Estudo dos processos de transferência de massa e propriedades mecânicas de biofilmes de amido de mandioca reforçados com fibras de celulose
Data
2007-07-23
Autores
Müller, Carmen Maria Olivera
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Resumo
O impacto ambiental ocasionado pelo acúmulo de embalagens à base de materiais sintéticos e a dificuldades de reciclagem tem promovido pesquisas no sentido de desenvolver materiais alternativos. Sendo assim, o amido constitui uma matéria prima interessante para o desenvolvimento de biofilmes uma vez que alia biodegradabilidade a baixo custo e disponibilidade. As limitações para sua aplicação estão ligadas a sua alta higroscopicidade que os torna altamente permeáveis a vapor de água, modifica suas características mecânicas e os torna instáveis em umidades relativas elevadas. Neste contexto, o trabalho apresentado teve como finalidade estudar os processos de transferência de massa e as propriedades mecânicas destes materiais, para intervir no sentido de melhorar a performance dos mesmos. Na fase inicial do trabalho produziram-se filmes de amido de mandioca plastificados com sorbitol e glicerol em concentrações de 0,25, 0,30 e 0,35 g de plastificante/ g amido seco e foram determinadas as propriedades mecânicas e de barreira ao vapor de água de todas as amostras. Através da derivada das isotermas de sorção de umidade (ajustada pelo modelo de GAB) em relação à atividade de água (aw) determinou-se o coeficiente de solubilidade (ß) da água no filme. Com os resultados da permeabilidade ao vapor de água e da densidade do filme e com o coeficiente de solubilidade foi calculado, através da lei de Fick, o coeficiente efetivo de difusão da água no filme (Dw). Os resultados obtidos mostraram que a permeabilidade dos filmes aumentou na medida em que o gradiente de UR se deslocou para valores mais próximos da saturação e com o teor de plastificante. Este aumento verificado na permeabilidade foi ocasionado principalmente pelo aumento do coeficiente de solubilidade uma vez que o Dw praticamente se manteve constante em todos os gradientes de UR utilizados, e em todas as formulações. Na segunda etapa do trabalho, foram elaborados filmes de amido de mandioca plastificados com glicerol, com diferentes teores de fibras de celulose (0,10, 0,30 e 0,50 g de fibras/g amido) e foram avaliadas as propriedades mecânicas (ensaios de relaxação e de tração), de barreira, microestruturais, cristalinidade, termogravimetria (TGA) e espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR). A incorporação das fibras ocasionou um aumento significativo da tensão de ruptura que passou de 1,3±0,3 MPa na amostra sem fibras de celulose para 22,9±2,9 MPa na amostra com 0,50g de fibra/ g amido. Além disso, os filmes em que foram adicionadas fibras se mostraram mais rígidos, o que foi verificado através do aumento do Módulo de Young, que nas amostras sem fibras foi de 18±4 MPa, e nas amostras com 0,50 g de fibras/ g de amido, foi de 605±122 MPa. Através dos testes mecânicos de relaxação observou-se que a adição de fibras ocasionou um aumento da força máxima e uma diminuição da porcentagem de relaxação, o que corrobora com o efeito reforçador das fibras em compósitos com amido. No que se refere às propriedades de barreira, observou-se que o aumento do teor de fibras diminuiu a permeabilidade ao vapor de água. Observando-se o valores de permeabilidade no gradiente de maior UR (64%-90%) verifica-se uma redução de 50% quando comparam-se os filmes sem fibras, com aqueles com 0,50g de fibra/ g de amido. Em termos de cristalinidade, observou-se que a adição de fibras aumentou o índice de cristalinidade, o que lhes conferiu maior estabilidade do ponto de vista das propriedades mecânicas, durante o armazenamento nas duas UR estudadas (75% e 58%). Os resultados obtidos mostraram que a incorporação de fibras de celulose é uma alternativa não somente de reforço mecânico mas de melhoria das propriedades de barreira ao vapor de água, o que pode viabilizar a aplicabilidade dos biofilmes a base de amido em embalagens.
Descrição
Palavras-chave
Biofilmes, Compósitos, Fibras de celulose, Difussividade, Solubilidade, Propriedades mecânicas