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CARACTERIZAÇÃO DE PRODUTOS COMERCIAIS À BASE DE AMIDO DE MILHO
Orientadora: Renata Antoun Simão
ii
iii
Arieta, Pedro de Freitas
Caracterização de Produtos Comerciais à Base de Amido de
Milho / Pedro de Freitas Arieta. – Rio de Janeiro: UFRJ / Escola
Politécnica, 2014.
IX, 58, p.: i1. ; 29,7 cm.
Orientadora: Renata Antoun Simão
Projeto de Graduação – UFRJ/ Escola Politécnica/ Curso de
Engenharia de Materiais, 2014.
Referências Bibliográficas: p 41-47.
1. Amido de Milho. 2.Biopolímeros. 3. Caracterização. 4.
Ângulo de Contato. 5. TGA. L. Simão, Renata Antoun. Ll.
Universidade Federal do Rio de Janeiro, Escola
Politécnica, Curso de Engenharia de Materiais. lll.
Caracterização de Biopolímeros.
iv
Agradecimentos A Deus, por tudo que tem feito em minha vida. Porque Dele e por Ele, e para
Ele, são todas as coisas (Romanos 11:36). Através Dele, o impossível se faz possível.
E, ainda, Ele colocou em minha vida as demais pessoas a quem agradeço.
Aos meus pais, pela educação e amor que sempre me deram. Obrigado, ao
meu pai Marco e minha mãe Monique, pelo carinho e pelas orientações que me deram
nestes 24 anos de vida. Vocês certamente são exemplos para mim e serão para meus
filhos e netos. Obrigado também ao Jean e a Carol, pelo carinho e pelas irmãs lindas
que me deram.
À minha namorada e companheira, Luíza Cravo, que nestes últimos cinco
anos, tornou minha vida mais feliz e completa. Obrigado por sempre ter sido a pessoa
que chora e sorri comigo.
Obrigado a cada um dos meus familiares e amigos, pelo amor que sempre me
deram. Agora, pois, permanecem a fé, a esperança e o amor, estes três, mas
o maior destes é o amor. (1 Coríntios 13:13).
Obrigado a minha tia Maggie, que sempre me tratou como filho, e a todos os
meus tios por quem tenho muito carinho. Obrigado ao meu avô Djalma, que desde
pequeno me incentivou a ser um engenheiro, que sempre foi uma inspiração pra mim.
Obrigado a minha vó Ida, que sempre esteve presente em minha criação, e a minha
avó Marina, que está no meio de nós por um milagre de Deus e traz sempre muito
carinho com seus abraços. Obrigado ao meu avô Arieta, que sempre sorri com as
nossas conquistas. Sou muito grato à Deus por poder ter os meus quatro avós por
perto.
Obrigado ao meu irmão Bruno, que nasceu quando eu tinha dois anos, para se
tornar mais que um irmão para mim. Obrigado as três irmãs mais lindas que alguém
poderia ter. Giovanna, Júlia, Clara, e Maria, vocês são presentes que Deus me deu.
Não poderia faltar um obrigado a pessoa, que apesar de não ser de sangue, é
uma familiar minha, a Neinha. Obrigado Neinha pelo amor, carinho e sabedoria que
me passou durante toda minha vida.
À professora Renata, que além de professora coordenadora e orientadora, se
tornou um exemplo para todos os alunos da Metalmat. Uma pessoa incrível e
generosa, com capacidade e vontade de ajudar a inúmeras pessoas ao mesmo tempo.
Sempre cercada por cerca de 10 alunos e professores, Renata sempre consegue ouvir
e orientar a todos. Renata é um exemplo a ser seguido pelos tantos professores e
cientistas deste Brasil.
A Márcia pela ajuda com o MEV, aos técnicos dos laboratórios em que realizei
ensaios e a Laura Villela, que me ajudou a realizar o ensaio de ângulo de contato.
v
“Pois em verdade vos digo que, se
tiverdes fé como um grão de mostarda, direis a
este monte: Passa daqui acolá, e ele passará.
Nada vos será impossível. “
(Matheus 17:20)
vi
Resumo do Projeto de Graduação apresentado à Escola Politécnica/ UFRJ como parte
dos requisitos necessários para obtenção do grau de Engenheira de Materiais.
Caracterização de Produtos Comerciais à Base de Amido de Milho
Pedro de Freitas Arieta
Dezembro/ 2014
Orientadora: Renata Simão
Curso: Engenharia de Materiais Os copos e sacos plásticos mundialmente comercializados, representam uma
grande ameaça ao meio ambiente. O presente trabalho visa demonstrar que os
biopolímeros feitos com o amido de milho, existentes no mercado, podem substituir os
atuais polímeros sintéticos, de forma a reduzir a poluição global.
O trabalho visa caracterizar copos e sacos plásticos feitos a partir do amido de
milho, de forma a compreender suas características física, térmicas e cristalográficas.
Palavras-chave: Amido de Milho, Biopolímero, Caracterização, Ângulo de contato,
Análises Térmicas.
vii
Abstract of Undergraduate Project presented to POLI/UFRJ as a partial fulfillment of
the requirements to obtain the bachelor of Materials Engineering.
Characterization of Commercial Products Made of Corn Starch
Pedro de Freitas Arieta
December/ 2014
Advisor: Renata Antoun Simão
Course: Materials engineering
The plastic cups and plastic bags commercialized worldwide represent a great
threat for the environment. The present work demonstrates that biopolymers made of
corn starch, can substitute the synthetic polymers used today, to reduce global
pollution.
This work intends to characterize plastic cups and plastic bags, made of corn
starch, to understand its physical, thermal and crystallographic properties.
Keywords: Corn-Starch, Biopolymer, Characterization, Contact Angle, Thermal
Analysis.
viii
Índice
1. Introdução .............................................................................................................. 1
2. Objetivo ................................................................................................................. 5
3. Revisão Bibliográfica ............................................................................................. 6
3.1. O Amido ................................................................................................................ 6
3.1.1. Amido de Milho ................................................................................................. 10
3.1.2. Propriedades .................................................................................................... 11
3.1.3. Blenda de amido de milho ................................................................................. 12
3.2. Caracterização .................................................................................................... 15
3.2.1. Espectroscopia no infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR) ............. 15
3.2.2. Caracterização Morfológica por MEV ................................................................ 16
3.2.3. Análise cristalográfica por DRX ......................................................................... 17
3.2.4. Análise Temogravimétrica -TGA ....................................................................... 18
3.2.5. Caracterização térmica por DSC ....................................................................... 20
3.2.6. Ângulo de Contato ............................................................................................ 20
4. Desenvolvimento ................................................................................................. 22
4.1. Amostras Ensaiadas ............................................................................................ 22
4.2. Metodologia Experimental dos Ensaios ............................................................... 23
4.2.1. Espectroscopia no Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR) ............. 23
4.2.2. Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) ..................................................... 23
4.2.3. Difração de Raio-X (DRX) ................................................................................. 24
4.2.4. Análise Termogravimétrica (TGA) ..................................................................... 24
4.2.5. Calorimetria Diferencial de Varredura(DSC) ..................................................... 25
4.2.6. Ângulo de Contato ............................................................................................ 25
5. Resultados e Discussões ........................................................................................ 26
5.1. Espectroscopia no Infravermelho por Transformada de Fourier ........................... 26
5.2. Caracterização Microscópica por MEV ................................................................ 29
5.3. Difração de Raio-X .............................................................................................. 30
ix
5.4. Análise Termogravimétrica .................................................................................. 32
5.5. Análise Térmica ................................................................................................... 35
5.6. Ângulo de Contato ............................................................................................... 37
6. Conclusões .......................................................................................................... 39
6.1. Sugestão para trabalhos futuros: ......................................................................... 40
7. Referências Bibliográficas ................................................................................... 41
1
1. Introdução
Os materiais poliméricos apresentam inúmeras vantagens no que diz respeito à
durabilidade, transparência e baixo custo de produção. Eles são praticamente inertes,
impermeáveis, podem ser moldados a baixas temperaturas e ainda são flexíveis.
