DEGRADABILIDADE DE SACOLAS PLÁSTICAS · Ademais, coletaram-se amostras de sacolas plásticas, provenientes de lojas comerciais da cidade de São Carlos, as quais foram avaliadas

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  • UNIVERSIDADE DE SO PAULO

    ESCOLA DE ENGENHARIA DE SO CARLOS

    BRUNA MAYUMI SECCO SHIMOMOTO

    DEGRADABILIDADE DE SACOLAS PLSTICAS

    So Carlos

    2016

  • BRUNA MAYUMI SECCO SHIMOMOTO

    DEGRADABILIDADE DE SACOLAS PLSTICAS

    Monografia apresentada ao Curso de

    Engenharia Ambiental, da Escola de

    Engenharia de So Carlos da Universidade de

    So Paulo, como parte dos requisitos para

    obteno do ttulo de Engenheira Ambiental.

    Orientador: Prof. Dr. Orencio Monje Vilar

    So Carlos

    2016

  • AGRADECIMENTOS

    Aos meus pais, Margareth e Luiz, que sempre se esforaram ao mximo para me

    proporcionar uma boa educao, tanto na escola quanto dentro de casa. Tudo que eu sou hoje,

    devo a vocs.

    Ao professor Orencio que, na urgncia, decidiu me ajudar neste fim de graduao e

    orientar tal monografia, sugerindo um tema moderno e interessante e me auxiliando da melhor

    maneira possvel.

    Ao meu irmo, Fabio, que sempre esteve ao meu lado, me dando suporte e sendo um

    alicerce indestrutvel no qual eu sempre posso contar.

    Aos meus grandes amigos (Juju, Raynha, Jew, Mona, Dodo, Bruno, Matheus, Zunde,

    Coco, Tenda, Rocha) que no necessariamente contriburam diretamente na realizao deste

    trabalho, porm foram e so muito importantes em minha formao como pessoa durante todos

    esses anos de graduao em So Carlos. Vocs sempre estaro comigo, em mente e corao.

    Bibi, por ter me ajudado a editar as fotos do trabalho. Voc fez um borro nelas,

    porm clareou minha vida de uma maneira inexplicvel com a sua amizade.

    Aos professores que tive ao longo da minha vida. Obrigada por todo o ensinamento

    dentro e fora da sala de aula.

    Ao professor Zaiat e Valeria, que aceitaram fazer parte da banca. uma grande honra

    ter minha monografia avaliada por vocs.

  • RESUMO

    SHIMOMOTO, B. M. S. Degradabilidade de sacolas plsticas. 2016. Monografia (Trabalho

    de Concluso de Curso em Engenharia Ambiental) Escola de Engenharia de So Carlos,

    Universidade de So Paulo, So Carlos, 2016.

    Sacolas plsticas alteraram os hbitos sociais e de consumo nas ltimas dcadas tendo se

    tornado um item praticamente indispensvel no cotidiano das pessoas. De forma geral, os

    plsticos apresentam durabilidade, o que vantajoso ao considerar a questo comercial, porm

    desvantajoso do ponto de vista ambiental pois sua degradao lenta e a sua disposio no

    meio ambiente traz uma srie de consequncias indesejveis, como entupimento de drenagens

    e incremento da poluio de mares, rios e meio ambiente no geral. Assim, as sacolas tendem

    a permanecer em seus ambientes de disposio sendo os aterros sanitrios os mais comuns

    destes afetando os mecanismos e atividades ali presentes e gerando impactos ambientais.

    Essas questes tm levado ao desenvolvimento de novos produtos denominados como

    plsticos oxibiodegradveis. No trabalho em questo, apresenta-se uma reviso bibliogrfica

    sobre a degradabilidade de plsticos, com nfase nas sacolas, em que se procura atualizar o

    conhecimento sobre o assunto e as normas aplicveis ao problema da biodegradao com o

    intuito de estabelecer protocolos de estudo do problema enfocado sob a tica da Geotecnia.

    Ademais, coletaram-se amostras de sacolas plsticas, provenientes de lojas comerciais da

    cidade de So Carlos, as quais foram avaliadas quanto degradao em dois ambientes,

    exposio s intempries e enterramento em solo orgnico em um perodo de 26 semanas. A

    anlise visual do comportamento das sacolas levou concluso de que, mesmo aquelas que

    so classificadas como oxibiodegradveis, no sofreram biodegradao quando em contato

    com os hmus, porm uma delas (amostra B) sofreu degradao de forma mais rpida que as

    outras quando sujeitas a ao de luz solar, chuva e vento. Da literatura e dos resultados

    preliminares observados, parece haver controvrsias quanto degradao dessas sacolas ditas

    como oxibiodegradveis. Alm disso, deve-se considerar tambm os aditivos utilizados em

    sua fabricao, pois contm ons metlicos que, se em quantidades excessivas, podem

    ocasionar impactos adversos no meio ambiente e na sade humana. Embora o perodo de

    ensaio tenha sido relativamente curto, os resultados chamam a ateno para a necessidade de

    aprofundamento de estudos relacionados ao tema.

    Palavras-chave: degradao, biodegradao, sacolas plsticas, plstico, oxibiodegradvel.

  • ABSTRACT

    SHIMOMOTO, B. M. S. Degradability of plastic bags. 2016. Monograph (Undergraduate

    Work in Environmental Engineering) So Carlos School of Engineering, University of So

    Paulo, So Carlos, 2016.

    In the last decades, plastic bags have changed peoples social and consumption habits and have

    become an indispensable item in daily life. In general, plastics present durability, which is

    advantageous when considering the trade issue, but disadvantageous when it comes to an

    environmental point of view since its degradation is slow and its disposal in the environment

    leads to a number of undesirable consequences, such as drainages clogging and increment of

    pollution of sea, rivers and environment generally. Thus, plastic bags tend to stay in their

    disposal environments the most common of these are the landfills and end up affecting the

    mechanisms and activities there, generating environmental impacts. These issues have led to

    the development of new products denominated as oxo-biodegradable plastics. In this work, a

    literature review on plastics degradability, with emphasis on the bags, is presented with the

    objective of updating the knowledge on the subject and on applicable standards to

    biodegradation problem in order to stablish study protocols of the problem focused from the

    perspective of Geotechnics. Furthermore, plastic bags samples were collected from shops in the

    city of So Carlos and were evaluated for their degradation in two environments, exposure to

    weathering and burial in organic soil in a period of 26 weeks. The visual analysis of these bags

    behavior led to the conclusion that, even those classified as oxo-biodegradable, did not suffer

    biodegradation when in contact with humus, however one of these (sample B) has degraded

    faster than the others when subjected to sunlight, rain and wind. From literature and preliminary

    results obtained in this study, it seems that there is controversy regarding the degradation of

    these oxo-biodegradable plastic bags. Moreover, people should consider the additives used

    in their manufacture, once they contain metal ions that, if in excessive amounts, can cause

    adverse impacts on the environment and human health. Although the test period is relatively

    short, the results point to the need for further studies related to the topic.

    Keywords: degradation, biodegradation, plastic bags, plastic, oxo-biodegradable.

  • LISTA DE ILUSTRAES

    Figura 1 Esquema simplificado de uma extrusora...................................................................24

    Figura 2 Classificao de polmeros biodegradveis conforme a fonte de obteno...............25

    Figura 3 Anlise visual das amostras de acordo com o tempo de exposio ao envelhecimento

    acelerado...................................................................................................................................39

    Figura 4 Regio de interesse dos espectros de FTIR para as amostras de PEAD em funo do

    tempo de exposio ao envelhecimento acelerado.....................................................................39

    Figura 5 Valores do ndice de carbonila para amostras de PEAD em funo do tempo de

    exposio ao envelhecimento acelerado....................................................................................40

    Figura 6 Anlise visual das amostras de acordo com o tempo de exposio ao intemperismo

    natural........................................................................................................................................41

    Figura 7 Curvas TG (esquerda) e DTG (direita) antes e aps exposio ao intemperismo

    natural........................................................................................................................................42

    Figura 8 Espectros de FTIR das sacolas oxibiodegradveis antes e aps exposio ao

    intemperismo natural.................................................................................................................43

    Figura 9 Evoluo do total de biogs produzido pelas amostras (em branco, com PE com

    aditivos e controles positivos e negativos) pela durao do perodo de teste (em dias) a

    temperaturas de 35C (letra a) e 50C (letra b)....................................................................47

    Figura 10 Evoluo do total de biogs produzido pelas amostras (em branco, com PET com

    aditivos e controles positivos e negativos) pela durao do perodo de teste (em dias) a

    temperaturas de 35C (letra c) e 50C (letra d)....................................................................47

    Figura 11 Teste 1 Evoluo do gs carbnico (g) das amostras em branco, controle positivo

    e filmes de PE em funo do tempo...........................................................................................49

    Figura 12 Teste 1 Variao da porcentagem de mineralizao do controle positivo e filmes

    de PE em funo do tempo.........................................................................................................50

    Figura 13 Teste 1 Evoluo do gs carbnico (g) das amostras em branco, controle positivo

    e folhas de PET em funo do tempo.........................................................................................51

    Figura 14 Teste 1 Variao da porcentagem de mineralizao do controle positivo e folhas

    de PET em funo do tempo......................................................................................................51

    Figura 15 Teste 2 Evoluo do gs carbnico (g) das amostras em branco, controle positivo

    e filmes de PE em funo do tempo...........................................................................................52

  • Figura 16 Teste 2 Variao da porcentagem de mineralizao do controle positivo e filmes

    de PE em funo do tempo.........................................................................................................53

    Figura 17 ndice de carbonila dos filmes PE e PE S1 em funo do tempo..............................54

    Figura 18 Evoluo do gs carbnico (g) das amostras em branco, PE e PE S1 (expostas

    radiao UV) e controle positivo em funo do tempo..............................................................55

    Figura 19 Variao da porcentagem de mineralizao do controle positivo, PE e PE S1

    (expostas a radiao UV) em funo do tempo..........................................................................56

    Figura 20 Evoluo do gs carbnico (g) das amostras em branco, p de PE e controle positivo

    em funo do tempo...................................................................................................................57

    Figura 21 Variao da porcentagem da mineralizao do controle positivo e p de PE em

    funo do tempo........................................................................................................................57

    Figura 22 Evoluo visual dos filmes de PE enterrados no solo arenoso em um perodo de 95

    dias (a e b correspondem ao PE; c e d ao PE E5; e e fao PE W5; e g e h ao PE

    S5) ............................................................................................................................................59

    Figura 23 Evoluo visual dos filmes de PET enterrados no solo arenoso em um perodo de

