UNIVERSIDADE DE SO PAULO FACULDADE DE ZOOTECNIA E ENGENHARIA DE ALIMENTOS
PAULA FIGUEIREDO MATHEUS CREMASCO
Instrumentao para a caracterizao dieltrica de filmes biodegradveis
Pirassununga 2016
PAULA FIGUEIREDO MATHEUS CREMASCO
Instrumentao para a caracterizao dieltrica de filmes biodegradveis
Verso corrigida``
Dissertao de mestrado apresentada ao Programa de Ps-Graduao da Faculdade de Zootecnia e Engenharia
de Alimentos da Universidade de So Paulo, como parte dos requisitos para a
obteno do ttulo de Mestre em Engenharia e Cincia dos Materiais.
rea de Concentrao:
Desenvolvimento, caracterizao e aplicao de materiais voltados agroindstria.
Orientadora: Profa. Dra. Izabel Cristina
Freitas de Moraes.
Pirassununga 2016
PAULA FIGUEIREDO MATHEUS CREMASCO
Instrumentao para a caracterizao dieltrica de filmes biodegradveis
Dissertao de mestrado apresentada ao Programa de Ps-Graduao da
Faculdade de Zootecnia e Engenharia de Alimentos da Universidade de So Paulo, como parte dos requisitos para a
obteno do ttulo de Mestre em Engenharia e Cincia dos Materiais.
Aprovado em:____________________
Banca Examinadora
Prof.(a) Dr.(a):____________________________________________________
Instituio:___________________________Assinatura:___________________
Prof.(a) Dr.(a):____________________________________________________
Instituio:___________________________Assinatura:___________________
Prof.(a) Dr.(a):____________________________________________________
Instituio:___________________________Assinatura:___________________
AGRADECIMENTOS
Primeiramente gostaria de agradecer a Deus pelos dons a mim concedidos, por
me iluminar na escolha dos melhores caminhos e me manter firme na f e
perseverana para a realizao desse projeto.
minha me, Helena, pelo amor incondicional, pela educao e pelos
ensinamentos que me proporcionou, por abrir mo dos seus sonhos para que eu
pudesse realizar os meus.
Ao meu pai, Vitor, que mesmo distante me ensinou a batalhar por uma vida
melhor por meio dos estudos e da realizao do trabalho com humildade.
Ao meu irmo, Lucas, pelo carinho e compreenso nos momentos que no pude
ser atenciosa para a realizao deste trabalho.
Ao meu marido Ulisses que sempre esteve ao meu lado, segurando a minha mo
em cada passo dado desde a minha graduao. Agradeo pelo amor, pela
motivao incondicional, por me apoiar e me incentivar em no desistir e lutar
sempre pelos meus sonhos.
Agradeo Profa. Dra. Izabel Cristina Freitas de Moraes pela orientao, pelos
ensinamentos e instrues e, principalmente, pelo acolhimento e por acreditar
no meu potencial e no meu trabalho.
Ao Prof. Dr. Walter F. Velloso Jnior, por ser como um pai para mim. Este
trabalho fruto da sua dedicao e amor em ensinar. Voc o meu exemplo de
professor e ser humano. Tenho muito a agradecer, pelo incentivo na realizao
do mestrado, pelo conhecimento a mim repassado, pela ateno e a disposio
em me ajudar sempre, pela pacincia nos momentos que eu mais precisei, pela
amizade e por todo o auxlio para a concretizao deste trabalho.
Ao Prof. Dr. Alberto Sereno da Faculdade de Engenharia da Universidade do
Porto (Portugal) que colaborou com nosso grupo de pesquisa e gentilmente nos
cedeu o mdulo capacitivo utilizado neste trabalho.
tcnica do Laboratrio de Simulao e Fsica Aplicada a Alimentos e
Biomateriais SIMFAB e amiga Josiane Gonalves Borges, que no mediu
esforos para me ajudar, foi muito prestativa e companheira durante todo esse
trabalho. Meus sinceros agradecimentos a voc de corao por toda a
assistncia, ateno e apoio.
Aos estagirios do laboratrio Gabriel, Julia e Maria Carolina pela colaborao
na realizao das anlises experimentais.
Agradeo Profa. Dra. Elria Maria de Jesus Agnolon Pallone e ao tcnico do
Laboratrio de Materiais e Modelagem Dinmica (MATMOD), Leonardo
Pozzobon pelas anlises no DRX.
tcnica do Laboratrio Multiusurio de Anlise de Alimentos Carla Monaco
Loureno pela colaborao durante a produo dos filmes.