Essas e outras características apresentadas pelos polímeros fizeram com que
a sua produção e seu uso se tornasse generalizado e crescente. Hoje, é impossível
pensar em um único dia em que não tenhamos contato com produtos que
sejam/contenham polímeros.
Os materiais poliméricos vem sendo usados em diversas áreas. Por possuírem
propriedades como: leveza, durabilidade e resistência, vem substituindo materiais
como: aço, madeira, papel e cerâmicos. Sua utilização vem crescendo em diversos
setores da economia, como: alimentos, construção civil, agrícola, calçados, móveis,
têxtil, telecomunicações, médico-hospitalar, eletrônicos, distribuição de energia e
automobilísticos.
Entretanto, se por muitos lados os polímeros se mostram muito vantajosos,
muitos deles são originados do nafta, que é subproduto do refino do petróleo. O
petróleo por sua vez, é uma fonte não renovável de energia. Estudos mostram que
com as reservas que temos descobertas até hoje, não teremos petróleo por mais de
40 anos.
No entanto, a principal desvantagem dos materiais poliméricos ainda está no
seu descarte e no seu tempo de degradação. Os polímeros em sua grande maioria,
não são biodegradáveis, isto é, eles são resistentes a decomposição por
microrganismos, como as bactérias e fungos. Ou seja, mesmo depois de jogados no
lixo, os plásticos, conservam suas propriedades físicas durante muitos anos e, dessa
forma, poluem o ambiente e aumentam a quantidade de lixo a cada dia.
2
O Brasil produz hoje, cerca de 240 mil toneladas de lixo por dia, número inferior
ao produzido nos EUA (606.000 t./dia), mas bem superior a países como a
Alemanha(85.000 t./dia)(Ghem, 2006). Desse volume, uma pequena parte é reciclada,
outra parte é destinadas aos lixões a céu aberto, ficando lá até sofrerem degradação,
que para os materiais poliméricos podem levar mais de 450 anos, como mostra a
Tabela 1, e parte é incinerada. No entanto, ao serem queimados, os polímeros podem
lançar ao ar substância nocivas, como o NH3, o HCl e o HCN, entre outros. Para ser
evitado que se lance ao ar essas substâncias, um rigoroso controle de filtração e
neutralização deve ser feito. Porém, no Brasil, isso nem sempre é seguido, tornando a
incineração um processo não tão “ecologicamente correto”.
Tabela 1.1 : Tempo que alguns materiais poliméricos levam para sofrer
degradação na natureza.
A tentativa mais ecologicamente aceita para a destinação final desses
produtos, é a reciclagem. Porém no Brasil, da produção total de produtos poliméricos,
apenas 16% são reciclados. A maior limitação para a reciclagem está na dificuldade
3
em separar as diversas resinas que são empregadas (ABIEF, 2008). Essa dificuldade
de reciclar a maioria das embalagens sintéticas disponíveis, tem incentivado
pesquisas internacionais e também nacionais, no sentido de desenvolver materiais
biodegradáveis, que permitam a sua utilização em embalagens, sacolas e copos
plásticos, por exemplo.
A biodegradação consiste em um processo pelo qual alguns microrganismos, e
suas respectivas enzimas, consomem este polímero como fonte de nutrientes, em
condições normais de temperatura, umidade e pressão. Os polímeros que se adaptam
melhor à uma biodegradação completa, são os naturais, e os polímeros sintéticos que
possuam estruturas próximas aos naturais (LIMA, 2004; BARDI; ROSA, 2007).
Os polímeros biodegradáveis além de serem inovadores na diminuição da
produção mundial de lixo, apresentam grandes vantagens, por exemplo na área
médica. Esses materiais vem sendo bastante utilizados para suturas, passando a não
mais precisar remover a sutura do paciente, visto que o material irá se degradar e
desaparecer no próprio organismo, não oferecendo riscos à saúde (FRANCHETTI,
2006)
Um dos primeiros filmes poliméricos, que promoveu inovação científica por ser
biodegradável, foi o celofane (obtido a partir do xantato de celulose), transparente,
flexível, e com boas propriedades mecânicas, mas que no entanto é sensível à
umidade. Por ser feito a partir de um produto essencialmente natural, a celulose, o
celofane não contamina alimentos e passou a ser muito utilizado desde 1908, quando
foi criado pelo engenheiro têxtil Jacques Brandenberger.
Na década de 1970, que as pesquisas se voltaram para a adição de amido,
seja de milho, mandioca ou batata, em matrizes poliméricas sintéticas, em proporção
de 5 a 20%. Com isso, surgiu os chamados polímeros biofragmentáveis, que não são
considerados totalmente biodegradáveis (GRIFFIN, 1977; GUILBERT; GONTARD,
4
1995). Na década de 1990, aumentou o interesse em desenvolvimento de materiais
termoplásticos compostos essencialmente por amido (SOUZA; ANDRADE, 2000;
MALI; GROSMANN, 2003; MALI et al., 2002, 2004a, 2005, 2006; GODBILLOT et al.,
2006; ALVES et al., 2007; SHIMAZU; MALI; GROSSMANN, 2007). Para se obter
melhora nas propriedades mecânicas, passaram a ser adicionados plastificantes, que
devem por sua vez, ser compatíveis com o biopolímero. Os plastificantes mais usados
em biopolímeros de amido, são os polióis, como o sorbitol e o glicerol.
Figura 1.1: Golfinho nada preso à uma sacola plástica em Fernando de
Noronha (www.columbianews2008.blogspot.com).
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2. Objetivo
Este trabalho busca caracterizar produtos comerciais que utilizam amido de
milho em sua composição, de forma a entender melhor suas características físicas,
térmicas e cristalográficas.
Através das análises feitas e de comparações de resultados, o presente
trabalho busca estudar dois tipos de blendas de amido de milho que vêm sendo
utilizadas na substituição dos materiais poliméricos convencionais: as blendas de
amido com polietileno e de amido com polipropileno.