    1095 dias (a e b correspondem ao PET; c e d ao PET E5, e e e f ao PET

    W5.............................................................................................................................................60

    Figura 24 Formao das colnias nos filmes de PE em placas de

    MALC.......................................................................................................................................63

    Figura 25 Comportamento dos pedaos de PE aps incubao de 28

    dias............................................................................................................................................64

    Figura 26 ACA das amostras controle, YT1 e YP1,

    respectivamente.........................................................................................................................64

    Figura 27 Valores do nmero de clulas nos filmes de PE ao longo da

    incubao..................................................................................................................................66

    Figura 28 Morfotipo das clulas nos biofilmes maduros do controle, YT1 e YP1, da esquerda

    para a direita..............................................................................................................................66

    Figura 29 Imagens de microscopia com fluorescncia dos biofilmes do controle, YT1 e YP1

    (da esquerda para a direita) .......................................................................................................67

    Figura 30 Caracterizao da topografia das superfcies de PE das amostras controle, YT1 e

    YP1............................................................................................................................................68

    Figura 31 Porcentagem da perda de peso ao longo do experimento das amostras controle, YT1

    e YP1.........................................................................................................................................70

  • Figura 32 Resultados da espectrometria de ionizao de massa de electrospray mostrando as

    intensidades dos valores de m/z nas amostras de controle, YT1 e YP1......................................71

    Figura 33 Amostras de sacolas plsticas utilizadas no estudo.................................................73

    Figura 34 Corpos de prova das amostras A, B, C, D, E e F......................................................74

    Figura 35 Corpos de prova das amostras A, B, C, D, E e F..............................................75

    Figura 36 Pesagem de amostra utilizando balana eletrnica de preciso semi analtica........76

    Figura 37 Geogrelha utilizada no experimento dobrada e amarrada por arame.......................77

    Figura 38 Esquema representativo da distribuio das amostras na geogrelha (sem

    escala)........................................................................................................................................78

    Figura 39 Exposio das amostras a intempries....................................................................78

    Figura 40 Amostra sendo colocada em solo orgnico.............................................................79

    Figura 41 Balde pronto contendo em seu interior solo orgnico e as amostras........................80

    Figura 42 Esquema representativo da distribuio das amostras enterradas em solo orgnico

    (sem escala)...............................................................................................................................80

    Figura 43 Sacolas plsticas depois de ficarem dentro de um saco plstico preto por 26

    semanas.....................................................................................................................................81

    Figura 44 Amostras A, B, C, D, E e F expostas a intempries (2 semana)..............................82

    Figura 45 Amostras A, B, C, D, E e F expostas a intempries (10 semana)............................82

    Figura 46 Amostras A, B, C, D, E e F expostas a intempries (17 semana)............................83

    Figura 47 Amostras A, B, C, D, E e F expostas a intempries (19 semana)............................83

    Figura 48 Amostras A, B, C, D, E e F expostas a intempries (26 semana)............................84

    Figura 49 Amostras A, B, C, D, E e F logo aps serem desenterradas do solo orgnico

    (ainda sujas) ..............................................................................................................................86

    Figura 50 Amostras A, B, C, D, E e F depois de desenterradas e limpas..........................86

  • LISTA DE TABELAS

    Tabela 1 Simbologia de reciclabilidade e identificao das embalagens

    plsticas.....................................................................................................................................19

    Tabela 2 Siglas, nomes, caractersticas e exemplos de aplicaes dos diferentes tipos de

    plsticos.....................................................................................................................................20

    Tabela 3 Limite mximo de elementos qumicos na embalagem inteira e no item de

    embalagem................................................................................................................................29

    Tabela 4 Valores mximos de concentrao, em mg/kg, para elementos metlicos................36

    Tabela 5 Tonset e Tmx (em C) e perda de massa (%) das sacolas de acordo com o tempo de

    exposio ao intemperismo natural...........................................................................................42

    Tabela 6 Relao entre O/C e a rea relativa das ligaes qumicas das amostras...................69

    Tabela 7 Relao entre amostras A, B, C, D, E e F e seus fabricantes......................................75

    Tabela 8 Massas (g) das amostras A, B, C, D, E e F.................................................................77

    Tabela 9 Massas (g) das amostras A, B, C, D, E e F.........................................................79

    Tabela 10 Valores das massas das amostras A, B, C, D, E e F antes e depois do

    experimento (em gramas) e a porcentagem de reduo de masssa.............................................85

  • LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

    ABF gar de broto de feijo

    ABIPLAST Associao Brasileira da Indstria do Plstico

    ABNT Associao Brasileira de Normas Tcnicas

    ACA ngulo de contato com a gua

    ADP gar de dextrose de batata

    ANVISA Agncia Nacional de Vigilncia Sanitria

    APC gar de peptona de carne

    ASE gua salina esterilizada

    ASTM American Society for Testing and Materials

    DSS Dodecil sulfato de sdio

    EPA Environmental Protection Agency

    FDA Food and Drug Administration

    FTIR Espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier

    Inmetro Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia

    ISO International Organization for Standardization

    OECD The Organization for Economic Cooperation and Development

    MALC Meio de gar livre de carbono

    MLLC Meio lquido livre de carbono

    Mn Peso molecular mdio numrico

    Mw Peso molecular mdio ponderal

    PE Polietileno

    PEAD Polietileno de alta densidade

    PEBD Polietileno de baixa densidade

    PELBD Polietileno linear de baixa densidade

    PEUAPM Polietileno de ultra alto peso molecular

    PEUBD Polietileno de ultrabaixa densidade

    PET Politereftalato de etileno

    Rpm Rotao por minuto

    SPE Substncia polimrica extracelular

    UFC Unidade formadora de colnia

    UV Ultravioleta

  • TG Termogravimetria

    DTG Termogravimetria derivada

  • SUMRIO

    1 INTRODUO ..................................................................................................................... 15

    2 REVISO BIBLIOGRFICA .............................................................................................. 18

    2.1 Plsticos - Generalidades ................................................................................................ 18

    2.2 Degradao de plsticos .................................................................................................. 20

    2.3 Normas aplicveis biodegradao de plsticos ............................................................ 27

    2.3.1 ABNT NBR 15448-2: Embalagens plsticas degradveis e/ou de fontes renovveis.

    Parte 2 Biodegradao e compostagem Requisitos e mtodos de ensaio ...................... 27

    2.3.2 ASTM D-5338-15: Mtodo de teste padro para determinar a biodegradao

    aerbia de materiais plsticos sob condies controladas de compostagem (incluindo

    temperaturas termoflicas) ................................................................................................. 30

    2.3.3 ASTM D-6400-12: Especificao padro para a classificao de plsticos

    destinados compostagem aerbia em instalaes municipais ou industriais .................. 31

    2.3.4 ASTM D-6954-04: Guia padro para plsticos expostos em teste que sofrem

    degradao no meio ambiente por uma combinao de oxidao e biodegradao. ........ 33

    2.3.5 ABNT PE-308.01 - Rtulo Ecolgico para Aditivos Plsticos com Funo

    Oxibiodegradvel .............................................................................................................. 34

    2.4 Experimentos acerca da degradao de plsticos ........................................................... 37

    3 MATERIAIS E MTODOS .................................................................................................. 73

    3.1 Preparao e caracterizao das amostras ....................................................................... 73

    3.2 Exposio das amostras a intempries ............................................................................ 76

    3.3 Enterramento em solo orgnico ...................................................................................... 79

    4.1 Sacolas de controle ......................................................................................................... 81

    4.2 Amostras expostas a intempries .................................................................................... 81

    4.3 Amostras enterradas em solo orgnico ........................................................................... 85

    5 CONCLUSO ....................................................................................................................... 88

    REFERNCIAS ....................................................................................................................... 91

  • 15

    1 INTRODUO

    Com o forte investimento por parte do Estado na indstria de base, a dcada de 1970

    mostrou um incremento no desenvolvimento de novos produtos, especialmente os de base

    polimrica como diferentes tipos de plsticos. Esses materiais passaram a fazer parte do

    cotidiano das pessoas nas mais diferentes aplicaes substituindo, por exemplo, fibras naturais

    na fabricao de tecido ou outros materiais, como na indstria automobilstica. Este intenso

    desenvolvimento modificou o hbito das pessoas, estas cada vez mais acostumadas com a

    presena do plstico em suas vidas.

    Fechine (2010) afirma que vm ocorrendo uma substituio dos materiais convencionais

    na maioria dos setores da economia pelos polmeros por diversas razes como, por exemplo,

    seu baixo custo e o desenvolvimento de suas mltiplas funcionalidades, apresentando inmeras

    aplicabilidades (fibras, elastmeros ou, simplesmente, plsticos).

    Assim, a partir dos anos 70, houve a substituio no mercado das embalagens

    tradicionais de papel pelas sacolas plsticas, o que pode ser explicado pelas diversas vantagens

    apresentadas por estas como, por exemplo, leveza, transparncia, flexibilidade, assepsia, baixo

    custo e capacidade de suportar peso sem rompimento (SANTOS; FREIRE; COSTA, 2011).

    A popularidade dos sacos plsticos foi crescendo de forma cada vez mais rpida,

    principalmente devido ao fato das lojas e supermercados os distriburem de forma gratuita

    (OLIVEIRA et al., 2012).

    Segundo o Ministrio do Meio Ambiente (2016) cerca de 1,5 milho de sacolas plsticas

    so distribudas por hora no Brasil e entre 500 bilhes e 1 trilho das mesmas so consumidas

    anualmente no mundo inteiro.

    O consumo excessivo dessas sacolas prejudica demasiadamente o meio ambiente. Em

    sua produo, so consumidos gua, energia e, na maioria das vezes, recursos naturais no

    renovveis como gs natural e/ou petrleo, com a liberao de rejeitos lquidos, conhecidos

    como efluentes, e gases txicos potencializadores do efeito estufa. Alm disso, em relao ao

    total de sacolas plsticas utilizadas, poucas so aquelas que passam pelo processo de

    reciclagem. O descarte incorreto delas tem como consequncia a poluio e tambm o

    entupimento de bueiros responsveis por escoar as guas das chuvas. Podem tambm acabar

  • 16

    sendo ingeridas acidentalmente por animais em matas e oceanos, ocasionando mortes por

    sufocamento (MINISTRIO DO MEIO AMBIENTE, 2016).

