Desenvolvimento de materiais biodegradáveis contendo amido e casca de soja (Glycine max (L.)) produzidos por injeção termoplástica
Data
2021-06-21
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Universidade Estadual de Londrina
Resumo
Resumo: Tendo em vista a importância de se desenvolver materiais biodegradáveis para substituir os produzidos com plásticos convencionais, e o fato de a casca de soja ser um resíduo agroindustrial abundante no Brasil e no mundo, com potencial para uso em larga escala, o objetivo deste trabalho foi estudar o uso de casca de soja moída (CS) e fibras de celulose extraídas da casca de soja (FC) na composição de materiais de amido termoplástico (ATp) e de ATp + álcool polivinílico (PVA). Foram desenvolvidas 20 formulações e 2 controles, e os materiais foram produzidos por extrusão seguida de injeção termoplástica, para produção de corpos-de-prova rígidos. As formulações foram divididas em 5 grupos: ATp + CS (4 a 19%); ATp + 6% de PVA + CS (4 a 19%); ATp + FC (4 a 19%); ATp + 6% de PVA + FC (4 a 19%). A formulação dos materiais controles foram de ATp e ATp + 6% de PVA. A casca de soja e as fibras de celulose foram caracterizadas por espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os corpos-de-prova foram analisados por FTIR, ensaios mecânicos, perda de massa em água e variação dimensional após injeção. A adição de CS ao amido termoplástico não diminuiu a processabilidade do material. Teores de FC acima de 10% dificultaram a injeção do material, deixando-o quebradiço. O uso de PVA nas formulações melhorou o acabamento dos corpos-de-prova. Tanto a FC quanto a CS reduziram a capacidade de alongamento dos materiais em relação aos seus controles, e a formulação contendo ATp + 6% PVA + 19% FC apresentou a mais baixa capacidade de alongamento (39,8%), 74,9% menor que o controle e a mais alta resistência à tração (3,9 MPa), 22% maior que o controle. Tanto a CS quanto a FC diminuíram a variação dimensional dos materiais quando comparado com os controles, e quanto maior a concentração menor a variação. Materiais contendo PVA apresentaram maior estabilidade dimensional, principalmente com teores mais altos (15 e 19%) de CS ou FC. A adição de CS e FC aumentou a rigidez dos materiais em relação aos controles. ACS apresentou efeito reforçador nos materiais nas concentrações entre 8% e 15%, e a FC, na concentração de 11%, e a FC associada ao PVA, nas concentrações de 11% e 19%. A casca de soja não diminuiu a processabilidade dos materiais produzidos com ATp e ATp + PVA,além de não precisar de tratamento prévio como as fibras de celulose. Desta forma, os materiais biodegradáveis rígidos de amido termoplástico contendo casca de soja moída têm um excelente potencial para serem produzidos por extrusão e injeção termoplástica em escala comercial.
Abstract: Considering the importance of developing biodegradable materials to replace those produced with conventional plastics and the fact that soybean hull is an abundant agro-industrial residue in Brazil and worldwide, with potential for large-scale use, the objective of this work was to study ground soybean hull (SH) and cellulose fiber extracted from soybean hull (CF) in the composition of thermoplastic starch (TpS) and TpS + polyvinyl alcohol (PVA) materials. 20 formulations and 2 controls were developed, and the materials were produced by extrusion and thermoplastic injection to produce rigid specimens. The formulations were divided into 5 groups: TpS + SH (4 to 19%); TpS + 6% PVA + SH (4 to 19%); TpS + CF (4 to 19%); TpS + 6% PVA + CF (4 to 19%). The formulations of the control materials were TpS and TpS + 6% PVA. Soybean hull and cellulose fibers were characterized by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and scanning electron microscopy (SEM). The specimens were analyzed by FTIR, mechanical testing, mass loss in water, and dimensional variation after injection. The addition of soybean hull to thermoplastic starch did not reduce the material's processability. CF contents above 10% made it difficult to inject the material, leaving it brittle. The use of PVA in the formulations improved the finish of the specimens. Both cellulose fiber and soybean hull reduced the elongation capacity of the materials compared to their control ones, and the formulation containing TpS + 6% PVA + 19% CF had the lowest elongation capacity (39.8%), 74.9% lower than the control material and the highest tensile strength (3.9 MPa), 22% higher than the control material. Both SH and CF decreased the dimensional variation of materials compared to the control ones, and the higher the concentration, the smaller the variation. Materials containing PVA showed greater dimensional stability, especially with higher contents of SH or CF (15 and 19%). The addition of SH and CF increased the stiffness of the materials compared to the control ones. SH had a reinforcing effect on materials at concentrations between 8% and 15%, CF at a concentration of 11%, and CF associated with PVA at concentrations between 11% and 19%. Soybean hull did not reduce the processability of TpS and TpS + PVA materials and did not need prior treatment like cellulose fibers. Thus, rigid biodegradable thermoplastic starch materials containing ground soybean hull have an excellent potential to be produced by thermoplastic extrusion and injection on a commercial scale.
Descrição
Palavras-chave
Extrusão, Álcool polivinílico, Fibra de celulose