ESTUDO DA BIODEGRADAÇÃO DA PCL USANDO PALHA DE CAFÉ COMO CARGA

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1 ESTUDO DA BIODEGRADAÇÃO DA PCL USANDO PALHA DE CAFÉ COMO CARGA D. C. Borghesi 1, M. F. Molina 1, M. A. Guerra 2*, S. C. Maestrelli 1, M. G. N. Campos 1 marcos.guerra@gruppomg.com.br 1 Universidade Federal de Alfenas Campus avançado de Poços de Caldas - MG, Rodovia José Aurélio Vilela (BR 267 Km 533), , CEP Poços de Caldas MG Brasil 2 M&G Fibras Brasil S/A Departamento de T & D Poços de Caldas MG RESUMO A produção mundial de plástico vem crescendo a cada ano, e este cenário se torna alarmante quando se leva em consideração o longo tempo que estes levam para se degradarem no meio ambiente. Frente à preocupação com o acúmulo destes nos lixões e aterros sanitários surgem os polímeros ambientalmente degradáveis, que possuem vida útil compatível com os polímeros convencionais, porém tempo de degradação mais curto no meio ambiente. Neste trabalho, objetivou-se estudar a potencialidade da incorporação da palha de café a policaprolactona com o intuito de aumentar sua taxa de degradação no solo. A fim de avaliar a perda de massa dos corpos de prova aplicou-se o teste de biodegradação em solo. Utilizando tratamentos estatísticos foi possível observar que tanto as amostras com 5% de Palha de Café quanto na amostra com 1% de Palha de Café apresentaram perda de massa significativamente diferente da policaprolactona pura. Além disso, foi realizada a análise granulométrica e microbiológica do solo e através destas pode-se observar que o este apresentou condições favoráveis à biodegradação das amostras. Esse trabalho teve o apoio da FAPEMIG. Palavras-chave: Policaprolactona; Palha de Café; Biodegradação. 7203

2 INTRODUÇÃO O mercado de plásticos está em constante expansão nos dias atuais. Segundo dados da ABIPLAST (Associação Brasileira da Indústria do Plástico), em 2011, a produção mundial de plástico chegou a ser de 280 milhões de toneladas, sendo que o Brasil é responsável por 6 milhões. Os dados de produção mundial de plásticos chegam a ser preocupantes quando se leva em consideração que estes materiais demoram em média cem anos para se decompor no meio ambiente, implicando assim em um grave problema ambiental. Uma das alternativas para a diminuição dos resíduos plásticos no ambiente é a reciclagem de alguns destes materiais. No entanto, mesmo com aplicação da reciclagem, o problema dos resíduos plásticos no meio ambiente ainda é preocupante, pois no Brasil, em 2011, reciclou-se apenas 22% de todo plástico pós-consumo descartado (1). É neste cenário que surgem os polímeros ambientalmente degradáveis (PADs) que apresentam a vantagem de se manterem estáveis durante sua vida útil e serem degradados em um curto período de tempo após o descarte no meio ambiente (2). Alguns PADs já são comercializados, no entanto, as suas aplicações ainda são limitadas por apresentarem propriedades deficientes e alto custo quando comparados aos polímeros convencionais. Dentre os PADs existentes a poli (εcaprolactona)-pcl tem despertado interesse quanto à substituição de polímeros convencionais, visto que esta apresenta boas propriedades e também compatibilidade com outros materiais (3). Uma alternativa para aumentar a biodegradabilidade dos polímeros é a adição de cargas orgânicas durante o processamento destes materiais. Sendo que este processo também acarreta na diminuição do custo do produto final, pois com isto se utiliza menos material polimérico na formulação deste. No entanto muitas vezes o polímero não apresenta boa adesão entre a carga adicionada e a estrutura polimérica, prejudicando assim as propriedades do material. A palha de café é uma opção de carga orgânica para ser incorporada em polímeros, pois é totalmente biodegradável, no entanto, ainda não foram realizados estudos quanto à incorporação deste resíduo em polímeros. Outro fator que potencializa a utilização da palha de café como carga é o fato desta ser produzida em larga escala, visto que esta compõe cerca de 50 % do grão de café (valor que pode variar dependendo do tipo de processamento do grão) (4) e segundo dados da 7204