    Um destino final comum das sacolas plsticas a disposio em aterros sanitrios. Isto

    provoca consequncias negativas nesses ambientes de disposio de resduos slidos, como a

    reduo da permeabilidade de gases e lquidos (oriundos da decomposio dos resduos e da

    infiltrao de guas pluviais), modificando a atividade qumica e biolgica dos aterros e, por

    conseguinte, comprometendo os mecanismos de degradao que tendem a ocorrer nestes

    grandes biodigestores. Alm disso, ao diminuir a permeabilidade, h o favorecimento da

    formao de bolses de lixiviado e de gases que provavelmente afetaro a estabilidade do

    aterro. Isso pode acarretar em sua ruptura e, consequentemente, em implicaes srias nas

    questes econmicas, ambientais e sociais, inclusive levando a perda de vidas (BENVENUTO

    e CUNHA, 1991).

    Por outro lado, uma consequncia curiosa e interessante da presena de plsticos nos

    aterros refere-se sua capacidade de aumentar a resistncia do resduo pelo efeito de reforo

    que proporcionam (VILAR e CARVALHO, 2004). Assim, no so raros cortes verticais que

    superam os cinco metros de altura completamente estveis que assim no estariam, caso

    inexistisse o citado efeito. Embora esse efeito positivo seja conhecido, havendo teorias para

    retrat-lo e considerar em projeto (MACHADO et al., 2002, dentre outros), o fato que pouco

    se sabe de sua manuteno ao longo do tempo, medida que os mecanismos de degradao do

    resduo avanam, incluindo tambm os plsticos presentes. Trata-se de uma questo em aberto

    e objeto de muitos estudos, no existindo um consenso na atualidade sobre o que esperar nesse

    caso (CAICEDO et al., 2002;, 2005; ZHAN, CHEN, LING, 2008; REDDY et al, 2009). Disso

    resulta muito importante entender como se processa a degradao das sacolas plsticas ditas

    degradveis, pois desse comportamento certamente se poder num futuro prximo definir

    como esses materiais afetam o comportamento geotcnico do corpo de resduos em um aterro

    sanitrio.

    Diante de toda essa problemtica envolvendo as sacolas plsticas, so evidenciados

    quatro Rs: Recusar, Reduzir, Reutilizar e Reciclar. A primeira ao a ser feita recusar a sacola

    sempre que possvel, ou seja, quando no houver necessidade de obteno dela. O segundo

    passo reduzir seu consumo, otimizando o uso da sacola ao aproveitar toda a sua capacidade

    de volume permitido e tambm levando aos mercados sacolas retornveis. Se, mesmo assim, a

    quantidade de sacolas plsticas ainda for demasiada, a alternativa reutiliz-las ao servirem de

  • 17

    objeto de acondicionamento do lixo ou at mesmo de decorao. Como ltimo passo, h a opo

    de reciclar as sacolas plsticas (MINISTRIO DO MEIO AMBIENTE, 2016).

    Assim, deve-se limpar e colocar no lixo reciclvel as sacolas que no puderem ser mais

    reutilizadas, encaminhando-as para a coleta seletiva. Entretanto, a grande maioria da populao

    usa este material plstico para o acondicionamento de lixo, comprometendo sua disponibilidade

    para a reciclagem (SANTOS; FREIRE; COSTA, 2011).

    Mesmo com toda essa poltica cuja finalidade diminuir cada vez mais a quantidade de

    sacolas plsticas no mundo, estas sempre vo existir e apresentaro diversos impactos sobre o

    meio ambiente. Sendo assim, estudos sobre sua degradao se fazem cada vez mais necessrios

    a fim de entender seu comportamento nos mais variados locais de descarte ou disposio.

    Porm, para compreender sua degradao, necessrio tambm entender a caractersticas dos

    plsticos.

    O objetivo deste trabalho foi realizar uma reviso bibliogrfica sobre plsticos

    degradveis, com nfase nas sacolas plsticas utilizadas no comrcio em geral.

    Simultaneamente, fez-se uma anlise visual do comportamento de sacolas plsticas disponveis

    no comrcio de So Carlos, quando expostas a intempries e enterradas em um substrato

    orgnico.

  • 18

    2 REVISO BIBLIOGRFICA

    2.1 Plsticos - Generalidades

    O termo plstico tem origem no nome grego plsticos, cujo significado capaz de

    ser moldado. um material que pode ter origem natural (fontes renovveis como, por

    exemplo, milho ou cana de acar) ou sinttica (obtido a partir de derivados de petrleo)

    (ASSOCIAO BRASILEIRA DA INDSTRIA DO PLSTICO ABIPLAST, 2016). Para

    Tokiwa et al. (2009), o termo designado aos polmeros que possuem grande peso molecular e

    que podem ser degradados por processos diversos.

    Os plsticos so polmeros formados por macromolculas que contm repeties

    mltiplas de um ou mais tipos de monmeros (unidades qumicas simples), os quais so unidos

    por reaes de polimerizao nas quais a molcula inicial se agrupa de forma sucessiva com

    outras (ABIPLAST, 2016).

    Segundo Fechine (2010), os polmeros podem ocorrer de forma natural celulose,

    algodo, l de carneiro, etc. ou obtidos sinteticamente. Os polmeros formados por

    hidrocarbonetos (polietileno, polipropileno, poliestireno, entre outros) apresentam resistncia a

    ataques biolgicos e qumicos e, consequentemente, aos microrganismos, mostrando sua

    principal propriedade: a durabilidade.

    H a diviso dos materiais plsticos em duas grandes categorias: os termofixos, aqueles

    que, em sua moldagem, sofrem reaes qumicas que os impossibilitam de sofrerem nova fuso

    (consequentemente, no so reciclveis) e os termoplsticos, os quais podem ser moldados

    diversas vezes por efeito de presso e temperatura, mostrando-se reciclveis. Os tipos de

    plsticos mais consumidos na atualidade podem ser considerados como commodities em

    virtude da produo em larga escala e da aplicao destes materiais. Alguns exemplos destes

    plsticos so o polietileno, polipropileno, poliestireno e policloreto de vinila, os quais so

    termoplsticos (ABIPLAST, 2016).

    A Tabela 1 abaixo fornece os smbolos para identificao das resinas termoplsticas

    utilizadas na fabricao de embalagens de acondicionamento plsticos e resinas termoplsticas,

    bem como suas abreviaturas em portugus e ingls. Tais smbolos, ao mostrarem a composio

    dos produtos, auxiliam na separao e reciclagem dos mesmos.

  • 19

    As principais aplicaes dos polmeros so a fabricao de embalagens,

    eletrodomsticos, automveis, brinquedos, utenslios domsticos, peas diversas para a

    Tabela 1: Simbologia de reciclabilidade e identificao das embalagens plsticas.

    Fonte: ABNT NBR 13.230 (2008)

  • 20

    indstria mecnica, eltrica e qumica, e materiais de consumo em geral. A Tabela 2 logo a

    seguir mostra um resumo das informaes sobre os tipos de plsticos, com suas caractersticas

    e exemplos de aplicaes.

    2.2 Degradao de plsticos

    Considerando especificamente polmeros, a degradao refere-se a qualquer

    mecanismo que cause, a algum tipo de propriedade, danos irreversveis (FECHINE, 2010).

    Esta alterao das propriedades de um polmero um resultado de diversas reaes

    qumicas intra ou intermoleculares. Diferentes eventos e fatores podem ocasionar a degradao,

    sendo ela dependente do material do polmero, da forma de processamento (todo polmero passa

    por este processo para que alcance seu formato final) e tambm de seu uso (DE PAOLI, 2008).

    Ainda de acordo com De Paoli (2008), a primeira etapa da degradao sempre est

    atrelada quebra de uma ligao qumica covalente, gerando espcies reativas (na maioria das

    vezes, radicais livres) que se responsabilizam pela propagao do processo. Diversos fatores

    podem ser capazes de fornecer energia para o rompimento de uma ou mais ligaes qumicas

    Tabela 2: Siglas, nomes, caractersticas e exemplos de aplicaes dos diferentes tipos de plsticos.

    Fonte: Programa A Qumica do Fazer. Plstico. Vesturios e Embalagens (2016).

  • 21

    (ocasionando a formao dos radicais livres) como, por exemplo, calor, radiao de alta energia,

    tenso mecnica, luz e ataque qumico ou biolgico.

    Sendo assim, h vrios tipos de degradao dos polmeros, tais como: degradao

    trmica, mecnica, termoxidao, fotoxidao, degradao termomecnica, mecanoqumica,

    biodegradao, fotobiodegradao, entre outros (VIANA e ANTUNES, 2016). Vale lembrar

    que as reaes de degradao tambm ocorrem durante o processamento, estocagem e/ou

    utilizao do produto polimrico (ABIPLAST, 2015) e no somente quando este descartado.

    A degradao trmica acontece quando o rompimento das ligaes qumicas resulta do

    efeito da temperatura na ausncia de oxignio, sendo a energia trmica, incidente sobre o

    polmero, superior energia das ligaes intramoleculares. A estabilidade trmica do polmero

    uma caracterstica que depende dos grupos qumicos presentes nele e sua resistncia

    temperatura na qual so expostos. A termoxidao, por sua vez, pode ocorrer na presena de

    oxignio atmosfrico ou outros agentes oxidantes e, para acontecer, depende da presena de

    ligaes e grupos facilmente oxidveis na macromolcula (ABIPLAST, 2015).

    A fotoxidao ocorre quando a radiao ultravioleta (UV) absorvida pelo polmero, o

    que causa um aumento da excitao entre os eltrons e resulta no rompimento das

    macromolculas. Os polmeros possuem comportamentos diferentes quanto radiao UV, ou

    seja, esse processo dependente de sua estrutura qumica (ABIPLAST, 2015).

    Quando a degradao realizada e catalisada por microrganismos, passa a ser

    denominada de biodegradao, na qual h a fragmentao do objeto de estudo e a ocorrncia

    de danos em algum tipo de propriedade, formando dixido de carbono, biomassa e gua, quando

    em condies aerbias. J na ausncia de oxignio, h tambm a formao de gs metano

    (FECHINE, 2010).

    A biodegradao ocorre em dois estgios: despolimerizao e mineralizao. No

    primeiro, h a quebra das ligaes polimricas por clivagem, um tipo de fragmentao do

    material, o que aumenta a rea de contato do polmero com os microrganismos e, assim sendo,

    as macromolculas comeam a se decompor em cadeias menores. Todo este estgio ocorre na

    superfcie do material e quanto maior a hidrofilicidade do polmero, mais facilitado o incio

    da degradao. Em seguida, a mineralizao se inicia com o transporte dos pequenos

    fragmentos oligomricos pelo interior dos organismos onde sero, primeiramente,

    transformados em biomassa e, por fim, mineralizados, produzindo gases (gs carbnico,

    metano, nitrognio e hidrognio), sais minerais, gua e novas biomassas (FECHINE, 2010).

