Influência do uso de plastificante e nanopartículas de argila em filmes de poli(hidroxibutirato-co-hidroxivalerato) (PHBV) sob diferentes condições ambientais

Abstract

Este trabalho analisou a influência do plastificante trietilcitrato (TEC) e de nanopartículas de argila na interação do poli(hidroxibutirato-co-hidroxivalerato) (PHBV) com diferentes meios e sobre o processo de biodegradação, para aplicação destes materiais em embalagens descartáveis. Para isso, foram preparadas e analisadas seis composições, incluindo PHBV puro e combinações com 10% de plastificante TEC e 3% de nanopartículas de argila (haloisita (Hal) e montmorilonita (Mt)). As composições foram preparadas no estado fundido e moldadas por compressão. De acordo com as imagens de microscopia eletrônica de transmissão e os resultados de permeabilidade ao oxigênio, a adição de TEC na composição PHBV/Hal contribuiu para a dispersão das nanopartículas na matriz polimérica melhorando sua propriedade de barreira. Pelo ensaio de exsudação, não houve liberação do plastificante para o meio, indicando a boa interação do aditivo com o polímero. Notou-se que houve perda de massa significativa nas amostras contendo plastificante quando deixadas em contato com a água por períodos prolongados de 30 e 60 dias, o que indicou a liberação do mesmo para o meio em temperatura ambiente. Após os 60 dias, notou-se uma alteração na estrutura das composições, o que pode sugerir o início do processo de degradação hidrolítica. Para os estudos de biodegradação, os resultados indicaram uma fragmentação das amostras que possuíam TEC em sua composição já nos primeiros 30 dias em solo. Após 90 dias, a perda de massa do PHBV puro foi de aproximadamente 50%, já as combinações de PHBV e nanopartículas de argila tiveram uma perda de massa entre 20% e 30%. Em análise do grau de cristalinidade, o PHBV puro e as misturas de PHBV/Hal e PHBV/Mt tiveram uma diminuição no grau de cristalinidade com o decorrer do tempo, indicando o consumo da fração cristalina no processo de biodegradação. Foi evidenciado que o TEC favoreceu o processo de biodegradação, contudo a combinação de aditivos resultou em comportamento intermediário, que permite controlar a taxa de biodegradação do PHBV para utilização em produtos descartáveis.

This work analyzed the influence of triethyl citrate plasticizer (TEC) and clay nanoparticles on the interaction of poly (hydroxybutyrate-co-hydroxyvalerate) (PHBV) with different medium and on the biodegradation process for the application of these materials in disposable packaging. Six compositions, including pure PHBV and combinations with 10% of TEC plasticizer and 3% of clay nanoparticles (halloysite (Hal) and montmorillonite (Mt)) were prepared and analyzed. The compositions were prepared in the molten state and compression molded. According to transmission electron microscopy images and the oxygen permeability results, the addition of TEC in the PHBV/Hal composition contributed to the dispersion of the nanoparticles in the polymer matrix by improving their barrier property. By the exudation test, there was no release of the plasticizer into the medium, indicating the good interaction of the additive with the polymer. It was observed that there was significant mass loss in the samples containing plasticizer when left in contact with water for prolonged periods of 30 and 60 days, which indicated the release of TEC to the medium. After 60 days, a change in the structure of the compositions was noted, which may suggest the beginning of the hydrolytic degradation process. For the biodegradation studies, the results indicated a fragmentation of the samples containing TEC in the first 30 days in soil. After 90 days, the loss of mass of the pure PHBV was approximately 50%, whereas for the combinations of PHBV and clay nanoparticles, a mass loss between 20% and 30% was observed. By analyzing the degree of crystallinity, pure PHBV and mixtures of PHBV/Hal and PHBV/Mt presented a decrease with the time, indicating the consumption of the crystalline fraction in the process of biodegradation. It was evidenced that TEC favored the biodegradation process. However, the combination of additives resulted in an intermediate behavior, which allows the control over the rate of biodegradation of PHBV for use in disposable products.