Produção e caracterização de filmes de amido-glicerol-fibras de celulose elaborados por tape-casting

Abstract

A vantagem em elaborar filmes com polímeros naturais, ao invés de utilizar polímeros sintéticos, é que os primeiros são totalmente biodegradáveis e são derivados de materiais renováveis. Sendo assim, a utilização dos polímeros naturais é vista como uma solução inovadora e ecológica. Os filmes de amido vêm sendo intensamente investigados, pois são considerados como um dos candidatos mais promissores para essa substituição parcial dos polímeros sintéticos, principalmente porque aliam manejo do ciclo de carbono com disponibilidade e preço baixo. No entanto, dada a natureza hidrofílica do amido, os materiais produzidos apresentam alta permeabilidade ao vapor de água e propriedades mecânicas pobres, quando comparados com os materiais sintéticos. Uma opção para a melhoria dessas propriedades tem sido a incorporação de outros materiais aos filmes, como por exemplo, fibras de celulose. Atualmente, as embalagens podem ser fabricadas por diversos processos. A extrusão é o processo mais utilizado para desenvolver filmes derivados do petróleo. No entanto, esse processo quando aplicado em filmes biodegradáveis pode resultar em problemas de degradação da matriz. Neste contexto, o estudo de novos métodos para produção em larga escala para filmes biodegradáveis são interessantes. O método de tape-casting, geralmente, é utilizado para a fabricação de cerâmicas e também na indústria de celulose. Sendo assim, o objetivo desse trabalho foi aumentar a escala de produção por casting de filmes biodegradáveis de amido reforçados com fibras de celulose através da técnica de tape-casting. O trabalho foi dividido em quatro etapas. A primeira parte do trabalho consistiu em encontrar as composições de filmes que melhor se adaptam ao espalhamento por tape-casting. Na segunda, terceira e quarta partes o foco foi investigar as condições de secagem dos materiais. Sendo na segunda parte do trabalho a secagem realizada por convecção. Na terceira a secagem condutiva. Por final na quarta etapa a secagem foi realizada por radiação infravermelha, condução e os dois métodos combinados. O foco da quarta parte do trabalho foi também analisar a influência da água nos filmes de amido-glicerol-fibras, para isso, foram avaliadas as propriedades térmicas, mecânicas e estruturais dos filmes condicionados em diferentes umidades relativas. Resultados encontrados sobre a caracterização das supensões e dos filmes formados mostraram que a aplicação de tape-casting para obter filmes de amido-glicerol-fibras é uma boa opção para aumento de escala de produção de filmes biodegradáveis. Foram encontradas faixas de temperatura queproporcionaram menor tempo de secagem sem danos mecânicos e estruturais aos filmes: na condução até 60 °C de aquecimento do suporte, na convecção até 70 °C no ar de secagem (convecção) e na radiação por infravermelho. As propriedades mecânicas dos filmes foram ligeiramente modificadas pelas técnicas de secagem aplicadas como observado na cristalinidade dos filmes. <br>

Abstract : Films made from natural polymers are considered as an environmentally friendly solution to waste accumulation originated from the disposal of non-degradable materials. Natural polymers are advantageous comparing to synthetic polymers mainly by their complete biodegradability and because they are originating from renewable sources. One of the most promising candidates is the starch film. It has been intensively investigated since it presents availability and low price. Meanwhile, when compared with synthetic materials, films produced with starch have high water vapor permeability and poor mechanical properties, mainly due to the hydrophilic quality of this raw material. As an option to improve these properties, others materials have been incorporated in the films, such as cellulose fibers. Extrusion process is usually employed to petroleum derived films. However, this process can degrade the natural polymers. The studies of new methods for production in large scale of biodegradable films are interesting. In this context, the aim of this work was to study the tape-casting technique as an alternative method to produce starch films reinforced with cellulose fibers and plasticized by glycerol. Tape-casting is often used in ceramics and pulp industries. The present work is divided into four steps. The first one was to find the film composition that allowed the spreading of starch suspension by tape-casting. It was investigated the materials drying conditions in the second, third and fourth stages: convective; conductive; and infrared radiation drying, respectively. Combined conductive and infrared radiation drying was also investigated. Thermal, mechanical and structural properties of films dried by conductive and by infrared radiation methods were determined, as well the influence of film water content in these same properties. Results showed that tape-casting is a good choice for scale-up production of biodegradable starch-glycerol-cellulose films. There are temperature ranges that provide drying without film damage: till 60 ºC to conductive heated plate and till 70 ºC to air in the convective drying. Mechanical properties of the films were slightly modified by the drying techniques applied.