Título: Influência da umidade na estabilidade dimensional de bioespumas. Autores: Amanda Maria Griebeler dos Santos (1), Mariana Oliveira Engler (2) & Ruth Marlene Campomanes Santana Filiação: Depto Engenharia dos Materiais, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, Brasil. (1) amandagriebeler455@gmail.com; (2) marianaoliveiraengel@gmail.com; (3) ruth.santana@ufrgs.br INTRODUÇÃO Uso de espuma para embalagens é extremamente difundido atualmente, a mais comum é o EPS (Expanded PolyStyrene ou Poliestireno Expandido). Um plástico celular e rígido, tecnologicamente avançado e econômico que se apresenta uma grande variedade de formas e aplicações. O EPS tem inúmeras aplicações em embalagens industriais, artigos de consumo (caixas térmicas, pranchas, porta-gelo etc.) e até mesmo na agricultura. As embalagens em EPS são as mais indicadas para o setor industrial, alimentício e outros segmentos de mercado com aplicações diversas. [1]. Sendo um material plástico na forma de espuma com microcélulas fechadas, composto basicamente de 2% de poliestireno e 98% de vazios contendo ar, na cor branca, inodoro e fisicamente estável, é sem dúvida um dos material isolantes mais usados. É um material isolante térmico, de baixo peso, com alta resistência mecânica, resistente ao envelhecimento e à compressão, absorve pouca água, é fácil de manusear. O maior problema do EPS é que não é biodegradável, logo sua reciclagem não é economicamente viável [2] Resinas poliméricas obtidas de plantas como milho, batata, arroz, cana-de-açúcar, soja e mamona são a base de produtos biodegradáveis destinados a substituir EPS, um produto de difícil reciclagem. A bioespuma, pode ser aplicada em vários produtos,
incluindo embalagens normalmente feitas de EPS. A grande vantagem do biomaterial é o tempo de degradação na natureza. Na presença do oxigênio e no solo, ele degrada em dois anos sem oxigênio pode levar até três anos.[3-4]. Polímeros biodegradáveis são polímeros nos quais a degradação resulta da ação de micro-organismos de ocorrência natural como bactérias, fungos e algas, podendo ser consumidos em semanas ou meses sob condições favoráveis [5]. Neste sentido, o objetivo deste trabalho é avaliar a estabilidade dimensional e de biodegradação de bioespumas de amido de batata frente a umidade. EXPERIMENTAÇÃO Materiais Para confecção das placas de amido termoplástico (TPS) foi utilizado água destilada, amido de batata alimentar comercial, Giro Verde LTDA, e como plastificante álcool polivinílico (PVA) Neon comercial LTDA. O material de comparação foram bandejas comerciais.de poliestireno expandido (EPS). Metodologia Para produção das placas foi primeiro feito uma pasta de amido, esta pasta foi obtida à partir da mistura de quatro componentes (PVA, água e amido em duas formas, gelatinizado e seco em pó). Para obtenção do amido gelatinizado, 20g de amido seco em pó foram adicionadas a 100mL de água destilada à ~70ºC, sob agitação constante. Foram usados dois teores de sólidos (37 e 64%) e o processamento para a termoexpansão foi feito com temperatura de 205ºC, com tempo de 4 minutos e pressão de 1 tonelada. A mistura foi realizada com auxilio de misturador mecânico dupla rosca durante 60 segundos. Após 55 gramas da mesma foram utilizadas para preencher um molde de dimensões 15cm x 15cm, que foi acondicionado em prensa hidráulica modelo Solar SL11. O processo de compressão e termoexpansão é mostrado na Figura 1. O espaçamento entre a parte superior e inferior do molde, foi de 1,0 mm e assegurado por uma peça metálica - Fig.1.[6]
Figura 1: Fluxograma de processamento das espumas de amido de batata TPS [6]