Caracterizando o material, o trabalho visa compreender melhor suas diversas
propriedades, de forma que mostrar que o material é um possível substituto aos
polímeros comumente utilizados para produção de copos e sacolas plásticas.
6
3. Revisão Bibliográfica
3.1. O Amido
O amido é a principal substância de reserva nas plantas e fornece
aproximadamente 75% das calorias consumidas pelo ser humano
(MATSUGUMA,2006). A matéria-prima é disponível em grande quantidade e os
processos industriais nos permitem extrair o amido com elevada pureza. Trata-se uma
matéria-prima não tóxica, renovável e o mais importante, biodegradável.
O amido é obtido a partir de diversas fontes vegetais, como raízes, cereais,
tubérculos, legumes e também algumas frutas. No entanto sua extração em nível
comercial se restringe aos cereais, raízes e tubérculos. O amido se encontra
armazenado sob a forma de grânulos, que apresentam um certo grau de organização
molecular, o que confere aos mesmos um caráter semicristalino, com graus de
cristalinidade que variam de 20 a 45% (YOUNG, 1984). Sua estrutura complexa
formado de monossacarídeos (glicose) ligados entre si é representado pela fórmula
geral (C6H10O5)n.xH2O.
O grão de amido é uma mistura de dois polissacarídeos, a amilose e a
amilopectina, que são polímeros de glicose formados através da síntese por
desidratação. A amilose é um polímero linear composto por unidades de D-glicose
químicas e funcionais bastante diferentes, podendo afetar as suas aplicações
industriais.
7
Figura 3.1: Estrutura molecular da amilose e da amilopectina. (VAN SOEST
& VLIEGENTHART, 1997)
Por se tratar de um polímero semicristalino, seus grânulos apresentam
birrefringência ao serem observados em microscópio óptico de luz polarizada. As
regiões cristalinas são originadas da parte linear das moléculas de amilopectina, que
forma estruturas helicóidais duplas, estabilizadas por ligações de hidrogênio entre
grupamentos hidroxila. A parte amorfa, no entanto, é composta pelas ramificações de
amilopectina e pelas cadeias de amilose (SOUZA; ANDRADE, 2000).
Os grânulos de amido nativo apresentam três tipos de estruturas cristalinas
diferentes, chamadas de A, B e C. Tais estruturas se diferem pela densidade de
empacotamento das hélices simples ou duplas e pelo teor de água. As redes
cristalinas dos tipo A e B consistem de estruturas de duplas hélices hexagonais. A
cristalinidade de A e B se diferem pela densidade de empacotamento das hélices
duplas no interior da célula unitária. A estrutura do tipo B pode ser descrita como uma
associação de hélices com uma coluna de água presente no centro e substituída por
Amilose
Amilopectina
8
uma hélice dupla. O volume de água incorporado na rede cristalina é de
aproximadamente 1 – 1,25 cm3 em cada um grama de amido seco para as formas A e
B, respectivamente (VAN SOEST et al., 1996). As estruturas do tipo A são
normalmente encontradas em cereais, como o de milho, enquanto as estruturas do
tipo B são comumente encontradas em tubérculos. A estrutura do tipo C é considerada
como que uma estrutura intermediária entre as A e B, sendo encontradas em amido de
ervilha, por exemplo.
As fontes principais de amido são: o milho, o arroz, o trigo, a batata, a
mandioca, a aveia e o inhame. Como podemos ver pela Tabela 2, o milho, o arroz, a
aveia e o inhame apresentam maior teor médio de amilose, tornando-se ótimos para a
geração de filme de amido. No então, como podemos ver na Tabela 3, com dados do
IBGE sobre a produção anual desses produtos, o milho possui a terceira maior
produção anual do país, em peso, perdendo apenas para a soja e para a cana-de-
açúcar.
Como os demais carboidratos naturais, assim como o glicogênio e a celulose, o
amido é um polissacarídeo formado apenas por unidades glicosídicas. Os grãos de
amido são constituídos por duas moléculas distintas, amilose e amilopectina, ambas
contendo somente unidades de D-glicose. A amilose é uma molécula linear levemente
ramificada, ligadas por ligações α-(1→4), com grau de polimerização de 200 a 3000,
dependendo da fonte do amido. A amilopectina é um polímero menos hidrossolúvel
que a amilose, altamente ramificado, com unidades de D-glicose ligadas através de
ligações α-(1→4) e ramificações em α-(1→6) (ELLIS et al., 1998). Variações nas
proporções entre estes componentes e em propriedades e estruturas, podem resultar
em propriedades físico-químicas distintas.
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Tabela 3.1 : Conteúdo de amilose e amilopectina de amidos naturais. Fonte: GARCIA,
1999; ALVES; GROSSMANN; SILVA, 1999 e WANG; WHITE, 1994.
Fonte vegetal Amilose (%)
Milho 25
Batata 23
Arroz 15 – 25
Trigo 20
Mandioca 16 – 20
Inhame 30
Aveia 16 – 33
Tabela 3.2 : Produção anual brasileira em 2010. Fonte: Adaptado de: IBGE,
Diretoria de Pesquisas, Coordenação de Agropecuária, Produção Agrícola
Municipal, 2010
Principais Produtos Quantidade produzida (Milhões de ton.)
Cana de açucar 717.4
Soja em grão 68.7
Milho (em grão) 55.7
Mandioca 24.5
Arroz (em casca) 11.2
Trigo(em grão) 6.1
Batata-inglesa 3.5
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3.1.1. Amido de Milho
O amido de milho é um dos principais ingredientes para indústria alimentícia,
sendo muito utilizado como agente espessante, agente de gelatinização e para
retenção de água. No entanto a produção de milho no Brasil excede seu consumo
para fins alimentícios. Com isso, vem crescendo o interesse de inúmeros
pesquisadores em desenvolver plástico biodegradável derivado de grãos de milho,
para serem utilizados como embalagens de alimentos, copos plástico, sacolas de
supermercado, canetas BIC, dentre outros fins.
Apesar dos filmes de amido de milho serem uma alternativa ecologicamente
correta para substituição dos polímeros convencionais, derivados do petróleo, como
por exemplo: o polietileno, PET e polipropileno, sua natureza hidrofílica pode dificultar
sua utilização para fins tecnológicos. O material absorve água com muita facilidade e
incha, perdendo assim suas propriedades mecânicas e ação de barreira.
Para melhorar as propriedade dos polímeros à base de amido de milho, é
comum adicionar a ele, outro polímero derivado do petróleo, como o PEBD. Esses
materiais, no entanto, não são biodegradáveis e podem causar problemas ambientais,
como morte de peixes, que confundem os pequenos pedaços de plásticos que
sobraram após a degradação do polímero à base de amido de milho, com algas.
