AVALIAÇÃO MECÂNICA DO EFEITO DA LIGNINA EXTRAÍDA DA FIBRA DE PIAÇAVA E DENDÊ NOS FILMES DE AMIDO DE MANDIOCA E MILHO

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1 AVALIAÇÃO MECÂNICA DO EFEITO DA LIGNINA EXTRAÍDA DA FIBRA DE PIAÇAVA E DENDÊ NOS FILMES DE AMIDO DE MANDIOCA E MILHO C. S de Miranda 1* ; M. S. Ferreira 1 ; M. T. Magalhães 1 ; A. P. B. Gonçalves 1 ; Jamerson C. de Oliveira 1 ; Danilo H. Guimarães 1 ; N. M. José 1 1- Universidade Federal da Bahia. Programa de Pós-graduação em Engenharia Química, Rua Aristides Novis, n 2, 2 andar, Federação - CEP: Salvador/BA, Brasil. Grupo de Energia e Ciências dos Materiais, GECIM. *cleidienesm@gmail.com RESUMO Atualmente o desenvolvimento de materiais biodegradáveis vem se tornando um atrativo mundial para a substituição dos materiais provenientes de fontes fósseis. O amido é uma matéria-prima abundante que permite o desenvolvimento de produtos recicláveis. Quando biodegradado ou incinerado este material libera CO 2 para a atmosfera. Esta característica do amido tem despertado um interesse acentuado pelo mercado de polímeros. A lignina é um material de baixa densidade e abrasividade, com características interessantes para o uso como reforço em substituição a cargas inorgânicas. Este trabalho visa avaliar as propriedades mecânicas de biocompósitos a partir de amido plastificado com glicerol e/ou lignina através do processo casting. Observou-se que a lignina em pequenas quantidades, quando incorporadas no amido, agiu como plastificante e em maiores quantidades agiu como reforço. Palavras-chave: Amido, lignina, glicerol, propriedades mecânicas. INTRODUÇÃO A palmeira Attalea funifera Martius, conhecida por piaçava ou piaçaba, é espécie nativa e endêmica do sul do Estado da Bahia. Produtora de fibra longa, resistente, rígida, lisa, de textura impermeável e de alta flexibilidade. A importância econômica da piaçaveira está na extração das suas fibras industriais, destacando-se a fabricação de vassouras, enchimento nos assentos de carros, cordoaria e escovões. O resíduo obtido de sua limpeza, o qual é conhecido como bagaço, fita ou 3166

2 borra, serve para cobertura de casas nos meios rural e urbano. Atualmente este produto é muito utilizado na cobertura de quiosques em áreas de lazer como sítios, clubes e praças (1). O dendezeiro (Elaeis guineensis) é uma palmeira de origem africana adaptada no Brasil, cujo fruto, o dendê, produz dois tipos de óleo: óleo de dendê (palm oil, como é conhecido no mercado internacional), extraído do mesocarpo do fruto, e o óleo de palmiste (palm kernel oil), extraído da semente, similar ao óleo de coco e o óleo de babaçu. O óleo de dendê ocupa hoje o 2 lugar em produção mundial de óleos e ácidos graxos, devendo ultrapassar a soja já no inicio de próximo século. A produção nacional de dendê é de toneladas, concentrada principalmente nos estados do Pará e da Bahia (2). A composição da torta do dendê e do bagaço da fibra de piaçava viabiliza a sua utilização como fonte de obtenção de lignina, devido ao alto valor desse constituinte nesses resíduos. A lignina é um material polifenólico, amorfo, hidrofóbico, de baixa densidade e abrasividade atua como cimento, agente enrijecedor, impermeabilizante e protetor contra microrganismos no interior de fibras vegetais. Em virtude da natureza fenólica, a lignina possui características interessantes para o uso como carga em substituição a cargas inorgânicas, fornecendo biodegradabilidade e características termoplásticas a materiais poliméricos e aumentando a resistência dos mesmos em relação à oxidação e exposição a temperaturas elevadas (3). As embalagens à base de amido são facilmente degradáveis, mas apresentam algumas desvantagens. Não possuem uma boa flexibilidade e são pouco resistentes à umidade. Sendo necessários tratamentos especiais, como a adição de cargas, fibras, plastificantes e outros aditivos, com o objetivo de melhorar as propriedades mecânicas, flexibilidade e do contato com a água (4,5). O presente trabalho tem como objetivo avaliar as propriedades mecânicas dos filmes flexíveis de amido de mandioca e milho termoplástico utilizando glicerol e lignina como plastificantes e reforço. METODOLOGIA Materiais Fibra de piaçava origem Ilhéus-BA; 3167