% Umidade Caracterização Foi avaliado a absorção de água de placas de EPS e TPS durante um período de tempo de 15 dias. As amostras foram divididas em três grupos: EPS, TPS-37 com 37% de sólidos e TPS-64 com 64% de sólidos. Foram recortadas três amostras de cada grupo, com dimensões aproximadas de 40x25mm. Essas amostras foram colocadas em frascos com 200ml de água, os quais foram vedados e mantidos à temperatura ambiente (26 C) como mostrado na Figura 2. T=25 o C TPS água Figura 2: Sistema de exposição das amostras em alta umidade. Diariamente foram monitoradas as dimensões (espessura, comprimento e largura) de cada placa, assim como a variação de massa para determinar a taxa de absorção de umidade de cada amostra. Ao longo de todo o período do ensaio foi realizada uma análise qualitativa da formação de biofilmes. RESULTADOS E DISCUSSÃO Na Figura 3 são mostrados os resultados de absorção de água das amostras. Como esperado o EPS tem um absorção extremamente baixa, quase nula, ao contrario das outras duas amostras de TPS. As amostras de TPS-37 e TPS- 64 tiveram resultados bem próximos, ainda assim, a amostra de 64% teve um maior teor de umidade. 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0-0,1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Dias Figura 3: Umidade em função do tempo de exposição EPS TPS 37% TPS 64%
Na Figura 3a é mostrado uma comparação entre o comprimento das amostras no primeiro dia do experimento (t 0) e no 15º dia (t 15). É possível observar que o comprimento inicial das amostras de TPS eram ligeiramente superiores do que a de EPS; e após os 15 dias de exposição a umidade, houve um acréscimo nas amostras de TPS, sendo mais pronunciado na amostra TPS-64, fato relacionado ao maior teor de sólidos e a ação da gravidade. Da mesma forma que na figura anterior, a Figura 3b mostra a relação entre a largura das amostras no primeiro dia (t 0) e no último dia do experimento (t 15 dias). Observa-se que inicialmente como após 15 dias as amostras de TPS apresentaram menor largura do que a amostra de EPS. Por outro lado, não houve variação significativa da largura das amostras em função do tempo de exposição, resultado que poderia estar indicando que a largura não foi afetado pelo teor de sólidos e nem pela gravidade. (a) (b) Figura 3: Comprimento e Largura dos três grupos em função do tempo de exposição Na Figura 4 é mostrado comparação do tamanho das amostras no primeiro dia de experimento (t 0) e no último dia de experimento (t 15 dias). É possível perceber que as amostras de TPS-37 e TPS-64 é sofrem uma grande variação nas suas dimensões, ao contrário das amostras de EPS, que, como mostrado anteriormente não sofre variações perceptíveis. Nas amostras de TPS-37 há uma grande deformação na forma das placas. (a) (b) (c) Figura 4: Comparação do tamanho das amostras em t 0 e t 15 dias (a) EPS, (b) TPS-37 e (c) TPS-64
Ao longo do experimento foi observado o surgimento de biofilmes. A evolução desses biofilmes é mostrada na Figura 5. Os primeiros sinais da formação de biofilmes foram observados já no segundo dia do experimento na amostra 3 de TPS-37. É possível perceber uma evolução muito rápida nessa amostra, no 15º dia esta mesma amostra já esta completamente tomada pelo biofilme, especificamente de fungos. Dia 1 Dia 2 Dia 15 Figura 5: Evolução do biofilme ao longo dos 15 dias da amostra de TPS-37 CONCLUSÕES A partir deste trabalho concluímos que o processo de biodegradação das bioespumas de amido de batata é extremamente mais rápido que o processo do EPS. Também podemos perceber que a taxa de biodegradação tem uma forte relação com a quantidade de amido do material, como visto no desenvolvimento de biofilmes nas amostras de TPS-37. Porém estas placas de TPS mostraram ser instáveis dimensionalmente quando comparadas com as de EPS. BIBLIOGRAFIA 1. ACEPE. O Poliestireno Expandido. Disponível em:< http://www.acepe.pt/index.php/eps>. Data de acesso: 20 mar. 2015 2. ABRAPEX. O que é EPS? Disponível em: < http://www.abrapex.com.br/01oqueeeps.html>. Data de acesso: 20 mar. 2015 3. ANDRIOTTI, MARCELO. Bioespuma é a nova era da embalagem. Correio Popular, Campinas-SP, 17 jul. 2013. 4. ERENO, DINIRAH. Isopor Vegetal. Revista de Pesquisa FAPESP, São Paulo, fev.2007. 5. BRITO, G.F.; AGRAWAL, P.; ARAÚJO, E.M.; MÉLO, T.J.. Biopolímeros, Polímeros Biodegradáveis e Polímeros Verdes. Revista Eletrônica de Materiais e Processos, Campina Grande-PB, v.6.2, p.13, 2011. 6. ENGEL, M. O.; REATEGUI, D. R.; SANTANA, R. M. C. Influência dos parâmetros de processamento por compressão térmica nas propriedades de placas expandidas de amido de batata. 21º CBECIMAT Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais, Cuiabá MT, Nov. 2013