INTERAÇÃO DA BLENDA DE PCL/PHB COM UV E MICRORGANISMOS

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1 INTERAÇÃO DA BLENDA DE PCL/PHB COM UV E MICRORGANISMOS Guilherme D. Avansi 1, Sandra M. Martins-Franchetti 2*, José A. M. Agnelli 3, Adriana de Campos 2 1 Depto de Física do IGCE da Unesp de Rio Claro guiavansi@yahoo.com.br; 2* Depto de Bioquímica e Microbiologia da UNESP de Rio Claro AV.24 A 1515, Bela Vista, , Rio Claro/SP - samaramf@rc.unesp.br; acampos@rc.unesp.br; 3 Depto de Engenharia de Materiais da UFSCar, Caixa Postal 676, , São Carlos/SP agnelli@power.ufscar.br Interaction of the blend PCL/PHB with UV and microorganisms The biodegradable polymers films of poly(caprolactone) (PCL), poly(hydroxibutyrate) (PHB) and blends have been recognized its importance in recent years because their wide applications in environmental and clinical medicine. The purpose of this study is to verify the UV and microorganisms action on these polymers and its blend. These films prepared from chlorobenzene casting, were photoirradiated with UV lamp (400 W) during 20 h and afterwards biotreated with a suspension of Phanerochaete chrysosporium in Sabouraud-Malt liquid medium at 28 0 C during two months to verify the action of the light and microorganisms on these polymers. UV-Vis, FTIR and MEV measurements show us that PCL is more susceptible to the microbial action and PHB to the UV irradiation. PHB/PCL is less sensitive to the UV irradiation and UV/microbial treatments than PCL. It seems that the two polymers have intermolecular interactions in the blend avoiding the photo and biodegradation in both polymers. Introdução O consumo de plásticos é muito grande no mundo todo e isto gera um volume significativo de resíduos descartados no meio ambiente. O lixo plástico constitui cerca de 5-8 %, em massa, do lixo sólido municipal e cerca de % em volume [1,2]. Tem sido de relevante importância o emprego de polímeros biodegradáveis, para minimizar o dano causado pelo acúmulo de resíduo plástico no meio [3, 4]. Sendo assim estes se tornam uma solução parcial, em potencial, para esses problemas, reduzindo a percentagem de plásticos não renováveis, que estão sendo desenvolvidos durante a última década [5]. Dentre estes dois poli(caprolactona) (PCL) e o poli(hidroxibutirato) (PHB). poliésteres alifáticos têm se destacado: a O PCL é um polímero sintético, semicristalino, muito empregado na área biomédica e de embalagens, apesar de seu alto custo [6]. Blendas de polímeros biodegradáveis são importantes para a produção de materiais com propriedades mecânicas modificadas e com custo mais baixo [7]. O PHB é um polímero bacteriano, semicristalino, produzido por certas bactérias em meio de açúcares e é semelhante ao polipropileno em propriedades físicas e mecânicas, empregado como biomaterial e embalagens [8]. A biodegradação destes polímeros é útil para o setor de embalagens, visando a redução do tempo útil destas no solo [9]. O comportamento destes polímeros sob a ação de luz e microrganismos, visando sua degradação, é ainda um campo vasto em possibilidades. Neste sentido, tem-se empregado o

2 fungo Phanerochaete chrysosporium, denominado de fungo da podridão branca, que apresenta grande habilidade de degradar uma variedade de poluentes persistentes no meio ambiente [10; 11]. PCL e PHB foram investigados, na forma de pó e pellets moído, respectivamente, quanto à biodegradação aeróbia (método de Sturm), em solo compostado, por 27 a 40 dias, sendo que o PHB apresentou uma maior velocidade de degradação que o PCL [12]. Este trabalho visa investigar os filmes de blendas de PCL/PHB 2:1, polímeros biodegradáveis, quanto a sua fotodegradação por UV de alta potência e biodegradação subseqüente, com um tipo específico de fungo, através de espectroscopia de absorção no UV-Visível (UV-Vis), no Infravermelho (FTIR) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Experimental Material Polímeros: PCL - Poli(caprolactona) (da Solvay CAPA- 6800) - Mw: g/mol, Tg: C, Tm: 60 0 C (pó branco, doado pelo Prof. Dr. J. Agnelli, DEMA UFSCar S. Carlos). PHB - Poli(hidroxibutirato) (da PHB do Brasil) grânulos brancos, doados pelo Prof. Dr. J. Agnelli, DEMA UFSCar S. Carlos, sem especificações. PCL/PHB -1:1 na forma de pellets amarelos, obtidos por fusão, de mesma procedência, sem especificações. Solvente: clorobenzeno, PA, da ERBA. Microrganismo: CCB478 Phanerochaete chrysosporium Burds, da seção de Micologia e Liquenologia do Instituto de Botânica SP. Meio de cultura: Sabouraud (SD) e Malte líquido: 10 g/l peptona (Difco), 40 g/l glicose e 0 g/l malte. Estufa B.O.D.: com temperatura controlada. Fonte UV: lâmpada de mercúrio comum, 400 W, sem a ampola de vidro. Métodos Preparo dos filmes Os filmes poliméricos de PCL, PHB e blenda PCL/PHB 2:1 foram obtidos pela dissolução dos polímeros em clorobenzeno, à temperatura de 60 ºC com agitação manual. Depois, foram colocadas em placas Petri de vidro planas, à temperatura ambiente (aproximadamente 25 ºC) e deixadas durante 2 dias, para a total evaporação do solvente e secagem do filme. Logo após esse procedimento, as amostras foram deixadas no dessecador a vácuo por mais 48 horas. Os pellets da

