de maneira saudável; as mais utilizadas atualmente são as sacolas e os tubetes de polietileno, contudo fabricados a partir de fontes não renováveis e seu descarte inadequado somado à curta vida útil representam problemas ambientais. As sacolas, por serem um ambiente fechado, propiciam o enovelamento das raízes das mudas, enquanto os tubetes, embora possuam ranhuras para direcionar o crescimento das raízes, apresentam volume de substrato limitado. Diante desse contexto, a pesquisa objetivou desenvolver novos modelos de tubetes com capacidade volumétrica intermediária, características favoráveis para o crescimento das raízes e a partir de uma blenda biodegradável de PBAT e amido termoplástico, possibilitando a implantação da muda sem sua remoção. Os protótipos foram desenvolvidos via manufatura aditiva com uma impressora de extrusão direta por pellets e apresentaram flexibilidade aparente. As dimensões projetadas (50 mm de raio,120 mm de altura e 2 mm de espessura) alcançaram uma capacidade volumétrica de 235,5 ml. O material foi caracterizado quanto a sua hidrofilicidade, ecotoxicidade, absorção de umidade e de água; os tubetes foram avaliados quanto à sua degradação pelo ensaio de compostagem e suas características foram testadas através do teste de crescimento das raízes, que foram comparadas baseadas em variáveis morfológicas indicadoras da qualidade das mudas. Os resultados obtidos indicaram uma absorção de umidade e de água em quarenta e oito (48) horas de 5% e 26%, respectivamente, enquanto o polietileno teve aumento de massa médio de 2% para ambos os ensaios. Não houve indícios da liberação de substâncias tóxicas na degradação do material pelo teste de ecotoxicidade pois não teve alteração no pH da água durante o tempo de ensaio. No ensaio de biodegradação por compostagem, em sessenta (60) dias os tubetes apresentaram perda de 56% em massa, indicando resultados promissores alinhados ao tempo de germinação do café. Todas as sementes germinaram e tiveram bom desenvolvimento radicular nas características testadas. O modelo ideal, determinado com base na germinação, indicou um tubete com vincos internos, base desenhada com múltiplas aberturas e orifícios na parte inferior das paredes apenas, podendo ter formato tanto cilíndrico quando paralelepipédico. Os resultados mostraram que os tubetes feitos com o material polimérico biodegradável são promissores para a aplicação.

The coffee industry holds a significant position in Brazilian agribusiness, playing a vital role in the country's economy. Ensuring high-quality planting of coffee seedlings is crucial, as the initial phase can impact their development adversely. Commonly used polyethylene bags and tubes, while effective, are derived from non-renewable sources, posing environmental challenges due to improper disposal and a short lifespan. Bags tend to cause root entanglement, while tubes, despite having grooves for root guidance, offer limited substrate volume. This study aims to introduce new tube models with intermediate volumetric capacity, promoting healthy root growth, and incorporating a biodegradable composite of PBAT and thermoplastic starch. Prototypes, developed through additive manufacturing, displayed apparent flexibility with dimensions (50 mm radius, 120 mm height and 2 mm thickness) achieving a volumetric capacity of 235,5 ml. Material properties such as hydrophilicity, ecotoxicity, moisture absorption, and water absorption were evaluated. The tubes underwent composting tests, and their characteristics were assessed through root growth tests, comparing morphological variables indicating seedling quality. Results revealed a moisture and water absorption of 5% and 26% in 48 hours, respectively, compared to a 2% increase in polyethylene. Ecotoxicity testing showed no indication of toxic substance release during material degradation. In composting tests, tubes exhibited a 56% mass loss in 60 days, aligning with coffee germination timelines. All seeds germinated with robust root development and the ideal model, determined by germination, featured tubes with internal folds, a base with multiple openings, and bottom wall openings, allowing both cylindrical and parallelepipedic shapes. These findings highlight the promise of biodegradable polymer tubes for coffee seedling applications.