  • 22

    Para o processo de biodegradao de polmeros no estado slido, existem trs elementos

    imprescindveis: os organismos, a estrutura do polmero e o ambiente. Os microrganismos, por

    meio de suas aes metablicas, sintetizam as enzimas responsveis pelo incio da

    despolimerizao e mineralizam o que foi formado neste processo (monmeros e oligmeros).

    A estrutura do polmero - incluindo tipos de ligao qumica, nvel de ramificao, de

    polimerizao e de hidrofilicidade, distribuio da massa molar, esterioqumica, cristalinidade

    e outras caractersticas morfolgicas - influencia diretamente na biodegradao. Porm, isso

    tudo no seria possvel se no fosse um ambiente com fatores favorveis ao processo como, por

    exemplo, temperatura, umidade (fator mais importante) e sais adequados (FECHINE, 2010).

    Entretanto, na maioria das vezes, o processo de biodegradao dos polmeros no

    ocorre. Fechine (2010) afirma que o polietileno, polipropileno, policloreto de vinila e

    politereftalato de etileno so exemplos de polmeros sintticos convencionais cuja estrutura

    qumica no absorve a radiao UV de maneira muito danosa e nem permite a degradao por

    outros mecanismos como, por exemplo, pela ao de microrganismos. Alm disso, as indstrias

    tambm utilizam substncias em sua composio que so responsveis por retardar a

    degradao.

    Quando polmeros so produzidos a partir de matrias-primas de fontes renovveis

    (milho, celulose, ou cana-de-acar, entre outros), eles so denominados como biopolmeros.

    H um grande interesse neste tipo de polmero que pode ser justificado por diversos fatores

    (BRITO et al., 2011). Segundo Harada (2008), a utilizao dos bioplsticos contribui para a

    economia de recursos fsseis, diminuindo a dependncia apresentada pelas atuais geraes dos

    mesmos, auxilia no equilbrio entre a oferta e a demanda dos produtos plsticos (considerando

    o tempo de consumo e o tempo de produo da matria-prima) e, alm disso, refora a

    sustentabilidade, uma vez que so enormes os impactos ambientais ocasionados na extrao e

    refino do petrleo, por exemplo.

    Entretanto, ser um biopolmero no significa necessariamente que o polmero

    biodegradvel. H, por exemplo, o polietileno verde e o policloreto de vinila verde, ambos

    produzidos a partir do etanol da cana de acar, que no demonstram biodegradabilidade

    (BRITO et al., 2011). De acordo com a empresa Braskem (2016), pioneira na produo do

    polietileno verde de fonte 100% renovvel, o etanol proveniente da cana de acar passa por

    um processo de desidratao, resultando no etileno, o qual polimerizado em unidades de

    produo do polmero.

  • 23

    Segundo Oliveira et al (2012), as sacolas plsticas de supermercado so produzidas a

    partir do polietileno e, em alguns casos, do polipropileno, que so polmeros derivados do

    petrleo e no suscetveis biodegradao, confirmando ainda mais a problemtica da

    biodegradabilidade destas embalagens.

    O polietileno, por exemplo, possui diversas caractersticas que o fazem ser resistente

    biodegradao, tais como: suas ligaes covalentes C-C e C-H altamente estveis; seu elevado

    peso molecular que acaba dificultando sua entrada nas paredes das clulas dos microrganismos;

    a falta de grupos facilmente oxidveis e/ou hidrolisveis; e sua natureza altamente hidrofbica

    (GAUTAM; BASSI; YANFUL, 2007 apud YANG et al., 2014).

    Podem ser produzidos cinco tipos de polietileno de acordo com o sistema cataltico

    utilizado na polimerizao e das condies reacionais: de baixa densidade (PEBD), de alta

    densidade (PEAD), linear de baixa densidade (PELBD), de ultra alto peso molecular

    (PEUAPM) ou de ultrabaixa densidade (PEUBD). (COUTINHO; MELLO; SANTA MARIA,

    2003)

    Viana (2010) ressalta que, na fabricao de sacolas plsticas, h dois tipos de polietileno

    mais empregados, os de alta densidade (PEAD) e os de baixa densidade (PEBD).

    Para que consiga chegar em seu formato final para sua utilizao, todo polmero passa

    por um ou mais mtodos de processamentos que, ao serem considerados os termoplsticos,

    podem ser: termoformagem, calandragem, extruso, moldagem por compresso, extruso e

    sopro, injeo, rotomoldagem e injeo seguida de sopro. No decorrer desses processos, os

    termoplsticos passam por aquecimento, cisalhamento e presso (DE PAOLI, 2008).

    Coutinho, Mello e Santa Maria (2003) afirmam que, quando so utilizados para a

    produo de sacolas plsticas, os polietilenos passam por um processamento de extruso.

    Neste mtodo, h um sistema de bombeamento para fluidos viscosos representado por

    uma extrusora. Ela contm um cilindro (tambm chamado de canho) que possui dentro de si

    uma rosca, alm de um cabeote com uma matriz. Ao longo da rosca e do cabeote, h diversas

    zonas de aquecimento e uma das principais caractersticas da rosca o L/D, ou seja, a razo

    entre o seu comprimento e o dimetro. Este valor est diretamente relacionado com o tempo de

    residncia e a ao de mistura (quanto maior o L/D, maiores os dois fatores mencionados).

    Quando o processo de mistura precisa apresentar melhor eficincia, usam-se extrusoras de

    dupla-rosca. A Figura 1 mostra um esquema simplificado desse equipamento, porm com

  • 24

    somente uma rosca. A corresponde ao lugar onde ocorre a alimentao, b rosca e o

    cilindro (ou canho), e c ao cabeote com a matriz (DE PAOLI, 2008).

    Basicamente, o processo consiste em forar, de maneira controlada, a passagem do

    material granulado (matria prima) por dentro do canho aquecido, passando pela(s) rosca(s)

    existente(s) ali, as quais so responsveis pelo transporte, mistura e compactao dos plsticos.

    Quando passa pela sada do cilindro, o material comprimido contra uma matriz que d formato

    a ele, originando o produto final que ser calibrado, resfriado e cortado (ABIPLAST, 2016).

    Contrastando com os polmeros recm citados, h tambm os aqueles capazes de passar

    por uma degradao ativada biologicamente por meio da ao enzimtica os biodegradveis.

    Estes polmeros, em sua grande maioria, so derivados de plantas. Processos no enzimticos,

    como a fotlise ou a hidrlise, tambm podem quebrar essas cadeias polimricas, porm s h

    biodegradao quando h ao enzimtica (FECHINE, 2010). De Paoli (2008) afirma que, para

    ocorrer o crescimento dos microrganismos que utilizam o material como fonte de nutriente, eles

    devem produzir as enzimas apropriadas para a quebra de alguma ligao qumica da cadeia

    polimrica.

    Os materiais polimricos biodegradveis podem ter seu uso em diversas aplicaes, tais

    como: revestimento de plantaes, liberao controlada de pesticidas, conteno de encostas,

    encapsulamento de sementes e, sobretudo, embalagens descartveis (DE PAOLI, 2008).

    Mesmo com as vrias aplicaes existentes, h certos empecilhos para a substituio

    dos no-biodegradveis para os biodegradveis como, por exemplo, as limitaes na

    performance destes e seu alto custo, o qual no justificado apenas pelo valor da matria prima

    Figura 1: Esquema simplificado de uma extrusora.

    Fonte: De Paoli (2008)

  • 25

    utilizada para sua sntese, mas principalmente pelo fato de ser produzido em uma pequena

    escala (FECHINE, 2010).

    Segundo Tokiwa et al. (2009), importante ressaltar que a biodegradabilidade dos

    plsticos no depende somente e/ou necessariamente da origem deles. H aqueles que so

    derivados do petrleo, porm podem ser degradados por microrganismos, enquanto h aqueles

    produzidos da biomassa ou energias renovveis que no so biodegradveis.

    BRITO et al. (2011) classificou alguns polmeros que apresentam biodegradabilidade a

    partir de sua fonte de obteno, como mostra a Figura 2.

    H tambm os plsticos chamados oxibiodegradveis, compostos de termoplsticos

    baseados em polmeros frequentemente utilizados no comrcio (polietileno, poliestireno e

    polipropileno). Eles contm em sua composio certos aditivos - constitudos de sais de metais

    de transio tais como ferro, nquel, mangans ou cobalto - que so responsveis por acelerar a

    degradao em certas condies de umidade, temperatura e/ou presena de luz. Segundo alguns

    fabricantes desses aditivos, esses plsticos passam por duas etapas de degradao, uma abitica

    que acelerada por um catalisador e outra bitica, a qual o prprio nome j diz, ocorre na

    presena de microrganismos (DE PAOLI, 2008).

    Dessa forma, acredita-se que a degradao do polietileno pode ser alcanada por foto

    ou termoxidao e, por conseguinte, pela atividade biolgica de microrganismos. Quando

    Figura 2 Classificao de polmeros biodegradveis conforme a fonte de obteno

    Fonte: BRITO et.al (2011)

  • 26

    amostras deste polmero recebem um pr-tratamento representado por luz UV ou termoxidao,

    h a despolimerizao das cadeias do PE, resultando na formao de produtos de baixo peso

    molecular (alcanos, alcenos aldedos, cetonas, lcoois e cidos graxos), os quais so mais

    suscetveis a sofrer, por fim, a degradao microbiana (ALBERTSSON; ANDERSSON;

    KARLSSON, 1987).

    Estes pr-tratamentos, pelo fato de introduzirem grupos como carbonila, carboxila e

    hidroxila, acabam aumentando a polaridade das molculas, diminuindo a hidrofobia do

    polmero e o tornando mais propenso biodegradao (ARUTCHELVI et al., 2008)

    Sendo assim, o valor do ndice de carbonila (C=O) um parmetro que serve de

    auxlio no monitoramento do grau de degradao dos filmes, uma vez que este grupo funcional

    est presente na maioria dos produtos de degradao do polietileno (CHIELLINI et al., 2006

    apud SELKE et al., 2015).

    A medio do ndice de carbonila feita pela razo entre as densidades pticas das

    bandas de absoro em 1716 cm-1, ou seja, quando h pico de carbonila, e em 1463 cm-1, quando

    h deformao angular fora do plano do CH2 (AMARAL et al., 2009). Tais valores de

    comprimento de onda (1716 cm-1 e 1463 cm-1) podem apresentar uma pequena variao na

    literatura, porm nada muito significante.