3 Associação Brasileira da Indústria do Café (ABIC) (5) foram produzidos no Brasil em 2012 cerca de 3 mil toneladas de café. Deste modo, este resíduo apresenta-se como uma potencial carga orgânica para ser incorporada em polímeros, visto que não apresenta custos e não tem quase nenhum reaproveitamento. MATERIAIS E MÉTODOS Corpos de Prova Os corpos de provas foram elaborados através da incorporação da palha de café moída na PCL. A PCL utilizada foi da marca Sigma-Aldrich com as seguintes características: temperatura de fusão de 60 C, peso molecular médio e densidade de 1,146 g/ml. Utilizou-se uma micro extrusora monorosca da marca AX para o processamento com temperatura nas 3 zonas de aquecimento de 100ºC. Os corpos de provas foram produzidos na forma de filmes, sem a incorporação da palha de café e com a incorporação de 1 e de 5%. Análise Visual Para analisar visualmente os efeitos da adição da palha de café a PCL utilizouse um Estereoscópio da marca Olympus. Biodegradação em solo O teste de biodegradação foi feito na cidade de Andradas - MG. Na realização do teste os corpos de prova foram enterrados à profundidade de 3 a 5 cm durante 120 dias, sendo que os corpos de prova foram retirados de 30 em 30 dias, porém neste trabalho são analisados apenas os resultados do teste de biodegradação das amostras retiradas até 120 dias. As amostragens foram realizadas em triplicata para cada composição. Determinação da perda de massa dos filmes Antes de serem enterrados, os corpos de prova foram mantidos em um dessecador até peso constante e então pesados. Após serem retirados do solo estes foram lavados com água e etanol 70% e em seguidas foram colocados no dessecador novamente, onde permaneceram até apresentarem massa constante. A 7205

4 massa final dos corpos de prova foi aferida e anotada. O cálculo de perda de massa utilizada é dada pela Eq. (A): (A) Onde Mi é massa inicial do corpo de prova (g) e Mf é a massa final do corpo de prova (g). Análise do Solo A fim de caracterizar o solo onde as amostras foram enterradas, este foi submetido à análise granulométrica e análise microbiológica. A Análise Granulométrica foi realizada conforme as normas NBR 6457, 1986 e NBR 7181, 1984 (6). A Análise Microbiológica foi realizada no laboratório de análises clínicas na Faculdade Metrocamp de Campinas, segundo o Manual de Métodos de Análise Microbiológica de Alimentos e Água (7). Foram feitas inoculações para realizar a contagem de microrganismos totais. Os métodos utilizados para cada contagem foram: plaqueamento em profundidade com meio de cultura Ágar Padrão para Contagem (PCA), plaqueamento em superfície, com meio de cultura Agar Sabouraud com cloranfenicol e método do número mais provável (NMP) utilizando o caldo Lauril Sulfato Triptose (LST) para inoculação das alíquotas, respectivamente. RESULTADOS E DISCUSSÃO Análise Visual A Fig. 1 mostra as fotos feitas dos corpos de prova com ampliação de 25 vezes. Pode-se observar que quanto maior é a porcentagem de palha de café adicionada a PCL mais escura é a coloração apresentada pela amostra. Figura 1- Fotos dos corpos de prova: (A) PCL; (B) PCL+1%PC; (C) PCL+5%PC. 7206

5 Ainda é possível visualizar que quanto mais baixa é a porcentagem de palha de café maior é a miscibilidade com a PCL, no entanto esta análise visual não é suficiente para comprovar esta afirmação. Análise da biodegradação em solo As fotos dos corpos de prova antes e depois do teste de biodegradação evidenciando o aumento da decomposição associado ao aumento da carga e ao tempo estão ilustradas na Fig. 2. Figura 2 Fotos dos corpos de prova antes e depois do teste de biodegradação. Análise da perda de massa A partir das médias das triplicatas de perda de massa obtidas através da análise de variância (ANOVA) foi observado que há uma diferença significativa com intervalo de confiança de 95% entre os três tipos de corpo de prova. Uma vez que o resultado da análise de variância foi positivo realizou-se o teste de Tukey para identificar quais corpos de prova apresentam tal diferença significativa de perda de massa. O resultado encontra-se na Tab

