Síntese e caracterização de nanocompósitos de poliestireno expansível com nanopartículas de prata e sua migração em simulantes alimentícios

Abstract

Nanocompósitos são materiais conformados com o intuito de conceder características específicas, onde pelo menos uma parte de sua composição situa-se em uma dimensão nanométrica, podendo ser formados pela combinação de componentes orgânicos e/ou inorgânicos. O objetivo do presente trabalho é a obtenção de nanocompósitos de poliestireno expansível (EPS) contendo nanopartículas de prata (AgNP) sintetizadas in situ visando aplicação em embalagens de alimentos. Como primeira etapa, foi estudada a influência das nanopartículas na cinética da reação, na massa molar viscosimétrica (Mv), na temperatura de transição vítrea (Tg) e no monômero residual do poliestireno (PS) antes de sua expansão frente a dois iniciadores distintos: Peróxido de Benzoíla (BPO) e Peróxido de 2,5-Dimetil-2,5-Di(2- Etilhexanoil)Hexano (TNX 141). Na segunda etapa do trabalho, as melhores condições obtidas foram selecionadas para passarem pelo processo de impregnação e pré-expansão, resultando em um polímero na sua forma expandida. Por fim, ensaios de migração foram realizados e o material foi caracterizado por microscopia eletrônica de transmissão (TEM), espectrofotometria de absorção atômica (AAS) e gravimetria para verificar sua adequação e aplicabilidade como uma embalagem de alimentos. Os resultados obtidos mostraram que as nanopartículas de prata retardam a cinética da reação de polimerização à medida que a concentração de prata aumenta, como consequência aumentam o valor de massa molar, bem como de monômero residual. No mesmo sentido, o aumento da concentração de prata diminui o valor da Tg. O polímero final analisado para a migração possui uma composição de 0,15% (m/m) de estireno residual e uma concentração mássica de prata de 0,65 mg Ag/kg EPS, onde se evidencia que há perda por oxidação no sistema visto a queda da concentração inicial inserida no monômero de 41,3 mg Ag/kg Estireno. A migração total é de 3,24; 3,65; 0,12; 0,62 mg de material/ kg de simulante respectivamente para os 4 simulantes. As imagens de TEM demonstram que a tendência das nanopartículas é de aglomerar, ou formar novas espécies depois de migrar em contato com os simulantes.O estudo realizado permitiu concluir que o material polímerio possui aplicação, seja como em embalagens primárias ou secundárias.

Abstract : Nanocomposites are materials made with the intention of granting specific characteristics, where at least one part of their composition is in nanometric dimension. It can be formed by the combination of organic and/or inorganic components. The objective of the present work is to obtain nanocomposites of expandable polystyrene (EPS) containing silver nanoparticles (AgNP) synthetized in situ and aimed at the application in food packaging. As a first step, the influence of the nanoparticles on reaction kinetics, viscosity molar mass (Mv), glass transition temperature (Tg), and residual polystyrene monomer (PS) were studied before its expansion with the use of two different initiators: Benzoyl Peroxide (BPO) and 2,5-Dimethyl-2,5-Di (2-Ethylhexanoyl) Hexane Peroxide (TNX 141). In the second step of the work, the best conditions obtained were chosen to pass through the impregnation and pre-expansion system, thus obtaining the final EPS polymer. Finally, the potential of package migration was analyzed by using this final polymer by transmission electron microscopy (TEM), atomic absorption spectrophotometry (AAS), and gravimetry to verify the polymer applicability as a food package. The results allowed concluding that silver nanoparticles interfere with the polymerization kinetics reaction, slowing it as the silver concentration increases, and the consequence is the increase of molar mass value as well as the residual monomer. In the same way, the increase of silver concentration diminishes the Tg value.The final polymer analyzed for migration has a composition amount of 0.15% (m / m) of residual styrene and the quantification of silver is 0.65 mg Ag/kg EPS, where it is evidenced that there is oxidation loss in the system in comparison between the initial concentration of de 41,3 mg Ag/kg Styrene. The total migration is 3.24; 3.65; 0.12; 0.62 mg of material / kg of simulant respectively for the 4 simulants. The TEM images demonstrate that the tendency of the nanoparticles is to agglomerate or to form new species after migrating in contact with the simulants. The study realized allowed to conclude that the polymeric material has application as a primary or secondary food package.