    Voltando aos aditivos pr-degradantes, os ons metlicos presentes nestes conseguem

    provocar efeitos de degradao do polmero mesmo em pouca quantidade, todavia isso no

    isenta a preocupao para com o meio ambiente, pois o uso de metais como magnsio, cobre,

    alumnio, entre outros, pode apresentar impactos ambientais e tambm riscos para a sade

    humana. A ttulo de exemplo, dependendo de sua concentrao, classifica-se o cobalto como

    cancergeno, alm de apresentar toxicidade muito alta para organismos marinhos (ABIPLAST,

    2015).

    Scott (2009 apud SANTOS et al., 2011) afirma que, se dispostos em aterros sanitrios,

    os plsticos oxibiodegradveis s iro parcialmente apresentar desintegrao e biodegradao

    se ficarem na superfcie do aterro ou, pelo menos, prximo a ela. Se ficarem a uma profundidade

    maior, se assemelharo aos plsticos convencionais, ficando inertes devido ausncia do

    oxignio.

    Porm, para De Paoli (2008), apesar dos fragmentos moleculares menores se mostrarem

    biodegradveis ao apresentar uma faixa molar adequada (permitindo sua absoro pelos

  • 27

    microrganismos), a matriz polimrica utilizada na produo desses polmeros no exibe

    biodegradabilidade.

    De acordo com o Instituto Plastivida (2008), o aparecimento de sacolas oxidegradveis

    veio acompanhado de uma srie de informaes incorretas. O termo oxidegradveis

    confundido com oxibiodegradveis, o que acaba gerando muito desentendimento, posto que

    no h desaparecimento desses plsticos na natureza eles somente degradam. Sendo assim, o

    que acontece a fragmentao do material em pequenas partculas que acabam se dispersando

    no ambiente, fazendo com que ocorra a poluio invisvel, inviabilizando sua coleta e

    reciclagem e, consequentemente, causando danos ao meio ambiente.

    Por sua vez, a empresa RES Brasil (2016) declara que, desde a fabricao at a

    destinao final, h inmeras vantagens apresentadas pelos plsticos aditivados com os pr-

    oxidantes. Complementarmente, ainda garante que os plsticos aditivados com seu produto so

    seguros quanto ao contato com alimentos e que esto em conformidade com agncias

    governamentais internacionais e nacionais, como a brasileira ANVISA e a norte-americana

    FDA, e com padres de testes requeridos pelas normas ASTM D 6954-04 e BS 8472.

    2.3 Normas aplicveis biodegradao de plsticos

    As normas internacionais relacionadas aos oxibiodegradveis so a americana (ASTM

    D 6954-04), a inglesa (BS 8472), a francesa (AFNOR ACT51-808) e a brasileira ABNT PE-

    308.01 (MINISTRIO DO MEIO AMBIENTE, 2016). Quanto biodegradabilidade de

    plsticos, existem a ASTM D 5338-15, ASTM D 6400-12 e a ABNT NBR 15448-2. Algumas

    delas so descritas a seguir.

    2.3.1 ABNT NBR 15448-2: Embalagens plsticas degradveis e/ou de fontes renovveis.

    Parte 2 Biodegradao e compostagem Requisitos e mtodos de ensaio

    Em razo da importncia da revalorizao orgnica na recuperao dos materiais

    plsticos, tem-se dado cada vez mais importncia ao processo de compostagem. Assim, a

    caracterizao e a correta identificao das embalagens plsticas so necessrias para que estas

    consigam desintegrar e biodegradar nas condies especficas de compostagem de forma

    eficiente.

    Para realizar a determinao da compostabilidade dessas embalagens, requisitos e

    mtodos de ensaio so especificados por esta norma, a qual baseada na norma europeia EN

  • 28

    13432:2000, sempre tendo em vista a revalorizao dos resduos ps-consumo e considerando

    a biodegradao aerbia do material plstico, sua desintegrao e o impacto que gera no

    ambiente de compostagem.

    As amostras devem ser representadas por embalagens plsticas (garrafas, sacolas,

    caixas, etc.) prontas para uso e, antes dos ensaios, no podem sofrer quaisquer tipos de

    degradao acelerada ou desintegrao.

    Na caracterizao dos itens de embalagem (rtulos, frascos, tubos, tampas, alas, etc.),

    estes devem ser identificados anteriormente pelo fornecedor que deve conceder ao laboratrio

    informao e comprovao do atendimento aos regulamentos nacionais em vigor e da

    composio de cada constituinte dos materiais (resinas de polietileno, polipropileno, policido

    lctico, aditivos, pigmentos, cargas, etc.), bem como a comprovao de que as substncias que

    se fazem presentes nas embalagens esto de acordo com os limites mximos de concentrao

    de elementos qumicos impostos na Tabela 3 e a comprovao do teor de carbono orgnico, de

    slidos secos totais e de slidos volteis, este ltimo devendo ser de, no mnimo, 50%.

    Os elementos qumicos e suas concentraes limites, expostos na Tabela 3 a seguir,

    foram obtidos da EN 13432, com ressalva do cobalto (Co), cujo limite foi obtido da Instruo

    Normativa n 10 do Ministrio da Agricultura, Pecuria e Abastecimento.

  • 29

    De acordo com a norma ABNT NBR 15448-2, so trs os fatores necessrios para

    avaliao da compostagem satisfatria de uma embalagem plstica: biodegradao aerbia,

    desintegrao (considerando os impactos durante o processo) e qualidade do composto.

    Para que seja organicamente recupervel, a embalagem deve ser biodegradvel.

    Considerando esta caracterstica, devem ser levados em conta os requisitos: constituintes

    orgnicos significativos (todo constituinte, de origem orgnica, do material e que se faa

    presente em mais de 1% em massa seca do material) e a biodegradabilidade de cada um, sendo

    vlido ressaltar que a quantidade total de constituintes orgnicos que no precisam ter sua

    biodegradabilidade avaliada no deve ultrapassar 5% em massa seca do material; e o limite de

    biodegradao aerbia, o qual representado por, no mnimo, 90% de carbono orgnico

    convertido a dixido de carbono em um prazo de, no mximo, 6 meses para todos os materiais

    de embalagem e seus constituintes. Para isso, analisa-se a razo de converso do dixido de

    carbono e seu valor terico (CO2/ThCO2).

    No que concerne desintegrao, depois de um perodo mximo de 12 semanas na

    compostagem, a embalagem deve ter no mximo 10% de sua massa seca original retida em uma

    peneira de malha de 2 mm. Quanto ao impacto no processo, a biomassa vegetal e a germinao

    de plantas devem apresentar mais de 90% do crescimento das mesmas espcies vegetais em

    Tabela 3: Limite mximo de elementos qumicos na embalagem inteira e no item de embalagem.

    Fonte: ABNT NBR 15448-2 (2008)

  • 30

    relao ao composto orgnico de referncia. Alm disso, para que seja denominado como

    compostvel, a embalagem no pode possuir nenhum item que apresente impacto negativo no

    processo.

    Por fim, imprescindvel o atendimento aos regulamentos nacionais pertinentes pelo

    composto orgnico resultante para fins de uso no solo.

    O mtodo de ensaio de determinao da biodegradao aerbia deve ser realizado de

    acordo com a norma ISO 14855. J o ensaio de desintegrao feito em conformidade com a

    norma EN 14045 e o impacto no processo deve ser ensaiado de acordo com o item 8.2 da EN

    13432:2000. A seleo das espcies vegetais deve ser feita utilizando as orientaes da OECD

    208 e escolhendo pelo menos uma espcie de cada categoria (monocotilednea ou

    dicotilednea).

    2.3.2 ASTM D-5338-15: Mtodo de teste padro para determinar a biodegradao aerbia

    de materiais plsticos sob condies controladas de compostagem (incluindo

    temperaturas termoflicas)

    Devido grande variao de construo e operao das instalaes de compostagem e

    tambm aos mais variados requisitos regulamentares para tais sistemas, o procedimento

    existente nesta norma, equivalente ISO 14855, no pretende simular o ambiente de qualquer

    sistema particular de compostagem. Mais especificamente, o procedimento tem como objetivo

    criar um ambiente de laboratrio padro que permite uma determinao rpida e reprodutvel

    da biodegradabilidade aerbia em condies de compostagem controlada, na qual temperatura,

    aerao e umidade so rigorosamente monitoradas.

    Inicialmente, h a preparao das amostras. Obtm-se um inculo da compostagem

    municipal dos resduos slidos (quaisquer itens inertes grandes como, por exemplo, pedaos de

    vidro, pedra, madeira, etc. devem ser removidos e descartados). A amostra em branco

    corresponde somente ao inculo, enquanto que as amostras de teste so representadas pelos

    materiais plsticos que podem estar em forma de filmes, grnulos ou p misturados com o

    inculo e gua (resultado em um teor de 50% de slidos secos). Como referncia, so utilizados

    tambm o controle positivo, o qual contm uma fina camada de celulose, e o controle negativo,

    composto por polietileno. Vale ressaltar que, ao final do teste, se no for encontrada uma

    biodegradao de pelo menos 70% do controle positivo, o experimento deve ser tomado como

    invlido e repetido com outro inculo.

  • 31

    Assim sendo, as amostras so colocadas em recipientes de compostagem, pesadas e

    expostas a um jato de ar, o qual garante que a taxa de fluxo de ar seja sempre suficientemente

    alta (o nvel de oxignio no pode ficar abaixo de 6% na sada de ar), em um lugar escuro (ou

    em luz difusa) onde no haja vapores txicos para os microrganismos e que apresente uma

    temperatura de 58 2C, por um perodo de 45 dias.

    Deve-se checar o fluxo de ar diariamente antes de passar pelos recipientes de

    compostagem e tambm nas sadas, ajustando quando necessrio e assegurando de que no h

    nenhum vazamento presente no sistema completo. fundamental a manuteno da

    concentrao de pelo menos 2% de volume de CO2 do volume total para que a concentrao

    deste gs na sada de ar seja a mais exata possvel. Tambm necessrio, durante todo o

    processo, garantir condies apropriadas compostagem (por exemplo, agitar semanalmente

    os recipientes para que haja uniformidade e uma distribuio melhor da umidade dentro deles)

    e tambm registrar as observaes visuais, considerando a estrutura do composto, o teor de

    umidade, a colorao, o desenvolvimento de fungos, o cheiro da sada de ar e a desintegrao

    das amostras. Se a biodegradao de alguma amostra ainda estiver acontecendo de forma

    significativa, o perodo de 45 dias pode ser estendido.