Outra proposta para evitar a absorção de água pelo polímero, foi dada pela
pesquisadora e professora do departamento de Engenharia de Materiais da UFRJ,
Rossana Mara da Silva M. Thiré. Sob orientação das professoras Renata Antoun
Simão (COPPE) e Cristina Tristão de Andrade, do (IMA), Rossana desenvolveu um
material completamente biodegradável, depositando um nano filme de carbono amorfo
por plasma frio, sobre o polímero de milho. Este filme é capaz de reduzir em 90% a
absorção de agúa do material (THIRÉ, 2004).
11
3.1.2. Propriedades
O amido possui como principais propriedades, as seguintes: gelatinização,
fusão, gelificação e retrodegradação.
A gelatinização é causada quando se tem água e calor sendo aplicado ao
amido ao mesmo tempo. O calor leva ao rompimento das ligações de hidrogênio e
possibilita a penetração de água aos grânulos. Conforme as moléculas de amilose e
amilopectina ficam hidratadas, a viscosidade tende a aumentar. Essas mudanças
também levam a diminuição do índice de cristalinidade, notado pela perda de
birrefrigênica, podendo ser observado em microscópio óptico. O ponto onde a
birrefrigência desaparece, é considerado como “ponto de gelatinização”. A
gelatinização também pode ser definida como o colapso das ordenações moleculares
dentro do grão do amido, que ocorre com mudanças irreversíveis como: inchaço dos
grãos, perda de birrefrigência, solubilização do amido e fusão cristalina.
Tabela 3.4 : Intervalo de temperatura de gelatinização de amido de
diferentes fontes. Adaptado de BOBBIO e BOBBIO, 1992
Amido Intervalo de T de gelatinização(ºC)
Batata 56-66
Mandioca 58-70
Milho 62-72
Trigo 52-63
Arroz 61-77
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Conforme os grânulos ficam inchados e tem-se a solubilização do amido,
passa-se a ter uma pasta viscosa e não mais um fluido. Assim, podemos definir a
fusão, como o inchamento dos grãos unido à perda de ordenação de curto alcance.
A gelificação acontece após a gelatinização, quando a pasta viscoelástica é
resfriada. Com o resfriamento, tem-se um aumento de viscosidade e rigidez, que para
o amido de milho, aumenta consideravelmente, resultando em um gel rígido. Esse
aumento de rigidez, se dá pela formação de uma rede tridimensional constituída por
moléculas de amilose, essa estrutura é reforçada por grânulos gelatinizados e
inchados, contendo principalmente amilopectina.
Em uma pasta de amido resfriado feita a partir de amido de milho, as
moléculas de amilose tendem a se reassociar. As moléculas de amilose e
amilopectina se unem, formando uma rede cristalina. Essa recristalização do amido
gelatinizado é conhecido como retrogradação. Esse termo também é usado para
descrever eventos que ocorrem durante o envelhecimento da pasta de amido. A
definição mais utilizada pelos cientistas para o processo de retrogradação é a
seguinte: “A retrogradação do amido é um processo que ocorre quando temos
moléculas gelatinizadas de amido se reassociando em uma estrutura ordenada”. O
DSC é o experimento mais indicado para medição de retrogradação, embora difração
de raio-X também se mostre útil para este fim.
3.1.3. Blenda de amido de milho
Apesar do amido ser um material muito promissor, sua aplicação ainda é
limitada devido a sua fragilidade e susceptibilidade à água (na presença de água o
amido incha). Uma forma encontrada para a otimização das propriedades do amido e
13
que tem sido empregada com muito sucesso na produção industrial, é o uso do amido
com diversos outros polímeros, dando origem a blendas poliméricas. (YU, 1996)
As blendas são materiais de baixo custo e que possuem grande versatilidade
quanto a sua forma de processamento. As blendas de amido com outros polímeros,
têm como finalidade melhorar ou modificar as propriedades do amido, além de
produzir um material de custo baixo, já que o amido é um dos materiais mais baratos
disponíveis. (AMASS, 1998)
Figura 3.2: Pellets de blenda de polietileno com amido termoplástico.
Dentre todos polímeros, o de maior interesse comercial para se utilizar com o
amido de forma a produzir blendas, é o polietileno de baixa densidade. O polietileno
apresenta baixo custo, sendo um dos materiais mais utilizados na produção de filmes
para embalagens, filmes para agricultura e outras aplicações. (GRIFFIN, 1994)
Embora o polietileno seja um dos polímeros de grande potencial para formar
blendas com o amido termoplástico, a sua baixa polaridade propicia a formação de
14
blendas imiscíveis, ou seja, o amido não se mistura com a matriz polimérica. Isso
acontece porque o amido é hidrofílico e o polietileno totalmente hidrofóbico. Esse fato
se torna bastante visual no microscópio eletrônico de varredura (MEV) com aumento
de 1000x. Pode-se observar grão de amido em meio a matriz de polietileno. Os grãos
de amido atuam como carga (GRIFFIN, 1977).
O fato dos grãos de amido atuarem como carga é fundamental para a
biodegradabilidade da blenda. Quando o material composto de polietileno e amido é
descartado no meio ambiente, a carga de amido se desprende da matriz de polietileno
e o material se parte em pequenos pedaços de polietileno, podendo ser biodegradado
com a ação da luz solar e de bactérias. (SCOTT & WILES, 2001, SCOTT, 1990).
Entretanto, é importante ressaltar que apesar do amido não ser miscível na
matriz, deve haver um bom grau de interação amido-polímero, caso contrário o
material teria baixíssima resistência mecânica, visto que ao aplicar qualquer esforço se
daria o descolamento amido-polímero, e não é isso que ocorre. Podemos utilizar esse
tipo de materiais na produção de sacolas plásticas, que carregam peso, comprovando
que possuem considerável resistência mecânica.
Muitos estudos têm sido conduzidos com o objetivo de melhorar as
características dessas blendas. Em muitos deles, se destaca o uso de agentes
compatibilizantes, tais como o poli (etileno-g- anidrido maleico) (BIKIARIS &
PANAYIOTOU, 1998), poli(etileno-co- alcool vinilico) (SAILAJA & CHANDA, 2002),
poli(etileno-co-acido acrilico), poli(etileno-co-metacrilato de glicidila)(SAILAJA &
CHANDA, 2000).
15
3.2. Caracterização
3.2.1.Espectroscopia no infravermelho por Transformada
de Fourier (FTIR)
A espectroscopia de infravermelho (espectroscopia IV) é um tipo de
espectroscopia de absorção, que utiliza a região do infravermelho do espectro
eletromagnético.
A técnica pode ser usada para investigar a composição da amostra ou
identificar um composto, assim como as demais técnicas espectroscópicas. O método
é vantajoso por ser não destrutivo, e ser capaz de analisar compostos orgânicos e
alguns inorgânicos.
A espectroscopia no infravermelho se baseia no fato de que ligações
químicas possuem frequências de vibração específicas, estando essas relacionados
a níveis de energia da molécula (níveis vibracionais). As frequências são dependentes
das massas dos átomos, da rigidez das ligações, e da geometria molecular.