3 blenda 1:1 foram dissolvidos em clorobenzeno e nesta solução adicionou-se PCL dissolvido, obtendo um filme da blenda PCL/PHB 2:1. Fototratamento Os filmes de PCL, PHB e PCL/PHB foram fototratados por irradiação de UV com lâmpada de mercúrio de 400 W por um período de 20 horas. Os filmes foram encaixados em aros de PVC e colocados a 30 cm da fonte, localizada numa caixa de madeira fechada, com sistema de ventilação e exaustão ligado durante a exposição. Preparo da Suspensão dos Fungos O fungo Phanerochaete chrysosporium foi repicado e semeado em tubos de ensaio inclinados, a temperatura ambiente, para crescimento. Uma suspensão de fungos foi obtida adicionando-se 9,0 ml da solução salina 0,85% (m/v) nos tubos contendo o fungo e em seguida a solução foi filtrada com auxílio de um funil com lã de vidro. O filtrado obtido, contendo esporos do fungo, foi utilizado como inoculo. Tratamento Microbiano em Meio Líquido O meio de cultura com Sabouraud e Malte líquido foi colocado em erlenmeyers de 50 ml, que foram esterilizados. Em seguida, foi adicionado o inoculo do fungo em suspensão, que cresceu durante 7 dias, em uma estufa a 28 ºC. Depois, as amostras em duplicatas dos polímeros descritos, foram adicionadas neste meio de cultura, contendo suspensão do fungo previamente crescido, formando um biofilme microbiano. Manteve-se um filme em meio líquido sem fungo, como controle e um erlenmeyer com suspensão do fungo sem o filme, também como controle. As amostras foram mantidas a 28 ºC, durante 2 meses. Após esse tratamento, os filmes foram retirados, lavados rigorosamente com água destilada, secos em papel de filtro e em seguida colocados em dessecador a vácuo por 24 horas. Espectroscopia de Absorção no Ultravioleta-Visível UV-Vis Os filmes obtidos foram medidos por absorção em espectrofotômetro UV-Visível, antes e depois do tratamento, da marca Shimadzu,, modelo UV-3401PC, na faixa de nm.

4 Espectroscopia de Absorção no infravermelho (FTIR) Os filmes originais, fototratados, biotratados e foto/biotratados foram medidos por FTIR, em espectrofotômetro IR com Transformada de Fourier, marca Shimadzu, modelo FTIR 830, com resolução 4 cm -1. Foram traçados espectros dos filmes sobrepostos para melhor visualização das diferenças qualitativas entres os filmes originais e tratados. Microscopia eletrônica de varredura (MEV) Para análise por MEV, os filmes foram recortados pequenos pedaços e acoplados sobre suportes de alumínio e recobertos com ouro, em câmara de vácuo, utilizando o metalizador MED 010, Marca Balzers, com sputtering. Foram medidos num microscópio eletrônico de varredura (MEV) Zeiss DSM 940-A, à 5KV (Esalq-USP-Piracicaba, SP). Resultados e Discussão Os filmes de PCL obtidos por casting de clorobenzeno apresentaram-se opacos e flexíveis. Os de PHB, opacos e quebradiços. Ambos com espessura de 80 m. A blenda apresentou-se opaca e flexível, mas com espessura de 40 m. Fototratamento Os filmes não mudaram de aspecto aparente sob a fotoirradiação de 20 h. Biotratamento O PHB apresentou-se mais opaco, escuro e menos espesso que o original, após o biotratamento. Após o foto/biotratamento ficou mais opaco, com pouca mudança na espessura. O PCL após o biotratamento ficou mais amarelado e menos espesso. Após o foto/biotratamento, ficou mais opaco e menos espesso. A blenda de PCL/PHB 2:1, após o biotratamento e o foto/biotratamento ficou mais opaca e menos espessa. UV-Vis O PHB foto/biotratado sofreu mudanças estruturais, evidenciadas pelo deslocamento da banda de carbonila ( nm). (Fig. 1). O PCL biotratado mostrou mudanças na faixa da carbonila, e não sofreu alterações espectrais quando fototratado (Fig. 2). As mudanças mais evidentes estão marcadas por flechas (Figs. 1,2 e 4)