    Em seguida, determina-se a concentrao de slidos secos remanescentes no material

    compostado e a perda de peso dele. O valor do pH um fator importante, uma vez que se for

    inferior a 7, deve ser medida a concentrao de cidos graxos volteis e, se forem formadas

    mais de 2 gramas de cidos graxos volteis por quilograma de matria seca no recipiente de

    compostagem, o teste considerado como invlido.

    Por fim, mede-se tambm a evoluo do dixido de carbono e avalia-se o grau de

    biodegradao. A porcentagem de biodegradabilidade obtida pela determinao da

    porcentagem de carbono na substncia de teste que convertida a gs carbnico durante o teste.

    Essa porcentagem de biodegradabilidade no inclui a quantidade de carbono da substncia em

    teste que se converteu em biomassa celular e que, por sua vez, no metabolizada em dixido

    de carbono durante o teste.

    2.3.3 ASTM D-6400-12: Especificao padro para a classificao de plsticos destinados

    compostagem aerbia em instalaes municipais ou industriais

    A norma americana ASTM D-6400-12, cujo mtodo de teste equivalente ao da ISO

    17088, um guia cujo objetivo estabelecer critrios para identificar se certos produtos feitos

    de plsticos ou polmeros tero uma compostagem aerbia em instalaes municipais e

  • 32

    industriais (sob condies termoflicas) de forma satisfatria ou no. So apresentadas

    propriedades necessrias quando se deseja determinar se os produtos finais (incluindo

    embalagens), que usam plsticos e polmeros como revestimento ou substncias ligantes, sero

    adequadamente compostados em tais condies j citadas.

    Os produtos que atendem s caractersticas especificadas abaixo devem ser classificados

    como compostveis em instalaes aerbias municipais ou industriais, conforme as diretrizes

    da Comisso Federal de Comrcio dos Estados Unidos da Amrica. As caractersticas so:

    Desintegrao durante a compostagem.

    Um produto ou material de plstico deve desintegrar durante sua compostagem de modo

    que nenhum residual de plstico remanescente seja facilmente distinguvel dos materiais

    orgnicos presentes no produto final. Considera-se que o produto plstico tem uma

    desintegrao satisfatria quando depois de 12 semanas (84 dias), em um experimento de

    compostagem controlado, no mximo 10% do seu peso seco original permanecer ao passar por

    uma peneira com malha de 2mm.

    Biodegradao.

    O produto plstico deve demonstrar uma velocidade de biodegradao satisfatria ao atingir

    determinada converso do carbono orgnico para o dixido de carbono dentro de 180 dias,

    utilizando os mtodos de testes ASTM D-5338-15, ISO 14855-1 ou ISO 14855-2. Um total de

    90% do carbono orgnico presente no objeto em estudo deve ser convertido a dixido de

    carbono at o final do teste, quando comparado ao controle positivo ou em termos absolutos.

    Ausncia de impactos adversos sobre a capacidade do composto de auxiliar no

    crescimento das plantas.

    Os materiais testados no podem apresentar impactos adversos na habilidade dos compostos

    de auxiliar no crescimento das plantas, quando comparado a compostos derivados de resduos

    biolgicos sem qualquer adio de produtos testados ou materiais de referncia. Alm disso, os

    produtos ou materiais polimricos no podem apresentar nveis inaceitveis de metais

    regulamentados ou substncias perigosas para o ambiente aps a decomposio da amostra

    (suas concentraes de metais regulamentados devem ser menores que 50% daqueles prescritos

    para lodos ou compostos no pas onde so vendidos). Tambm, a velocidade de germinao e

    da biomassa vegetal das amostras no devem ser inferiores a 90% dos compostos da amostra

  • 33

    em branco, considerando duas espcies de plantas diferentes, de acordo com OECD Guideline

    208.

    2.3.4 ASTM D-6954-04: Guia padro para plsticos expostos em teste que sofrem

    degradao no meio ambiente por uma combinao de oxidao e biodegradao.

    Neste guia, utiliza-se uma abordagem baseada em trs nveis e critrios diferenciados

    para avaliar a seguinte sequncia: a oxidao dos produtos plsticos, sua biodegradabilidade e,

    por fim, seus impactos ecolgicos em certas aplicaes e ambientes de disposio. Foi escolhida

    em laboratrio tal abordagem (em nveis) pelo fato de se apresentar conveniente quanto

    separao dos processos da oxidao, biodegradao e impactos ecolgicos, embora que, em

    situaes reais, muito provavelmente os trs processos ocorram concomitantemente ao invs de

    forma consecutiva.

    No nvel I, mede-se a velocidade e a extenso da perda de peso molecular resultante da

    oxidao (termo e foto), o que indica na perda das propriedades fsicas por este processo. Os

    testes acelerados devem ser realizados sob condies de temperaturas e umidades tpicas dos

    ambientes especficos de aplicao ou de descarte considerados (as condies oxidativas podem

    ser encontradas nas normas D 5208, D 5510, D 5071). Alm do peso molecular, o ndice de

    polidispersidade razo entre o peso molecular mdio ponderal (Mw) e o peso molecular mdio

    numrico (Mn) e a porcentagem de colide, cuja presena pode ser uma reao comum na

    degradao por oxidao dos polmeros, tambm devem ser determinados.

    No nvel II, medida a biodegradao, tambm em condies laboratoriais apropriadas,

    de todos os produtos do nvel I, seguindo os mtodos de ensaio das normas ASTM D 5988, D

    5338 e D 5526. A evoluo do dixido de carbono pelo tempo registrada e, para produtos

    formados por apenas um nico polmero, 60% do carbono orgnico deve ser convertido em

    dixido de carbono antes do teste terminar e o teor de colide no nvel I no pode ultrapassar

    10%. J para produtos formados por mais de um polmero, 90% do carbono orgnico deve ser

    convertido em dixido de carbono antes do fim do teste.

    Por fim, no nvel III, testa-se a ecotoxicidade do material residual do nvel II. Alm da

    taxa e grau de biodegradao, importante saber do impacto dos plsticos decompostos

    biologicamente na qualidade do solo, compostagem e gua, principalmente no que diz respeito

    a qualquer toxicidade que os residuais dos plsticos podem apresentar em seu ambiente de

  • 34

    descarte ou aplicao. Portanto, necessrio medir os impactos ecolgicos a fim de garantir a

    segurana da degradao biolgica aerbia ou anaerbia.

    Segundo a norma ASTM D 5951, que fornece um guia para avaliao da toxicidade

    subsequente dos testes de biodegradao ou de compostagem, muitos mtodos tm sido

    desenvolvidos para a determinao de efeitos toxicolgicos, tanto em ambiente terrestre quanto

    aqutico. Alguns testes terrestres sero resumidamente explicados a seguir. Vale ressaltar que

    deve ser feita a avaliao do material em teste, em solo ou gua, antes e depois do nvel II e os

    metais pesados ou outras substncias preocupantes devem ser determinados diretamente no

    material antes da degradao, a fim de verificar se esto nos limites aceitveis de concentrao

    baseados nas listas de materiais txicos da Environmental Protection Agency (EPA).

    O teste de crescimento de plantas, descrito no guia OECD 208, determina a

    fitotoxicidade atravs da mistura do composto com o solo, proporcionando a avaliao da

    sobrevivncia e do crescimento das plantas (geralmente, trs espcies). A durao do teste de

    aproximadamente um ms e os resultados do material biodegradado comparado a um controle.

    Outro teste, em conformidade com o guia OECD 207, o relacionado a minhocas. O

    procedimento determina uma possvel toxicidade ao misturar o material biodegradado com um

    tipo especfico de solo. Medem-se a mudana de peso das minhocas bem como a sua

    sobrevivncia e os resultados tambm so comparados a um controle.

    Cada nvel da degradao desta norma avaliado de forma independente a fim de

    permitir uma avaliao conjunta do desempenho ambiental de um polmero em um ambiente

    controlado de laboratrio. Isso permite uma avaliao laboratorial em ambientes de disposio

    como solo, gua, compostagem, aterro sanitrio e tambm o uso de produtos agrcolas, evitando

    prejuzos e danos ao meio em questo.

    2.3.5 ABNT PE-308.01 - Rtulo Ecolgico para Aditivos Plsticos com Funo

    Oxibiodegradvel

    A ABNT possui um programa chamado de Rotulagem Ambiental cujo objetivo

    melhorar e/ou manter a qualidade ambiental ao reduzir o consumo de materiais e energia e

    tambm diminuir os impactos de poluio oriundos da produo, utilizao e disposio de

    servios e produtos.

  • 35

    Existem determinados produtos com aditivos que so responsveis pela acelerao do

    processo de degradao de poliolefinas polmeros cujos monmeros so representados pelo

    grupo funcional orgnico das olefinas simples em condies de exposio ao meio ambiente

    como os aterros sanitrios ou a compostagem. Para que tais produtos recebam a licena para

    uso da Marca ABNT de Qualidade Ambiental (Rtulo Ecolgico ABNT), eles devem atender

    aos requisitos apresentados no procedimento da norma.

    Os produtos que este procedimento considera contm aditivos, utilizados em

    embalagens com poliolefinas em suas estruturas, que aceleram a degradao dos materiais e

    tornam possvel a biodegradao em ambientes abertos. Esses aditivos so frequentemente

    utilizados em plsticos flexveis como, por exemplo, sacolas, produtos agrcolas e/ou

    descartveis, embalagens, entre outros.

    Em relao s substncias utilizadas no processo de fabricao dos produtos finais, estas

    no podem se mostrar cancergenas, mutagnicas e/ou disruptores endcrinos.

    Para verificar a funcionalidade dos produtos fabricados com aditivos oxibiodegradveis,

    esses passam por ensaios de: degradao abitica, biodegradao, eco toxicologia.

    No primeiro ensaio, o grau de degradao avaliado ao determinar o teor de gel e ao

    medir a perda de propriedades mecnicas, da viscosidade e do peso molecular atravs de testes

    que ocasionam o envelhecimento de UV, envelhecimento por calor ou qualquer outro mtodo

    paralelo que simule os processos degradativos.

    No ensaio de biodegradao, so feitos ensaios, de acordo com o teste OECD 301B,

    com os resduos provenientes dos testes de degradao ao misturar a amostra com uma

    quantidade de solo adequado e medindo a taxa de liberao de dixido de carbono (digesto

    aerbia) esta variando entre 60 e 90%, uma vez que depende do tipo de polmero ou mistura

    ou metano (digesto anaerbia). Se o produto apresentar massa molecular mdia abaixo de

    5.000 g/mol, considerado como biodegradvel.

    No teste da ecotoxicologia, o material oriundo dos dois testes anteriores, quando

    analisado por espectroscopia de absoro atmica, no deve exceder os nveis mximos de

    concentrao de certos elementos metlicos apresentados na Tabela 4 a seguir.