Se a molécula receber radiação eletromagnética de mesma energia de uma
dessas vibrações, então ela absorverá a luz. A molécula precisa sofrer uma variação
no seu momento dipolar durante essa vibração, para que a vibração apareça no
espectro IV. A absorção se dá quando a energia da radiação IV possui a mesma
frequência de vibração da ligação.
Essencialmente, existem duas vibrações fundamentais; estiramento das
ligações e deformação angular. O estiramento ocorre quando os átomos permanecem
no mesmo eixo da ligação, mas a distância entre os átomos varia. A deformação
angular ocorre quando as posições dos átomos mudam em relação ao eixo original. As
16
vibrações de deformação angular normalmente requerem energias menores de ligação
que as vibrações de estiramento.
A Espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) é uma
técnica mais rápida para se colher o espectro infravermelho. Ao invés de se coletar os
dados variando a frequência da radiação infravermelha, a radiação IV é guiada através
de um interferômetro, interage com a amostra, e então atinge um detector. Logo após,
o sinal é amplificado, digitalizado, e processado por uma transformada de Fourier.
Resulta-se em um espectro idêntico ao da espectroscopia IV convencional, porém
como muito mais rapidez. Em adição, os espectrofotômetros FTIR são mais baratos
que os convencionais, isso se deve a simplicidade de construir um interferômetro
comparado ao monocromador. Devido as suas vantagens, praticamente todos os
espectrofotômetros de IV modernos são de FTIR.
3.2.2. Caracterização Morfológica por MEV
A técnica mais utilizada para se caracterizar a morfologia de um material, é
realizada com o microscópio eletrônico de varredura. O MEV produz imagens de alta
profundidade de campo, o que significa que podemos obter diversos relevos da
superfície da amostra. As imagens são tridimensionais, portanto, mais fáceis de
interpretar que as imagens de projeção de microscopia de transmissão
(CANEVAROLO, 2007).
O aspecto mais atrativo da microscopia de varredura é a facilidade de se
preparar as amostras. Para os materiais não condutores como os polímeros,
necessita-se apenas de revestimentos condutivos ou uso de baixa voltagem de
aceleração do feixe. Como a topografia da superfície é geralmente a principal
17
característica de interesse na análise, a espessura da amostra não é um aspecto
crítico, como acontece com a microscopia eletrônica de transmissão. Como
revestimentos metálicos utiliza-se: o ouro, platina, alumínio ou carbono
(CANEVAROLO, 2007).
Materiais poliméricos apresentam muitas vezes sensibilidade a elétrons de alta
energia. O feixe ao interagir com materiais orgânicos pode provocar a reticulação do
polímero, ou até mesmo a quebra de suas ligações. (CANEVAROLO, 2007)
Para reduzir danos causados na amostra, algumas precauções devem ser
tomadas, como:
Utilizar técnica de baixa dosagem de feixe,
Utilizar intensificadores eletrônicos de imagens
Realizar as análises em temperaturas mais baixas, com o
objetivo de reduzir efeitos secundários.
3.2.3. Análise cristalográfica por DRX
A história deste método começa em 1895, com a descoberta dos raios X pelo
físico Wilhelm Conrad Rontgen. Porém, após a descoberta dos raios X, diversos
experimentos com intuito de difratar esses raios foram feitos sem sucesso. Como o
comprimento de onda era pequeno demais, não havia uma fenda consideravelmente
pequena que fosse capaz de difratar os raios. Foi apenas em 1912, que um físico
também alemão, Von Laue (Nobel 1914), considerando que os cristais eram
compostos de átomos espaçados assim como os planos atômicos dos cristais, esses
planos seriam capazes de atuar como centro de espalhamento dos raios X, se eles
fossem ondas eletromagnéticas de comprimento próximo às distâncias interatômicas
dos cristais.
18
A técnica de DRX desenvolvida, consiste em expor uma amostra pulverizada a
um raio X monocromático. O difratômero determina os ângulos nas quais ocorre a
difração, enquanto o contador mede a intensidade. Podemos relacionar os picos de
intensidade a estruturas cristalinas específicas, e assim compreender seus compostos
cristalinos. Com a técnica é possível também se determinar o grau de cristalinidade de
um material semi-cristalino, A figura 3.3 mostra a técnica utilizada para cálculo da
cristalinidade do amido semicristalino.
Figura 3.3 : Gráfico de difração de raios-X, obtido do amido,
onde está demonstrado o cálculo do grau de cristalinidade.
3.2.4. Análise Temogravimétrica -TGA
A análise termogravimétrica é muito útil para obtenção de informações sobre
transições de fases, e determinação das propriedades térmicas de materiais
poliméricos. É possível se analisar estabilidade térmica e temperatura de degradação
para diferentes materiais.
19
O termo Análise Termogravimétrica (TGA) é empregado no lugar de TG,
particularmente no caso de polímeros, para assim evitar a confusão verbal com Tg,
abreviação da temperatura de transição vítrea. Duas curvas são apresentadas: TGA e
sua derivada (DTG), como vemos na figura 3.4.
Figura 3.4 : Típica curva de TGA e DTG. (www.pubs.rsc.org)
A análise termogravimétrica consiste em utilizar calor para forçar reações e
mudanças físicas no material. A técnica de TGA é capaz de fornecer medidas
quantitativas, de mudanças de massa associadas a transições térmicas e degradação
térmica. Características termogravimétricas das curvas de TGA/DTG são únicas para
cada tipo de material e compostos químicos. Isso se deve ao fato de cada material
possuir sequências únicas de reações físico-químicas, ocorrendo em temperaturas
específicas, e para específicas taxas de aquecimento. Essas características únicas
estão relacionadas as estruturas moleculares de cada polímero.
20
3.2.5. Caracterização térmica por DSC
O princípio básico da calorimetria diferencial de varredura, é o mesmo do TGA:
obter informações da amostra através de mudanças de temperatura. O DSC difere do TGA
por não depender da variação de massa. A técnica desempenha um importante papel de
identificação de transições de fase sem variação de massa.
DSC (Differential scanning calorimetry) é uma técnica de analise térmica onde a
diferença de calor, necessária para elevar a temperatura de uma amostra e uma amostra
de referência, é medida como função da temperatura. Ambas, amostra e referência, são
mantidas na mesma temperatura durante o experimento.
3.2.6. Ângulo de Contato
Existe hoje, uma intensa busca por desenvolvimento de materiais com
superfícies hidrofóbicas, e interfaces com baixa fricção e adesão, ou seja, existe uma
busca por materiais com baixo ângulo de contato. O ângulo de contato é dependente
de diversos fatores, incluindo a rugosidade, energia de superfície, a preparação e a
limpeza da superfície. Quando o ângulo de contato é menor do que 90o, o material
possui a capacidade de absorção de água. No caso de uma superfície superhidrofílica,
quando Ө = 0o, a superfície será completamente molhada pelo líquido.