5 PHB - original PHB - bio PHB - UV 20h + bio PCL - original PCL - bio PCL - UV 20h + bio λ (nm) Figura 1: UV-Vis do PHB foto/biotratado λ (nm) Figura 2. UV-Vis do PCL fotobiotratado A blenda fototratada não apresentou alterações espectrais (Fig 3). Os filmes biotratado e foto/biotratado mostraram alterações no Uv-Vis, com aparecimento de uma banda bem definida a 260 nm e outras bandas largas a 300 nm (ambas atribuídas a absorção de C=O, em diferentes posições da cadeia) (Fig. 4). PCL/PHB 2:1 - original PCL/PHB 2:1 - UV 20h PCL/PHB 2:1 - original PCL/PHB 2:1 - bio PCL/PHB 2:1 - UV 20h + bio λ (nm) Figura 3: UV-Vis do PCL/PHB 2:1 fototratado λ (nm) Figura 4: UV-Vis do PCL/PHB 2:1 foto/biotratado

6 FTIR PCL fototratado não houve mudança espectral. PCL bio e foto/biotratado presença de uma banda a 1620 cm -1, atribuída à vibração de grupos C=O de ácido, indicando degradação do polímero (Fig. 5). PHB não houve mudanças espectrais significativas, nos casos de bio e foto/ biotratamentos (Fig. 6). No caso da blenda PCL/PHB 2:1 foto/biotratada (Fig. 7), houve aparecimento de uma banda a 1620 cm -1, menos intensa que no caso do PCL foto/biotratado. As mudanças mis evidentes estão marcadas por flechas (Figs. 5 e 7) 4,5 4,0 PCL - original PCL - bio PCL - UV 20h + bio 5,0 4,5 PHB - original PHB - bio PHB - UV 20h + bio 3,5 4,0 3,0 2,5 2,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,5 1,0 1,0 0,5 0,5 0, /cm Figura 5: FTIR do PCL foto/biotratado. 0, /cm Figura 6: FTIR do PHB foto/biotratado. 5 4 PCL/PHB 2:1 - original PCL/PHB 2:1 - bio PCL/PHB 2:1 - UV 20h + bio /cm Figura 7: FTIR de filme de PCL/PHB 2:1 foto/biotratado. MEV As micrografias eletrônicas mostram alterações da superfície dos filmes de PCL foto/biotratados (Fig. 8), PHB foto e fotobiotratado apresentam diferenças em relação ao filme original (Fig. 9). Da blenda PCL/PHB 2:1 foto/biotratada as alterações não foram significativas (Fig. 10), como as observadas nas micrografias dos homopolímeros.

7 A B C Figura 8: MEV de filmes de PCL: A-original, B-fototratado e C-foto/biotratado. A B C Figura 9: MEV de filmes de PHB: A-original, B-fototratado e C-foto/biotratado. A B C Figura 10: MEV de filmes de PHB/PCL: A-original, B-fototratado e C-foto/biotratado Conclusão PCL e PHB sofrem diferentemente a ação da luz e microrganismos, sob as condições do experimento. Em meio líquido PCL é mais suscetível ao ataque microbiano e PHB à irradiação UV e UV/fungo. A blenda é menos suscetível ao ataque microbiano que o PCL, mas é suscetível à ação conjunta UV/fungo, em menor extensão que os polímeros isolados. Os resultados obtidos indicaram que a fotodegradação associada à biodegradação é mais eficiente no caso dos polímeros isolados. No caso da blenda, as modificações estruturais e morfológicas da matriz polimérica são mínimas Anais do 9o Congresso Brasileiro de Polímeros

8 em relação aos homopolímeros. Isto sugere uma possível interação entre as cadeias dos dois poliésteres. Agradecimentos: FAPESP processo n. 05/ Referências 1. Huang, S. J. J.M.S. Pure Appl. Chem., 1995, A32, 4, M.-N. Kim; A.-R. Lee; J.-S. Yoon; I.-J. Chin Eur. Polym. J., 2000, 36, F.P La Mantia,.in: J. Pospisil Polym. Degrad. Stabil., 1999, 65, D.M Abou-Zeid; R.J Müller; W.D.Deckwer J. Biotechnol., 2001, 86, Y. W. Cho; S. S. Han; S. W Ko Polymer, 2000, 41, Z.Gan; D Yu; Z Zhong; Q.Liang; X.Jing Enzymatic Polymer, 1999,40, L.Savenkova; Z.Gercberga; V.Nikolaeve; A.Dzene; I. Bibers; M. Kalnin Process Biochem., 2000, 35, R.Chandra; R.Rustgi Progr. Polym. Sci., 1998, 23, W Amass; A. Amass; B.Tighe Polym. Internat., 1998, 47, M.A.M Martins; I.C. Ferreira; I.M. Santos; M.J. Queiroz; N. Lima J. Biotechnol. 2001, 89, A. Campos; S. M. Martins-Franchetti Braz. Arch. Biol. Technol. 2005, 48, 2, D. S. Rosa, Q. S. H. Chui; R Pantano Filho; J. A. M. Agnelli Polímeros 2002,12,1.