  • 36

    Adicionalmente, devem ser realizados ensaios na presena de diversos organismos vivos

    com o intuito de avaliar os efeitos do material no solo e verificar se os resduos do processo de

    degradao abitico no so danosos ao meio ambiente. Os testes podem medir taxa de

    germinao de sementes, taxa de crescimento de uma variedade de plantas ou taxa de

    sobrevivncia de minhocas, por exemplo.

    Os produtos comercializados que tero contato direto com alimentos devem atender a

    legislao local. Aqui no Brasil, devem cumprir com o Regulamento geral sobre embalagens e

    materiais em contato com alimentos da ANVISA (Resoluo RDC n 17, de 12 de janeiro de

    2008).

    Ainda de acordo com a norma ABNT PE-308.01, a embalagem primria do aditivo,

    deve ser de material reciclvel e ele deve apresentar informaes sobre seu tempo de vida til,

    formas de disposio e eliminao e rastreabilidade.

    Tabela 4: Valores mximos de concentrao, em mg/kg, para elementos metlicos.

    Fonte: ABNT PE-308.01

  • 37

    Deve ser fornecido tambm um relatrio que relate todos os detalhes e caractersticas

    do material em teste tais como sua espessura, aditivo, material polimrico e uso final, alm dos

    resultados dos testes e o perodo de tempo que foram realizados.

    Ademais, realizado um controle de qualidade tanto na compra, recebimento e produo

    dos produtos quanto na distribuio deles, seja por transporte prprio ou terceirizado. Quanto

    ao processo produtivo dos materiais, devem ser estabelecidos programas de otimizao do

    consumo de gua e energia e de gesto dos resduos gerados, considerando os critrios

    ambientais aplicveis a esta etapa do ciclo de vida dos produtos.

    Os fabricantes devem atender a requisitos legais no que tange a legislaes ambientais

    aplicveis aos fatores de resduos, efluentes e emisses e a regulamentos trabalhistas, anti

    discriminatrios e de segurana, considerando os trs nveis de governo (federal, estadual e

    municipal).

    necessrio dar ateno aos laboratrios pelos quais ocorrero os testes. Eles devem

    ser acreditados pelo Inmetro ou qualquer outro organismo do exterior com o qual o Inmetro

    tenha acordo. Se no forem acreditados, devem passar por uma avaliao considerando os

    requisitos do item 7.5 do PG-11- Procedimento Geral da Marca ABNT Qualidade Ambiental.

    O processo de certificao dos produtos constitudo por: documentao; anlise

    preliminar; pr auditoria (opcional); auditoria de certificao, na qual so realizadas as

    avaliaes dos produtos e do atendimento aos critrios tcnicos e aos requisitos legais e a coleta

    de amostras e ensaios; avaliao inicial da qualidade; e, por fim, a concesso da certificao.

    Entretanto, necessrio que haja a manuteno dessa certificao, cujo processo contm:

    auditorias de manuteno; avaliao dos produtos; avaliao da conformidade; autocontrole; e

    acordos de reconhecimento.

    2.4 Experimentos acerca da degradao de plsticos

    Amaral et al. (2009) estudou a degradao de sacolas plsticas de PEAD oxidegradveis

    expostas ao envelhecimento acelerado por um perodo de 42 dias. Atravs de dois mtodos

    diferentes de caracterizao, anlise visual e por espectroscopia no infravermelho com

    transformada de Fourier (FTIR), avaliou-se o efeito da degradao termo e foto oxidativa destes

    polmeros.

  • 38

    As sacolas tinham espessura de 15 m e foram expostas a luz, radiao, calor e vapor

    dgua em um equipamento que simulava um ambiente natural, porm em processo acelerado,

    e foi estruturado de acordo com a norma ASTM G154 00. O equipamento possua sistema

    de ventilao, evaporao de gua e manuteno da umidade, suportes para os corpos de prova,

    leitores da umidade e temperatura e oito lmpadas de radiao ultravioleta (UV) (AMARAL et

    al., 2009).

    Logo, acondicionaram-se as amostras (com tamanhos de 10 x 10 cm) nesta cmara,

    deixando-as sob uma incidncia direta dos raios das lmpadas UV a uma temperatura de 45C

    e umidade do ar de 65% (AMARAL et al., 2009).

    Para visualizar uma degradao macroscpia, foram tiradas fotografias dos corpos de

    prova antes do ensaio e no 7, 14, 21, 28, 35 e 42 dia. Depois, para identificar alteraes na

    estrutura das amostras, foi feita uma anlise da transmitncia (razo entre a quantidade de luz

    que atravessa um meio e a que incide sobre ele) dos filmes por espectroscopia no infravermelho

    com transformada de Fourier (FTIR) em um espectrmetro FTIR Michelson Bomem

    Hartmann & Braun na regio de 400 a 4000 cm-1, com resoluo de 4 cm-1, Srie MB-Q100.

    (AMARAL et al., 2009). Realizou-se tambm a medio do ndice de carbonila pela razo entre

    as densidades pticas das bandas de absoro em 1716 cm-1 e em 1463 cm-1 (AMARAL et al.,

    2009).

    A Figura 3 revela o efeito, observado visualmente, dos raios UV sobre as amostras.

    Notou-se que as fissuras comearam a surgir no 21 dia, levando fragmentao das sacolas

    depois de 35 e 42 dias do ensaio (AMARAL et al., 2009). O parmetro de alteraes visuais,

    apesar de no provar a degradao do PEAD contendo aditivo, serve como um primeiro

    indicativo do processo (SHAH et al, 2008).

  • 39

    Sabendo que a oxidao do PE leva acumulao dos grupos carbonila, a caracterizao

    por FTIR demonstrou visivelmente a oxidao do material de PEAD, como exibe a Figura 4 a

    seguir (AMARAL et al., 2009).

    Figura 3: Anlise visual das amostras de acordo com o tempo de exposio ao envelhecimento

    acelerado. Fonte: Amaral et al.. (2009)

    Figura 4: Regio de interesse dos espectros de FTIR para as amostras de PEAD em funo do

    tempo de exposio ao envelhecimento acelerado. Fonte: Amaral et al. (2009)

  • 40

    Foi observado um intenso pico em 1463 cm-1 (correspondendo deformao angular

    fora do plano do CH2) e, a partir do 14 dia, houve o aparecimento do pico de carbonila em

    1716 cm-1 (AMARAL et al., 2009).

    A obteno do ndice de carbonila foi feita pela razo entre a densidade ptica da banda

    de absoro em 1716 cm-1 e em 1463 cm-1. De acordo com a Figura 5, percebeu-se o aumento

    significativo deste ndice a partir dos 14 dias de ensaio, determinando o avano da degradao

    do polmero (AMARAL et al., 2009)

    De acordo com as anlises realizadas (visuais, FTIR e clculo do ndice de carbonila),

    Amaral et al. (2009) afirmaram que as sacolas plsticas oxidegradveis sofreram alteraes de

    forma bastante rpida quando expostas a um envelhecimento acelerado em poucos dias houve

    a fragmentao total do material pelos raios UV.

    J Mazur et al. (2009) estudaram o comportamento de sacolas plsticas (de PEAD)

    oxidegradveis expostas ao intemperismo natural, ao contrrio do estudo mencionado

    anteriormente, cuja exposio era a um envelhecimento acelerado.

    Figura 5: Valores do ndice de carbonila para amostras de PEAD em funo do tempo de

    exposio ao envelhecimento acelerado. Fonte: Amaral et al. (2009)

  • 41

    A espessura das sacolas testadas por Mazur et al. (2009) era de 10 m e elas foram

    expostas sobre uma placa por um perodo de 240 dias radiao natural em Joinville, SC, com

    um ngulo de 30 com a horizontal. A fim de analisar o nvel de degradao, as amostras foram

    removidas mensalmente, fotografadas para observar alguma mudana em sua superfcie e, em

    seguida, fez-se a anlise atravs da tcnica de termogravimetria (TG/DTG) e da espectroscopia

    no infravermelho com transformada de Fourier (FTIR).

    O resultado visual da exposio das embalagens oxidegradveis a um ambiente natural

    observado na Figura 6 (MAZUR et al., 2009).

    Ao analisar a Figura 6, Mazur et al. (2009) observaram que as fissuras s comearam a

    aparecer no 210 dia de exposio e, aos 240 dias, se intensificaram, contudo no chegaram a

    se fragmentar em pequenos pedaos. Apesar de no provarem a presena de degradao,

    alteraes visuais so encaradas como uma primeira indicao de qualquer processo de

    degradao (SHAH et al., 2008).

    Figura 6: Anlise visual das amostras de acordo com o tempo de exposio ao intemperismo natural. Fonte: Mazur et al. (2009)

  • 42

    As curvas de anlise de TG e DTG em funo do tempo de exposio ao intemperismo

    natural so ilustradas na Figura 7 a seguir. Elas foram obtidas em uma termobalana TGA-

    50/Shimadzu e aquecidas de 25 a 600 a 10C/min (MAZUR et al., 2009).

    A partir destas curvas, foi possvel determinar certos dados como, por exemplo, os

    valores de Tonset e Tmx que correspondem, respectivamente, aos pontos de incio de

    degradao e de quando a taxa de degradao a mais rpida. Tais valores, juntamente com as

    porcentagens de perda de massa esto relacionados na Tabela 5 (MAZUR et al., 2009).

    Figura 7: Curvas TG (esquerda) e DTG (direita) antes e aps exposio ao intemperismo natural.

    Fonte: Mazur et al. (2009)

    Tabela 5: Tonset e Tmx (em C) e perda de massa (%) das sacolas de acordo com o tempo de

    exposio ao intemperismo natural

    Fonte: Mazur et al. (2009)

  • 43

    Ao observar a Figura 7 e a Tabela 5 acima, pode-se perceber que houve pequenas

    variaes nos valores de Tonset e Tmx entre as amostras expostas e a sem degradao. Tal

    fato indica que a tcnica termogravimtrica utilizada no apresentou sensibilidade suficiente

    para acompanhamento do processo de degradao das sacolas, pois, como ser visto a seguir, a

    presena do pico da carbonila foi detectada pelos espectros de FTIR a partir dos 150 dias

    (MAZUR et al., 2009). Sendo assim, com a presena do grupo carbonila, era para ter tido

    modificaes significativas dos valores de temperatura das amostras expostas a 150, 180, 210

    e 240 dias devido mudana na estrutura qumica do material.