O ângulo de contato como um fenômeno de molhamento foi inicialmente
definido para superfícies sólidas, não porosas, e não absorventes, para as quais o
ângulo de contato foi tomado como equilíbrio. Os líquidos apresentam um
comportamento bastante diferente se aplicado em superfícies lisas ou se aplicado em
superfícies rugosas. Young, em 1805, descreveu uma relação envolvendo a tensão
superficial em um ponto da linha de contato entre três fases: uma fase sólida (S), uma
21
líquida (L) e uma fase de vapor (V). O ângulo de contato de Young foi dado pela
equação:
Onde ƔLV, ƔSV e ƔSL são as tensões superficiais (energia livre por unidade de
área) das interfaces líquido-vapor, sólido-vapor, sólido-líquido, e o ângulo de contato é
representado por Ө. Como apresentado na Figura 3.4, o ângulo Ө é o ângulo entre a
superfície e uma tangente traçada por sobre a superfície da gota, passando através do
ponto triplo(vapor-sólido-líquido). O fenômeno de propagação do líquido sobre a
superfície, que é medido pelo ângulo de contato, é diretamente dependente das forças
moleculares de adesão e coesão que existem entre o sólido e o líquido, e com o
líquido. Ou seja, é dependente da relação entre as forças de adesão que fariam a gota
se espalhar sobre a superfície, e as forças de coesão do líquido que querem contrair a
gota, tornando-a uma esfera.
Figura 3.5 : Representação da tensão superficial da gota na superfície no ponto
triplo de contato entre as três fases. Adaptado de (Ulman, 1991).
O valor medido do ângulo de contato Ө, nos mostra se a superfície é hidrofílica
ou hidrofóbica, e seus valores podem variar teoricamente de 0o até 180o. Basicamente,
um ângulo de contato alto representa uma superfície hidrofóbica, enquanto um ângulo
de contato baixo representa uma superfície hidrofílica.
22
4. Desenvolvimento
4.1. Amostras Ensaiadas
Neste estudo foram utilizadas amostras de dois tipos de produtos feitos com
biopolímeros à base de amido de milho: o copo plástico e o saco plástico. A empresa
produtora é a Wuhan Huali Environment Protection Science & Tech Co.,Ltd, que se
localiza em Wuhan, Hubei, China.
(a) (b)
Figura 4.1: Materiais utilizados nos experimentos para caracterização dos biopolímeros à base de amido de milho: (a) Copo plástico e (b) Sacos plásticos. Imagem de http://www.psm.com.cn/
De acordocom o fabricante, o material usado para produção do copo plástico
possui composição química de:
68-78% ------ Amido de milho
3-5% --------- Celulose
15-20%------- Hidroxila de polipropileno
1-3% --------- Carbonato de Cálcio
<5% ---------- Outros
23
Enquanto que o material usado para produção do saco possui:
68-78% ------ Amido de milho
3-5% --------- Celulose
15-20%------- Hidroxila-Polietileno
1-3% --------- Carbonato de Cálcio
<5% ---------- Outros
4.2. Metodologia Experimental dos Ensaios
4.2.1. Espectroscopia no Infravermelho por Transformada
de Fourier (FTIR)
Baseado no fato de que as ligações químicas possuem específicas frequências
de vibração, o método de espectroscopia no infravermelho por transformada de
Fourier é usado para investigar a composição da amostra.
O equipamento utilizado para realização do ensaio de FTIR foi o NICOLET
6700 FT-IR no laboratório de Microscopia de Ultra Alta Resolução PEMM/COPPE
4.2.2. Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV)
O microscópio eletrônico de varredura nos permite obter imagens de
superfícies com grande profundidade de campo e alta resolução, além de imagens
com aparência tridimensional de fácil interpretação. (Mannheimer, 2002).
24
Foram obtidas micrografias da superfície dos copos e dos sacos plásticos por
Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), utilizando-se o Microscópio JEOL JSM
(modelo 6460 LV; Tóquio, Japão) com um filamento de tungstênio operando em 15
KV. As amostras utilizadas foram previamente recobertas com 250 Angstrons de ouro.
4.2.3. Difração de Raio-X (DRX)
Com a técnica de difração de raios-x, foi possível compreender a estrutura
cristalina do material e calcular o grau de cristalinidade.
As análises foram realizadas no Laboratório Multi-usuário da UFRJ, no
equipamento DRX - Shimadzu XRD 6000. A voltagem utilizada foi de 30KV com uma
corrente de 30mA. O experimento foi realizado de modo contínuo com 2Ө entre 10 e
80 °, em um passo de 1°/minuto.
4.2.4. Análise Termogravimétrica (TGA)
A análise termogravimétrica nos fornece a variação da massa de uma amostra
em função da temperatura, ou do tempo, a temperatura constante, modo isotérmico.
Os corpos de prova, do saco plástico e do copo plástico, foram analisados por
TGA utilizando-se um analisador térmico do tipo Shimadzu TG 50, localizado no
laboratório multi-usuário PEMM/COPPE. As amostras foram aquecidas da temperatura
ambiente até 600° C com uma taxa de aquecimento de 10° C/min em atmosfera de ar.
25
4.2.5. Calorimetria Diferencial de Varredura(DSC)
Com a análise da calorimetria diferencial de varredura, se pode calcular a
entalpia das transições do material em análise, de forma que podemos encontrar a
temperatura de transição vítrea (Tg), de cristalização(Tc), e de fusão(Tm) das
amostras.
Os corpos de prova foram analisados por DSC de compensação de potência,
utilizando-se o equipamento de modelo Perkin Elmer DSC 8000, do laboratório Multi
usuário PEMM/COPPE.
O ensaio foi realizado com aquecimento de 10º C por minuto, entre as
temperatura de 40 e 240oC.
4.2.6. Ângulo de Contato
O grau de hidrofilicidade das amostras a nível macroscópico foi conhecido
através de medidas de ângulo de contato utilizando o goniômetro Ramé-Hart, operado
em ar e temperatura ambiente, e em temperatura de 60oC. O equipamento é
localizado no Laboratório de Superfícies Asfálticas e Polimérica PEMM/COPPE.
Foram obtidas medidas em três regiões diferentes da amostra. Uma gota de água de
2,5 μL foi colocada sobre a superfície da amostra, sendo a imagem da gota capturada
por uma câmera digital, conectada ao equipamento. Os ângulos de contato foram
calculados automaticamente pelo computador que estava conectado ao equipamento.
26
5. Resultados e Discussões
Seguindo a metodologia de pesquisa descrita no capítulo anterior, este
presente capítulo visa apresentar os resultados experimentais realizados. Os
experimentos visam caracterizar os biopolímeros utilizados para produção de copos e
sacos plásticos biodegradáveis quanto a sua composição química, estabilidade
térmica e dispersão de fase.
5.1. Espectroscopia no Infravermelho por Transformada
de Fourier
Fazendo uso da espectroscopia no IV por transformada de Fourier, podemos
compreender melhor a composição dos materiais em análise.
Figura 5.1: Espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier
para o biopolímero utilizado na produção de copo plástico.