Aos meus colegas de trabalho e funcionrios da Seo de Materiais da
Faculdade de Zootecnia e Engenharia de Alimentos por permitirem a
continuao do meu projeto e pelo apoio durante a realizao deste trabalho de
pesquisa.
Faculdade de Zootecnia e Engenharia de Alimentos, pela oportunidade de
realizao do curso de mestrado.
Sou muito grata a todos que fizeram parte deste trabalho, sem os quais ele no
teria se realizado.
E aprendi que se depende sempre
De tanta, muita, diferente gente
Toda pessoa sempre as marcas
das lies dirias de outras tantas pessoas.
to bonito quando a gente entende
Que a gente tanta gente
Onde quer que a gente v.
to bonito quando a gente sente
Que nunca est sozinho
Por mais que pense estar...
(Caminhos do corao Gonzaguinha)
RESUMO
CREMASCO, P. F. M. Instrumentao para a caracterizao dieltrica de
filmes biodegradveis. 94 f. Dissertao (Mestrado) Faculdade de Zootecnia
e Engenharia de Alimentos, Universidade de So Paulo, Pirassununga, 2016.
A caracterizao dieltrica de um material pode ser usada como uma tcnica
no destrutiva para avaliar e monitorar sua qualidade, bem como no
entendimento da relao estrutura-propriedade de um material, atravs de suas
propriedades dieltricas em funo da frequncia, temperatura, composio
qumica do material, dentre outros. Na literatura h escassez de trabalhos e
dados de caracterizao dieltrica de filmes a base de biopolmeros. Diante
desse contexto, o objetivo deste trabalho foi o desenvolvimento e a construo
de uma instrumentao alternativa a equipamentos disponveis no mercado,
como analisadores de rede e de impedncia, que pudesse ser utilizada para a
caracterizao dieltrica de filmes biodegradveis a base de gelatina. Foi
utilizado o mtodo de placas paralelas na determinao da parte real da
permissividade conhecida como permissividade relativa ou constante dieltrica
(). O circuito utilizado para a instrumentao foi um oscilador astvel com
funcionamento baseado no amplificador operacional (741) chaveado pela carga
de um capacitor de placas paralelas cujo dieltrico foi uma amostra de filme
biodegradvel. A partir dos valores da frequncia de oscilao e geometria do
capacitor, foi possvel calcular a capacitncia de cada amostra e,
consequentemente obter os valores da permissividade relativa do filme, usando
relaes bsicas bem estabelecidas. Os filmes de gelatina foram produzidos
pela tcnica de casting sendo utilizados como plastificantes o glicerol (G), o
sorbitol (S) e suas misturas, na proporo (G:S) de 30:70, 50:50 e 70:30. Os
filmes foram caracterizados quanto umidade e cristalinidade. A permissividade
relativa () dos filmes, determinada a temperatura ambiente, foi avaliada em
funo da frequncia (5 a 50 kHz), tempo de armazenamento, do teor de
umidade e tipo de plastificante. A instrumentao projetada e construda foi
capaz de medir com preciso a permissividade relativa das amostras, sendo que
essa propriedade diminuiu com o aumento da frequncia para todos os filmes.
Mantendo-se a frequncia constante, no houve variao de para os filmes de
gelatina, independente do plastificante, ao longo de um ms de armazenamento
a 24 3 C. O efeito da umidade foi observado em frequncias menores que 25
kHz, sendo que quanto maior o teor de umidade maior a permissividade relativa.
O efeito do tipo de plastificante na permissividade relativa dos filmes foi
observado a baixas frequncias (5 kHz) e filmes plastificados com sorbitol
apresentaram maiores valores de . Os filmes plastificados com maior teor de
umidade apresentaram menor cristalinidade, portanto maior mobilidade
molecular e consequentemente maior a permissividade relativa.
Palavras-chave: Propriedades dieltricas. Capacitor. Filmes biodegradveis.
Gelatina. Plastificantes.
ABSTRACT
CREMASCO, P. F. M. Instrumentation for dielectric characterization of
biodegradable films. 94 f. M. Sc. Dissertation Faculdade de Zootecnia e
Engenharia de Alimentos, Universidade de So Paulo, Pirassununga, 2016.
The dielectric characteristics of a material can be used as a non-destructive
technique to evaluate and monitor the quality as well as the understanding of the
structure-property of a material, through its dielectric properties as a function of
frequency, temperature, chemical composition of the material, among others. In
the literature there are few studies and data of dielectric characterization of films
based on biopolymers. In this context, the objective of this research was the
development and construction of an alternative instrumentation equipment on the
market, such as network and impedance analyzers, which could be used for the
dielectric characterization of biodegradable films based on gelatin. The method
of parallel plates was used to determine the real part of permittivity known as
relative permittivity or dielectric cons