    Para finalizar o estudo, Mazur et al. (2009) analisaram as amostras com o espectrmetro

    FTIR Michelson Bomem Hartmann & Braun na regio de 400 a 4000 cm-1 a uma resoluo de

    4 cm-1. Os resultados da espectroscopia FTIR em funo do tempo esto apresentados na Figura

    8.

    Constata-se, a partir de 120 dias de exposio, o aparecimento do pico de carbonila em

    1716 cm-1, o qual foi sendo intensificado conforme o tempo foi passando e possibilitando a

    observao do avano da degradao do material polimrico (MAZUR et al., 2009).

    Sabe-se que o polietileno um polmero estvel e composto por longas cadeias de

    monmeros de etileno (CH2=CH2) e que, de uma forma geral, misturar o PE com aditivos reduz

    Figura 8: Espectros de FTIR das sacolas oxidegradveis antes e aps exposio ao

    intemperismo natural. Fonte: Manzur et al. (2009)

  • 44

    o peso molecular do polmero, aumenta a auto oxidao e facilita a degradao por

    microrganismos dos materiais com baixo peso molecular. Apesar das mais variadas tentativas

    de misturas do polietileno a fim de aumentar sua biodegradabilidade, esta ainda se apresenta

    muito baixa ao considerar a parte da mistura relativa ao PE (TOKIWA et al., 2009).

    Ento, Selke et al. (2015) realizaram um estudo mais aprofundado. Foi avaliada a

    influncia de certos aditivos de plsticos na biodegradabilidade de polietileno (PE) e

    politereftalato de etileno (PET) em trs ambientes: digesto anaerbia, compostagem e

    enterramento em solo.

    Na produo dos filmes de PE no estudo de Selke et al. (2015), os autores utilizaram

    resinas da empresa Dow Chemical Company de polietilenos de baixa densidade (LDPE 501I) e

    de baixa densidade linear (DOWLEX 2045G) que, quando misturadas, apresentavam uma

    proporo em peso de 70:30. A espessura total do filme controle de polietileno era de 22,9

    5,1 m. Em seguida, os aditivos especficos para o polmero em questo foram adicionados

    mistura com concentraes de 1 e 5%, em peso. Tais aditivos foram obtidos de trs empresas

    diferentes: Wells Plastics Ltd. (Reverte for PE), Ecologic (Eco-one EL 10) e Symphony (d2w).

    As amostras foram rotuladas como PE W1, PE E1 e PE S1 para os filmes de PE com 1% de

    aditivo da Wells, Ecologic e Symphony, respectivamente. J as amostras contendo 5% de aditivo

    foram classificadas como PE W5, PE E5 e PE S5.

    resina de PET tambm foram adicionados aditivos promotores de biodegradao, em

    1 e 5% em peso, provenientes apenas de duas das trs empresas mencionadas, a Wells Plastics

    Ltd. (Reverte for PET) e a Ecologic (Eco-one EC 80). As amostras foram classificadas como

    PET W1, PET E1, PET W5 e PET E5. A espessura total da folha de PET era de 234 15 m

    (SELKE et al., 2015).

    importante a avaliao da degradao de polmeros em condies anaerbias para se

    ter uma ideia de como ser seu comportamento em diversos cenrios de disposio final como,

    por exemplo, mar, aterros e unidades de digesto anaerbia para recuperao de energia. A

    maioria desses cenrios operam em condies mesoflicas, aproximadamente 35C, ou em

    condies termoflicas, sendo, no mnimo, uma temperatura de 55C. A maioria dos materiais

    que degradam por digesto anaerbia passa pelas seguintes etapas principais: hidrlise de

    matrias orgnicas complexas como protenas, carboidratos e lipdios em aminocidos,

    carboidratos menores, cidos graxos e lcoois; fermentao desses aminocidos e carboidratos

    menores, resultando em etanol, acetato, gs hidrognio e dixido de carbono; oxidao

  • 45

    anaerbia de cidos graxos de cadeia longa e lcoois, tendo como produtos finais o acetato e o

    propionato; oxidao anaerbia de cidos graxos de cadeia curta como o propionato e o butirato

    em acetato e gs hidrognio, processo denominado de metanognese, resultando na liberao

    de gs carbnico e metano (PAVLOSTATHIS; GIRALDO-GOMEZ, 1991 apud SELKE et al.,

    2015).

    No teste de biodegradao anaerbia, o processo foi baseado no mtodo apresentado na

    norma ASTM D5526-12. Nesse mtodo, h a simulao de aterros biologicamente ativos onde

    so encontradas condies anaerbias aceleradas, controlando a umidade e a temperatura, alm

    da recuperao de gs (SELKE et al., 2015).

    Os filmes de PE e as folhas de PET foram colocados em um agitador orbital modelo 361

    da Fisher Scientific a 95 5 rpm e expostos digesto anaerbia em incubadoras de modelo

    11-690D tambm da marca Fisher Scientific, a temperaturas de 35 1 e 50 1 C. O inculo

    foi obtido diretamente de um digestor anaerbio da Michigan State University (MSU), sendo

    este um resduo orgnico que apresenta uma alta concentrao de microrganismos anaerbios

    capazes de produzir metano (SELKE et al., 2015).

    Substituram-se os resduos domsticos pr-tratados por esterco fresco de uma fazenda

    da universidade, adicionando gua para obter uma mistura de somente 5% de slidos totais. Ao

    invs desse baixo teor, a ASTM D5526-12 recomenda uma concentrao alta de slidos totais.

    Porm, foi empregado um teor de slidos menor, pois, de uma maneira geral, ele leva a uma

    maior biodegradao (FERNNDEZ; PREZ; ROMERO, 2010). O esterco se mostrou muito

    importante, sendo a nica fonte de nitrognio e tambm de carbono (alm dos polmeros), alm

    de atuar como tampo, mantendo o pH em sua faixa ideal de 6,8 a 7,2 para que os

    microrganismos consigam, assim, crescer e se desenvolver (SELKE et al., 2015).

    Na preparao das amostras para o teste de biodegradao anaerbia, os pedaos de PE

    e PET com e sem aditivos foram cortadas em peas com reas de 0,635 x 0,635 cm e pesadas

    antes da insero delas em frascos de vidro contendo 125 mililitros de soro, hermeticamente

    fechados e equipados com septos a fim de medir a produo de gs. No teste, ao invs de utilizar

    a celulose usada em cromatografia em camada fina para ser a amostra de controle positivo,

    como sugerido pela norma ASTM, foram usados amido de milho e celulose em p. Tambm

    foi preparada a amostra em branco (M1), a qual continha apenas o inculo e o esterco (SELKE

    et al., 2015).

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    Inicialmente, as amostras contendo 4,337 gramas de amido de milho e celulose em p,

    representando os controles positivos, produziram grandes quantidades de gs, resultando em

    uma queda incontrolvel do nvel de pH para menos de 5 (CHEN; CHENG; CREAMER, 2008).

    Assim, realizou-se um novo experimento com outra amostra em branco (M2), apresentando

    somente o inculo e o esterco (assim como a M1) e outros dois controles positivos contendo

    apenas 0,55 e 1,1 grama de celulose (C 0,55 e C 1,10), sem o amido. A biodegradao anaerbia

    dessas amostras (C 0,55, C 1,10 e M2) durou 250 dias, j os testes dos controles negativos, ou

    seja, contendo plsticos sem aditivos (PE e PET) e das amostras contendo plsticos com

    aditivos (PE E1, PE 35, PE S1, PE S5, PE W1, PE W5, PET E1, PET E5, PET W1 e PET W5)

    e da M1 continuaram por 464 dias (SELKE et al, 2015).

    Todo o biogs produzido e acumulado das amostras com aditivos foi quantificado em

    mililitros, apresentando uma proporo de, aproximadamente, 2/3 de CH4 e 1/3 de CO2. A

    produo de gs foi medida com base no mtodo de deslocamento de gua. Inicialmente,

    realizavam-se as medidas a cada 3 dias nos primeiros 100 e, depois disso, a cada 7 dias (SELKE

    et al., 2015).

    Depois de 464 dias da execuo do experimento inicial, 0,55 grama de amido de milho

    foi adicionada s amostras de PE, PE E5, PE S5, PE W5, PET E5, PET W5 e amostra em

    branco (M1) em ambas as incubadoras, a temperaturas de 35 e 50C (vale ressaltar que s se

    adicionou amido na amostra contendo PET que se encontrava na incubadora a 50C) (SELKE

    et al., 2015).

    A produo de gs foi monitorada pelos 50 dias seguintes, assim como o nvel de pH.

    Se este, por exemplo, estivesse abaixo de 6,7, era adicionada uma soluo de 10% de NaOH

    aos frascos, garantindo que ficasse prximo de 6,9 (SELKE et al., 2015). Em concentraes

    baixas, o on Na+ pode estimular o crescimento de bactrias anaerbias, entretanto, em

    concentraes mais altas, o Na+ pode retardar e at mesmo inibir o crescimento bacteriano ao

    interromper seu metabolismo (CHEN; CHENG; CREAMER, 2008).

    Quanto aos resultados da biodegradao anaerbia, as Figuras 9 e 10 mostram a

    evoluo do total de biogs produzido pelos filmes de PE e folhas de PET expostos a ambientes

    de digesto anaerbia a 35 (representada pelas letras a e c) e 50 C (representada pela letra

    b e d) que simulam um aterro por 464 dias (SELKE et al., 2015).

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    Figura 9 Evoluo do total de biogs produzido pelas amostras (em branco, com PE com aditivos e

    controles positivos e negativos) pela durao do perodo de teste (em dias) a temperaturas de 35C (letra

    a) e 50C (letra b)

    Fonte: Selke et al. (2015)

    Figura 10 - Evoluo do total de biogs produzido pelas amostras (em branco, com PET com aditivos e

    controles positivos e negativos) pela durao do perodo de teste (em dias) a temperaturas de 35C (letra c) e

    50C (letra d)

    Fonte: Selke et al. (2015)

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    Pode-se dizer que, de uma maneira geral, o total de gs acumulado, em ambas as

    temperaturas e polmeros, no foram significativamente diferentes das amostras em branco.

    Alm disso, a microscopia ptica confirmou a formao de quantidades insignificantes de

    biofilme na superfcie das amostras de plsticos. Depois de 464 dias, foi adicionado aos

    biorreatores selecionados contendo PE, PE E5, PE S5, PE W5, PET E5, PET W5 e o branco

    (M1) amido de milho e o aumento na produo de gs indicou que os microrganismos

    presentes nos biorreatores se tornaram ativos quando se forneceu uma fonte de alimento. O gs

    total acumulado para os filmes de PE e as folhas de PET nos biorreatores a 35 e 50 C no foram

    significativamente diferentes das amostras em brancos durante esse te