27
Observando a região que apresenta bandas de absorção para a blenda com
polipropileno, entre 3200 e 3500 cm-1, pode-se relacionar tal região à deformação axial
do grupamento hidroxila, que participa de ligações intermoleculares através de
ligações de hidrogênio(THIRÉ,2003)
Observando a região de números de onda menores, podemos observar que na
região entre 750 e 1300 cm-1 existem algumas bandas de absorção. Esta região é
característica dos polissacarídeos, onde a maior parte das bandas são provenientes
de vibrações de deformação de C-O e C-C. No entanto, podemos relacionar o maior
pico presente nesta região, à deformação axial de C-O-C dos anéis presentes nas
moléculas do amido (SILVERSTEIN et al, 1994).
Figura 5.2: Espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier
para o biopolímero utilizado na produção de saco plástico.
C-H Stretching
C-H Bending
C-H Rocking
28
Observando os picos presente na blenda com polietileno em 2900, 1500 e
700cm-1, podemos concluir que o fabricante está certo quanto a presença de
polietileno no material. Estes picos também foram encontrados por Amélia Torres em
seus ensaios de FTIR para o polietileno. Segundo a pesquisadora, estes 3 picos são
característicos de três modos distintos de vibração de C-H. O pico presente em
2900cm-1 se deve ao modo de vibração do tipo “stretching” ou estiramento. O pico em
1500cm-1 se deve a vibração do tipo “bending” ou pêndulo, enquanto o pico presente
em 700cm-1 se deve a vibrações do tipo”rocking” ou torção (Torres, 2010).
Comprimento de onda (cm-1)
Amido Amido c/ PE Amido c/ PP
700 Não possue C-H rocking C-H rocking
1000 C-O-C C-O-C C-O-C
1300 Não possue C-H Bending C-H Bending
2900 C-H Streching C-H Streching C-H Streching
3200 O-H O-H O-H
Tabela 5.1: Principais regiões de comprimento de onda para os materiais
em análise.
29
5.2. Caracterização Microscópica por MEV
As micrografias dos biopolímeros utilizados em copos plásticos biodegradáveis,
obtidas em MEV, estão apresentados nas figuras 5.1. As figuras 5.2 apresentam as
imagens microscópicas por MEV dos sacos plásticos.
(a) (b)
Figura 5.3: Micrografias obtidas por MEV para o copo plástico biodegradável: (a) Aumento de 1000x e (b) Aumento de 500x.
Nas micrografias do copo plástico é possível se visualizar grânulos de amido
de aproximadamente 10 microns, com o formato poligonal, o que mostra que alguns
grãos de amido não se romperam, atuando como cargas na matriz da blenda.
30
(a) (b)
Figura 5.4: Micrografias obtidas por MEV para o saco plástico biodegradável: (a) Aumento de 5000x e (b) Aumento de 1000x.
Nas imagens obtidas para o filme de amido de milho com polietileno, utilizado
em sacolas plásticas, também é possível visualizar grânulos de amido de milho muito
pequenos, na faixa de 1 a 3 microns, o que mostra que o amido também atua como
carga para este material. É importante ressaltar que a temperatura de fusão do amido
de milho (~180 oC) é superior ao do polietileno de baixa densidade (~110 oC) em
aproximadamente 70 oC
5.3. Difração de Raio-X
Os seguintes resultados apresentam dados da difração de raio-x para as
amostras de polímeros compostos de blendas de amido de milho.
31
Figura 5.5. : Dados de difração de Raio-X para o material biopolimérico (amido
com PP) utilizado como copo plástico.
Os picos presentes em 2Ө= 14,2° ; 17,2°; 18,8° e 21,9° correspondem aos
planos (110), (040), (130) e (111) da estrutura monoclínica do PP (Thompson et
al, 2011). Estes resultados pouco diferem dos resultados obtidos no estudo feito
por Ferreira, William(2013), que obtiveram picos de difração para os mesmos
plano da estrutura monoclínica do PP (Ferreira, William, 2013).
Os picos caracteristicos do amido se encontram em 2Ө= 13,3°; 17,4°;
18,7° e 20,0°, o que mostra que esses picos talvez estejam sobrepostos com os
picos do polipropileno.
Ainda, pode ser visualizado uma curva amorfa, mostrando que o material
é sim semicristalino e possue grande região amorfa.
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
10 15 20 25 30 35
Inte
nsi
dad
e (
mA
)
2 Teta
14,2
17,2
5
21,9
18,8
32
Figura 5.6. : Dados de difração de Raio-X para a blenda de amido de milho com
polietileno utilizada para a produção de sacos plásticos.
Como podemos observar no gráfico da Figura 5.6, existe um pico de máxima
em 2Ө igual a 21,55o. Como mostra Heartwin A. Pushpadass, em seu trabalho sobre
os efeitos da adição de polietileno em filmes de amido, o pico em 21,6° não pode ser
encontrado em amido puro, porém é o pico mais característico em blendas de amido
com PE. A intensidade do pico aumenta com o aumento da concentração de PE na
blenda, pois este é o pico caracterítico do polietileno. (Pushpadass et al.,2009)
5.4. Análise Termogravimétrica
Os resultados de análise termogravimétrica são apresentados a seguir
de forma a caracterizar as amostras quanto a suas transições térmicas.
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
0 20 40 60 80 100
Inte
nsi
dad
e (
mA
)
2 Teta
Xc = Hc /(Hc + HA)
Xc = 798 /(798 + 538)Xc = 0.597
Hc
Ha
21,55
33
Figura 5.7: Análise termogravimétrica (TGA) para o material utilizado no
copo plástico.
Figura 5.8: Derivada da curva de TGA (DTG) para o material
utilizado no copo plástico.
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
0 100 200 300 400 500 600
Mas
sa (
%)
Temperature (o C)
-0,35
-0,3
-0,25
-0,2
-0,15
-0,1
-0,05
0
0,05
0 100 200 300 400 500 600 700
d m
assa
/ d
T
Temperature (o C)
320
370
34
Como podemos observar no gráfico de TGA, a primeira etapa de perda de
massa do material de blenda amido+PP, ocorre em torno de 100oC. Esta primeira
perda se deve a evaporação da água e/ou aditivos de baixa massa molecular.
A degradação térmica do amido tem seu início em 300oC, chegando ao seu
máximo de degradação em 320oC, como podemos observar no gráfico acima e, em
inúmeros estudos da bibliografia (Shujun, 2005). Este primeiro pico é o pico da
amilose, que é a estrutura mais linear do amido. Podemos perceber também, que a
curva possui um outro pico máximo de degradação em 370oC, ainda referente a
degradação do amido de milho, porém da estrutura de amilopectina.
Observa-se uma pequena perda de massa entre 400 e 480oC que se deve a
degradação do polipropileno (Leal Rosa, 2007). Analisando os gráficos das Figuras 5.7
e 5.8, percebe-se que a perda de massa do polipropileno é bem menor que a do
amido, confirmando assim as especificações do fornecedor de que o material possui
mais amido que polipropileno.
Componentes da formulação que não se decompõem termicamente na faixa de
temperaturas do experimento, como por exemplo o CaCO3, contribuiram para a massa
residual.