6 De acordo com a Tab.1 pode-se observar que desde o teste de biodegradação de 30 dias o filme PCL+ 5%PC foi o que apresentou a maior média de perda de massa. Assim, pode-se dizer que desde a primeira retirada do solo o corpo de prova PCL+ 5%PC apresentou perda de massa média significativamente diferente dos outros. Tabela 1 - Porcentagem de perda de massa médias dos corpos de prova em função do tempo de incubação em solo. Amostra Perda de massa média do polímero (%) 30 dias 60 dias 90 dias PCL 1,56 ± 0,25 A 2,56 ± 0,08 A 4,53 ± 1,76 A PCL + 1%PC 1,90 ± 0,10 A 4,96 ± 0,73 A 9,14 ± 0,61 B PCL + 5%PC 3,25 ± 0,54 B 7,45 ± 1,67 B 11,60 ± 1,21 B Análise do Solo Análise e caracterização granulométrica do solo: Após a realização do peneiramento os resultados obtidos da composição e distribuição granulométrica do solo estão mostrados na Tab. 2. Tabela 2 - Composição granulométrica do solo. Classificação Porcentagem em massa Pedregulho 11% Fina 12% Areia Média 28% Grossa 25% Silte e Argila 24% Análise Microbiológica do solo: Foram contados o número total de microrganismos através do plaqueamento de profundidade. Nas placas com diluição menor (10-1, 10-2 e 10-3 ) cresceram colônias de microrganismos, só que nestas foi impossível conta-las. Na diluição 10-4 foi possível realizar a contagem de colônias, nas duas amostras utilizadas, sendo 7208

7 esta a diluição utilizada para a contagem de microrganismos totais. Nas placas com diluições maiores (10-5, 10-6 e 10-7 ) não houve crescimento de microrganismos. A Tab. 3 mostra a contagem de UFC/ml (Unidades Formadoras de Colônia/ml). Sendo assim, notou-se a presença de 5,4x10 5 UFC de microrganismos totais/ml no solo analisado. Tabela 3 -Contagem de microrganismos totais. Amostras Número de colônias nas placas de diluição Contagem UFC/ml 1 Inc. Inc. Inc Inc. Inc. Inc ,4x10 5 Inc. = inconclusivo, devido ao crescimento, porém espalhamento, das colônias. CONCLUSÃO Apesar da policaprolactona já ser um polímero biodegradável, pode-se concluir que a incorporação da palha de café como carga orgânica na PCL aumentou a sua taxa de biodegradação no solo. Isso foi verificado através da maior perda de massa das amostras contendo a palha de café incorporada. A utilização da palha de café como carga orgânica para a PCL se mostrou uma opção viável, uma vez que esta carga é encontrada em abundância e não apresenta custo algum. Além de aumentar à perda de massa da PCL no meio ambiente a incorporação da palha de café também proporciona uma diminuição do custo do polímero, sendo que utilizando a mesma a quantidade de PCL empregada será menor. Outro ponto positivo na utilização da palha de café é a retirada desta do meio ambiente, pois quando descartada inadequadamente se torna um poluente. REFERÊNCIAS 1.ABIPLAST. Perfil 2012: Indústria brasileira de transformação de material plástico. Disponívelhttp://file.abiplast.org.br/download/estatistica/perfil2012_versao_eletronica. pdf. Acesso em: 15 de agosto de

8 2. MARIANI, P. D. S. C. Estudo da Biodegradação da blenda de poli (ε-caprolactona) e amido modificado em meios sólido e líquido f.Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) Faculdade de Engenharia Química, UNICAMP, Campinas, SP, MARIANI, P. D. S. C. Estudo da biodegradação da blenda poli (ε-caprolactona)/ amido modificado/proteína isolada de soja em diferentes solos: caracterização dos produtos formados e avaliação da toxicidade f. Dissertação (Doutorado em Engenharia Química) - Faculdade de Engenharia Química, UNICAMP, Campinas, SP, BRAHAM,J.E.; BRESSANI, R. Pulpa de café: composición, tecnologia y utilización. Guatemala: INCAP, ABIC. Associação Brasileira da Indústria de Café. Disponível em: Acesso em: 15 de agosto de ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6457: Amostras de solo Preparação para ensaios de compactação e ensaios de caracterização, 1986 e NBR 7181: Solo Análise Granulométrica, SILVA, N. et. al. Manual de Métodos de Análise Microbiológica de Alimentos e Água. 4 ed. São Paulo, STUDY OF THE PCL BIODEGRADATION USING COFFEE STRAW AS FILLING ABSTRACT The world production of plastic is growing every year, and this scenario becomes alarming when the long time this material takes to degrade in the environment is considered. Due the accumulation of plastic in dumpsters and landfills, environmentally degradable polymers emerge, with useful life compatible with conventional polymers, but shorter degradation in the environment. In this research, we aimed to study the potential of incorporation of coffee straw to polycaprolactone, aiming to increase its rate of degradation in soil. In order to evaluate the mass loss of the specimens, a test of biodegradation in soil was applied. By means of statistical treatments, it was observed that both the samples with 5 % and 1% of coffee straw showed significantly mass loss, differently from pure polycaprolactone. Additionally, both the microbiologic and grading examination of the soil were conducted, and through these it can be seen that the soil showed favorable biodegradation of the samples. Keywords: Polycaprolactone ; Coffee Straw ; Biodegradation. 7210