3 Fibra do mesocarpo do dendê origem Taperoá-Ba; Amido de mandioca e milho foram doados pela Cargill; Hidróxido de Sódio (Dinâmica Química Contemporânea LTda); Ácido Sulfúrico (VETEC); Métodos Isolamento da Lignina Foram submetidas 10g de cada fibra em 200 ml da solução de 5% de hidróxido de sódio em um béquer sobre agitação mecânica durante 2 horas a 80 C. Posteriormente, foram filtradas sob vácuo, lavadas com água destilada e secas em estufa a 70 ºC (6). O licor foi precipitado com ácido sulfúrico concentrado, posteriormente centrifugado. A lignina resultante foi lavada e seca. As matérias primas utilizadas para extração da lignina foram resíduos da fibra de piaçava e mesocarpo da fibra do dendê. Preparação dos biocompósitos Amido termoplástico foi processado por casting a partir de uma mistura de amido de milho ou de mandioca, glicerol e/ou lignina e água destilada. Uma quantidade de 10 g de amido e 5 g de glicerol e/ou lignina como plastificantes foi disperso em 185 g de água destilada (as porcentagens em peso (%) relativo à massa seca total (amido + plastificante) são 66,6% de amido e 33,3 % em peso de plastificantes (4). Adicionou se a formulação em placa. Posteriormente, foi colocado na estufa por 24 h a 50 C e codificados conforme a Tab. 1. Tab. 1- Especificações dos códigos. Código Especificações FAM Amido (10g) + Glicerol (5g) FAM1L Amido (10g) + Lignina (1g) + Glicerol (4g) FAM2L Amido (10g) + Lignina (2g) + Glicerol (3g) FAM3L Amido (10g) + Lignina (3g) + Glicerol (2g) FAM4L Amido (10g) + Lignina (4g) + Glicerol (1g) Para diferenciar os códigos dos filmes com amido de mandioca ou milho utilizou-se FAMA (amido de mandioca) e FAMI (amido de milho). Para diferenciar a 3168

4 lignina do dendê e da piaçava utilizou-se LD (lignina do dendê) e LP (lignina da piaçava). Caracterização Ensaios de tração dos filmes Todos os filmes foram caracterizados através de ensaios de tração, segundo a norma ASTM D 882. Corpos de prova retangulares (com 25 mm de largura e 80 mm de comprimento). Os testes foram realizados utilizando uma máquina de ensaios EMIQ, com célula de carga de 500N, à temperatura ambiente, caracterizando as propriedades na ruptura e o módulo de elasticidade. A espessura dos (filmes) pré acondicionados (60% UR, 25 C) foram avaliadas através da espessura média, de 6 medições em posições aleatórias, por meio de um paquímetro digital. RESULTADOS E DISCUSSÃO Abaixo segue a ilustração dos filmes dos amidos plastificados com lignina e/ou glicerol. Observa-se visualmente com o aumento do teor de lignina os filmes ficaram mais escuros e rígidos, conforme Fig. 1 e 2. (a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) (h) (i) Fig. 1 Ilustração dos filmes: (a) FAMI, (b) FAMI1LP, (c) FAMI2LP, (d) FAMI3LP, (e) FAMI4LP, (f) FAMI1LD, (g) FAMI2LD, (h) FAMI3LD, (i) FAMI4LD. (a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) (h) (i) Fig. 2 Ilustração dos filmes: (a) FAMA, (b) FAMA1LP, (c) FAMA2LP, (d) FAMA3LP, (e) FAMA4LP, (f) FAMA1LD, (g) FAMA2LD, (h) FAMA3LD, (i) FAMA4LD. 3169