O resultado obtido para a curva de TGA da blenda de amido com polietileno
não se mostrou confiável, por este motivo foi retirado do trabalho. Os valores de
massa remanescentes chegaram a valores abaixo de zero, o que não deveria ocorrer.
35
5.5. Análise Térmica
Analisando as curvas de DSC de primeiro aquecimento, podemos
compreender alguns fenômenos que ocorrem nos materiais em questão.
Em ambas as curva podemos observar um pico exotérmico em temperatura
próxima de 45 oC. Este primeiro pico se deve a formação de pequenos cristais de
amido ou à cristalização da água (SCHLEMMER, 2007)
Logo após o primeiro pico exotérmico, vemos em torno de 40 / 50 oC, um pico
endotérmico, que está relacionado à gelatinização do amido. A gelatinização do amido
é definida como uma transição ordem-desordem que envolve a ruptura de moléculas
dentro dos grânulos de amido. (SCHLEMMER, 2007)
Figura 5.7: Análise térmica para o material utilizado no copo plástico
-2
-1
0
1
2
3
4
5
6
40 90 140 190 240
End
o p
ara
cim
a (m
W)
Temperatura (°C)
Tm Amido
36
Fica bastante claro pelo gráfico (amido+PP), que há um pico endotérmico em
162 oC, com um ∆H = 29.1017 J/g, caracterizando a fusão do polipropileno na blenda.
Foi possível inferir que este é o pico do polipropileno e não do amido pois, segundo o
DRX, o polipropileno se encontra cristalino enquanto o amido em fase amorfa.
Analisando os resultados de DSC para a blenda que compõe o copo plástico,
não foi possível definir temperatura de cristalização ou de transição vítrea pelos
resultados obtidos.
Figura 5.8: Análise térmica para o material utilizado no saco plástico
Em 179 oC observa-se um pico exotérmico que pode-se caracterizar como a
fusão do amido de milho na blenda. Para a blenda de amido com polietileno, o material
se encontra semicristalino, sendo possível assim de identificar seu pico de fusão no
DSC.
-1,5
-1
-0,5
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
40 60 80 100 120 140 160 180
End
o p
ara
cim
a (m
W)
Temperature (°C)
Tm
Amido
Tm PE
37
A fusão do PE pode ser observada em torno de 120 oC onde temos uma certa
variação na linha de base. Este pico também pode ser observado no artigo científico
escrito por Márcia Becker e Maria Madaleno Forte sobre avaliação térmica do PEBD.
(Becker, Forte, 2002)
5.6. Ângulo de Contato
A Tabela 5.1 mostra a média dos ângulos de contato obtidos para os copos e
sacos plásticos. Estes valores foram obtidos após a gota de água ter sido colocada em
contato com a superfície dos materiais por 30 segundos.
Em temperatura ambiente, ambos os materiais se mostraram com
propriedades de hidrofobicidade boas o suficiente para serem usados em copos e
sacolas plásticas. Para temperaturas acima de 60oC não foi possível realizar o ensaio
para o saco plástico. Ao despejar a gota sobre o material, sua superfície se tornava
rugosa, comprometendo assim o resultado. No entanto, o ensaio foi realizado com
sucesso para o copo plástico, e a diferença foi menor que 4o se comparado com o
ensaio em temperatura ambiente. Desta forma, podemos mostrar que o copo plástico
pode também ser utilizado para servir bebidas quentes, como o café e o chá, sem
compreender muito sua hidrofobicidade.
Foi importante comprovar um bom grau de hidrofobicidade para os materiais,
visto que, a água é plastificante do amido. Ou seja, se o amido absorve a água ele irá
perder sua resistência mecânica.
38
Figura 5.9: Micrografias da gota de água sobre o substrato para: (a) Copo plástico em
temperatura ambiente; (b) Copo plástico em temperatura de 60°C ; (c)Saco plástico em
temperatura ambiente.
Tabela 5.2: Valores de ângulo de contato em relação à agua para o copo e
saco plástico em temperatura ambiente e de 60°C.
Ângulo de Contato em relação à água [°]
T amb 60°C
Copo Plástico 93,4° 89,8°
Saco Plástico 91,6° -
a) b) c)
39
6. Conclusões
Vivemos um cenário internacional fortemente pautado em questões ambientais.
A pesquisa por materiais biodegradáveis que diminuam a poluição global é de suma
importância para o desenvolvimento tecnológico e social de um país. Alinhado a este
cenário, o presente trabalho visou caracterizar dois produtos comerciais à base de
amido de milho, podendo compreender melhor suas propriedades físicas, térmicas e
cristalinas.
Conclui-se, que os materiais em análise são possíveis substitutos para os
convencionais materiais poliméricos. Com os resultados experimentais, foi possível
mostrar que as blendas de amido de milho podem ser utilizadas hoje na produção de
copos e sacolas plásticas. .
Através do ensaio de FTIR e TGA, foi possível comprovar as especificações do
fornecedor, mostrando que as blendas continham os polímeros descritos na ficha
técnica fornecido pela empresa chinesa.
No entanto, os materiais caracterizados ainda utilizam aproximadamente 20%
em massa, de polímeros não-biodegradáveis (polietileno ou polipropileno) em sua
composição, materiais estes que levam mais de 100 anos para se degradarem por
completo e deixarem de existir na natureza.
Através do ensaio por MEV, foi possível comprovar que o amido se encontrou
em forma de grânulos, atuando assim como carga na matriz. Os grânulos favorecem a
quebra do material polimérico em pequenos pedaços, que serão mais facilmente
degradados pela luz solar e por microrganismos.
Com o ensaio de ângulo de contato, comprovamos que nossos materiais,
embora não muito hidrofóbicos, possuem hidrofobicidade suficiente para seus fins.
40
6.1. Sugestão para trabalhos futuros:
Como sugestão para trabalhos futuros é possível se caracterizar materiais que
sejam 100% biodegradáveis, que não utilizem em sua composição polímeros como o
polipropileno e o polietileno. Se for possível manter as propriedades caracterizadas
neste presente trabalho para materiais que se degradem por inteiro na natureza,
estaremos inovando ainda mais na área ecológica, tornando o Brasil referência na
redução de lixo e em inovações ecológicas.
Também é possível se comparar os dados obtidos neste presente trabalho com
dados dos materiais comerciais produzidos com PE e PP puros. Se com as
comparações for possível mostrar que não houve grande perda em determinada
propriedade, estaremos comprovando que esses materiais são substitutos aos
convencionais materiais utilizados nos copos e sacos plástico.
41
7. Referências Bibliográficas
24/11/2014 (9:53) - http://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2012/jm/c2jm32998k
21/11/2014 (17:03) - http://www.abief.com.br/flex/flex_0032.php
23/11/2014 (17:05) – http://www.columbianews2008.blogspot.com
11/11/2014 (21:38) http://chasqueweb.ufrgs.br
08/11/2014 (10:16) - http://www.intertek.com/analysis/thermogravimetric/
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