Produção e caracterização de blendas poliméricas com poli(3-hidroxibutirato)) (PHB) e amido de milho para produção de plastico biodegradável

Abstract

O poli (3-hidroxibutirato) (PHB) é um poliéster natural e biodegradável, produzido por cultura bacteriana, sendo considerado um atrativo substituto parcial para os polímeros petroquímicos. A produção de blendas de PHB e amido de milho termoplástico (TPS) pode ser importante na elaboração de novos materiais poliméricos, com propriedades melhoradas, em relação às propriedades do PHB puro que é muito rígido ou para a produção de materiais que sejam biocompatíveis e biodegradáveis. O presente trabalho teve por objetivo estudar a produção de blendas de amido de milho e poli (3-hidroxibutirato) (PHB), para melhoria de propriedades mecânicas e características de processabilidade do biopolímero. Foi possível desenvolver formulações para obtenção de amido de milho plastificado (TPS), pela adição dos plastificantes glicerol e água. A concentração dos plastificantes foi definida através de um planejamento experimental do tipo Delineamento Composta Central Rotacional (DCCR), com base nas propriedades mecânicas do TPS obtido. A plastificação do TPS e das blendas foi realizada em um misturador intensivo do tipo reômetro de torque (Haake) e os parâmetros de processos utilizados foram 160°C, 10min e 60rpm. Uma vez definida a melhor formulação para o TPS, este foi utilizado na formulação das blendas com 25, 50 e 75% de PHB. Nas mesmas proporções, o TPS foi substituído em blendas com PHB, utilizando-se pré-mistura de amido, que é o amido com plastificantes que não passou pelo tratamento no reômetro. As blendas e os materiais puros (PHB e amido) foram analisados por análise termogravimétrica (TGA). As blendas revelaram dois estágios de perda de massa e também demonstraram que a estabilidade térmica e a perda de massa estão diretamente relacionadas com a quantidade de amido ou TPS envolvido na mistura. As curvas de DSC foram similares entre as blendas, apresentando dois eventos endotérmicos, sendo o primeiro relacionado à saída de água e glicerol e o segundo à fusão do PHB. Os resultados de FTIR indicam que não existiram interações intermoleculares entre os dois polímeros, pois não houve nenhuma mudança nos picos de absorção do PHB ou amido nas misturas estudadas, o que sugere que o PHB e amido são imiscíveis. A divisão de fases entre as blendas, bem como as propriedades morfológicas, foram observadas por microscopia eletrônica de varredura (MEV), comprovando que são imiscíveis. Os ensaios mecânicos de tração mostraram que o TPS sofreu um maior valor de deformação e, consequentemente, as formulações com maior quantidade de TPS e/ou amido apresentaram um alongamento na ruptura maior entre as blendas, havendo uma baixa resistência à tração e menor módulo de Young, tornando-se um material mais flexível em relação ao PHB puro. Assim, conclui-se que as blendas de PHB com amido de milho e/ou TPS têm o potencial de oferecer uma alternativa de baixo custo para a produção de materiais plásticos. Estudos posteriores, portanto, são necessários para melhorarem as características de fragilidade dessa mistura.<br>

Abstract : The poly (3-hydroxybutyrate) (PHB) is a natural, biodegradable polyester produced by bacterial culture, and is being considered as an attractive replacement for petrochemical polymers. The production of a mixture of PHB and thermoplastic corn starch (TPS) can be valuable as new polymeric materials, that presents better properties than the PHB alone, that is too hard, or for the production of biocompatible or biodegradable material. This study aimed to evaluate the properties of a blend made with corn starch and poly(3-hydroxybutyrate) (PHB), to improve the mechanic and processing properties of the biopolymer. The optimal formulations of TPS and plasticizer (glycerol and water), was obtained with a Rotational Central Composite experimental design, considering the mechanic properties of the obtained TPS. The blend mixture/plasticizer was made with a rheometer like mixer (Haake) and the processing parameters were 160 °C, 10 min and 60 rpm. The optimal formulation of TPS and plasticizer was used in the blend with PHB in 25, 50 and 75%. With the same proportions, TPS was used in blends with PHB, where the TPS was mixed with plasticizers without using the rheometer. Thermogravimetric analysis (TGA) of the blends showed two mass loss levels and also showed that the thermal stability and the mass loss are directly related to the amount of starch or TPS in the mixture. The DSC curves were similar among the blends, showing two endothermic events being the first related to the water and glycerol and second related to the PHB melting. melting, The FTIR results indicates that there are no intermolecular interactions between the two polymers, because there is no change in the absorption peaks of PHB or starch in the studied mixtures, which suggests that the PHB and starch are immiscible. The phase boundary among blends, as well as morphological properties were observed by scanning electron microscopy, proving that they are immiscible. The tensile test showed greater deformation for TPS, and consequently the formulation with higher amount of TPS had higher stretch when breaking, then a low tensile strength and lower modulus of Young, being more flexible compared to the PHB alone. In conclusion, the PHB and TPS blend is potentially a low cost alternative in the production of plastic materials, however, more intensive study is needed to improve brittleness characteristics of the mixture.