5 A Fig. 3 ilustra o comportamento de tensão x deformação dos filmes. Observase que o amido plastificado com o glicerol possui uma alta deformação e ao adicionar a lignina houve uma alteração no perfil, sendo mais significativo a partir de 3 g de lignina, produzindo filmes mais rígidos. Tensão (MPa) Amido FA4L FA3L FA1L FA2L Deformação (%) Fig. 3 Ilustração do comportamento de tensão x deformação dos filmes. Fig. 4 Valores de tensão na força máxima dos filmes. As Fig. 4, 5 e 6 apresentam os valores das propriedades mecânicas. Ao comparar o efeito do teor da lignina no amido observa-se que em baixas 3170

6 composições comportou-se como plastificante e em altos teores comportou-se como aditivo. Ao comparar as amostras plastificadas com o glicerol com as amostras plastificadas com 4g de lignina e 1 g de glicerol (FAMA4LP) observa-se um aumento de 800 % da resistência do material. Ao analisar a interação da lignina nos amidos observa-se uma melhor interação no amido de mandioca. Em concentrações mais elevadas a lignina de piaçava se sobressai em relação à lignina do dendê. Fig. 5 Valores de módulo de elasticidade dos filmes. Ao analisar os valores de módulo de elasticidade e deformação específica (Fig. 5 e 6) observa-se um comportamento significativo com teores de lignina a partir de três gramas. Concentrações elevadas de lignina aumentam a possibilidade de formação de uma rede contínua e rígida dos precursores ligados entre si através de ligações de hidrogênio, dificultando o alongamento das cadeias e o aumento na rigidez dos filmes devido à boa interação entre o amido, lignina e glicerol. Ao comparar as amostras plastificadas com o glicerol com as amostras plastificadas com 4g de lignina e 1 g de glicerol (FAMA4LP) observa-se um aumento de 4200 % do módulo de elasticidade e uma diminuição de 400 % do alongamento. 3171

7 Fig. 6 Valores de deformação específica na força máxima dos filmes. CONCLUSÃO Observou-se que a interação entre amido, lignina, glicerol contribuiu nas propriedades mecânicas dos filmes, aumentando o módulo de elasticidade e a tensão da força máxima. A lignina em pequenas quantidades quando incorporadas no amido agiu como plastificante e reforço, em maiores quantidades agiu como reforço. Portanto, foram desenvolvido produtos de menor impactos ambientais, possibilitando o uso de resíduos gerados nas agroindústrias. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem ao CNPq, CAPES, FAPESB e PPEQ. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. Disponível em: acessado em: 27 de agosto Filho, R. V. F.; Rabello, C. B. V.; Albuquerque, C. S.; Filha, O. S. L. Determinação da analise bromatologica da torta de dendê. Anais do ZOOTEC a 27 de maio de 2005 Campo Grande-MS. 3. SILVA, R. et al., Aplicações de fibras lignocelulósicas na química de polímeros e em compósitos. Química Nova v. 32, p ,

8 4. TEIXEIRA, E. M. et al., Cassava bagasse cellulose nanofibrils reinforced thermoplastic cassava starch. Carbohydrate Polymers v. 78, p , MOREIRA, F. K. Desenvolvimento de nanocompósitos poliméricos biodegradáveis a partir de pectina, amido e nanofibras de cellulose Dissertação (Mestrado em Ciência e Engenharia dos Materiais), Universidade Federal de São Carlos, São Paulo, Brasil. 6. TEODORO, K. B. R et al., Whiskers de Fibra de Sisal Obtidos sob Diferentes Condições de Hidrólise Ácida: Efeito do Tempo e da Temperatura de Extração. Polímeros v. 21, p , MECHANICAL EVALUATION OF THE EFFECT LIGNIN EXTRACTED OF FIBER PIASSAVA AND PALM OIL IN FILMS STARCH CASSAVA AND CORN ABSTRACT Currently, the development of biodegradable materials, is becoming a global attraction for the replacement of materials from fossil sources. Starch is an abundant raw material that allows the development of recyclable products. When this material biodegraded or incinerated releases CO 2 into the atmosphere. This feature of the starch has aroused a strong interest in the polymers market. Lignin is a low density material and abrasive with interesting for use as reinforcement in lieu of inorganic fillers characteristics. This study aims to evaluate the mechanical properties of biocomposites from plasticized starch with glycerol and / or lignin through the casting process. It was observed that the lignin when incorporated in small amounts in acted as a plasticizer and starch in higher amounts acted as reinforcement. Keywords: Starch, lignin, glycerol, mechanical properties. 3173