Propriedades térmicas, mecânicas e de barreira de poli(etileno-co-acetato de vinila) com bentonita modificada visando aplicação em filmes para embalagens alimentícias

Abstract

Resumo: Uma das principais propriedades requeridas aos polímeros que são aplicados em embalagens alimentícias é a barreira física a gases e vapor d'água. Os polímeros com estas características ou modificados para este fim, geralmente, apresentam a inconveniência do alto custo e a necessidade de equipamentos de processamento mais complexos. Nesse contexto, o interesse no emprego e na produção de materiais com cargas orgânicas e inorgânicas com dimensões nanométricas têm-se tornado uma tendência. Em especial, as argilas organofílicas apresentam características favoráveis à formação de materiais poliméricos com boa propriedade de barreira, além de em alguns casos também conferir resistência mecânica e térmica. Diante do exposto, o presente trabalho consiste no estudo das propriedades térmicas, mecânicas e morfológicas do poli(etileno-co-acetato de vinila) (EVA) com bentonita modificada visando aplicação em filmes para embalagens alimentícias. As bentonitas naturais foram caracterizadas, antes e após a modificação química com os surfactantes AMS-32TM e brometo de cetiltrimetilamônio, por determinação da capacidade de troca iônica, espectroscopia na região do infravermelho com transformada de Fourier, difração de raios X, capacidade de inchamento, espectrometria de fluorescência de raios X e termogravimetria. As argilas naturais e organofílicas foram adicionadas ao EVA através da técnica melt blending, em extrusora monorrosca ou dupla rosca e a caracterização foi através da difração de raios X, microscopia eletrônica de varredura e/ou transmissão, comportamento térmico (calorimetria exploratória diferencial e termogravimetria), ensaio mecânico de tração e permeação a vapor d'água. Em relação às argilas, o perfil estrutural e químico das duas bentonitas foram muito semelhantes, visto pelos resultados de difração de raios X, por espectroscopia na região do infravermelho e fluorescência de raios X. Ambas apresentaram boa capacidade de troca iônica e inchamento, tornando-as compatíveis com o processo de organofilização. Os resultados das composições obtidas pela extrusora monorrosca indicaram uniformidade nas condições de preparo, indiferente da origem e da quantidade de bentonita ou de argila organofílica adicionada. Com relação às composições obtidas na extrusora dupla rosca, estas também apresentaram uniformidade nas condições de preparo, mas algumas apontaram a tendência à intercalação do polímero à bentonita natural e as argilas organofílicas, possivelmente em função do teor destas argilas e do tipo do modificador. Este fato foi verificado principalmente pelas imagens de microscopia eletrônica de transmissão. Sendo assim, diante de todos os resultados apresentados, a proposta de preparar um material com finalidade a barreira a vapor d'água, visando aplicação em embalagens alimentícias foi atingido, a partir de um filme de poli(etileno-co-acetato de vinila) contendo uma argila organofílica isento de sal de amônio. Sendo, portanto, a composição EVA/Vulgel-AM 1,5d apresentou propriedades e características satisfatórias para justificar o êxito de um material, tornando-o uma alternativa relevante para a área de estudo. Palavras-chave: poli(etileno-co-acetato de vinila); argilas organofílicas; embalagens alimentícias; barreira a vapor d'água.

Abstract: One of the main properties required for polymers that are used in food packaging is a physical barrier to gases and water vapor. Polymers having these characteristics or modified for this purpose, generally have the inconvenience of high cost and the need for more complex processing equipment. In this context, the interest in employment and production of materials with organic and inorganic fillers with nanometric dimensions has become a trend. In particular, organoclays have favorable characteristics to the formation of polymeric materials with good barrier property, and in some cases also check mechanical and thermal resistance. Given the above, the present work is the study of thermal, mechanical and morphological of poly(ethylene-co-vinyl acetate) (EVA) with modified bentonite order application in films for food packaging. The natural bentonite were characterized before and after chemical modification with AMS-32TM cetyltrimethylammonium bromide surfactant by determination of ion exchange capacity, Fourier transform infrared spectroscopy, X-ray diffraction, swelling capacity, X-ray fluorescence spectroscopy and thermogravimetric analysis. Natural and organoclays were added to the EVA by melt blending technique in single or twin screw extruder and the characterization was by X-ray diffraction, scanning electron microscopy and transmission, thermal behavior (differential scanning calorimetry and thermogravimetry), mechanical tests and the water vapor permeation. In relation to clays, both structural and chemical profiles were very similar as the results of X-ray diffraction, infrared spectroscopy and X-ray fluorescence. Both offer a good capacity of ion exchange and swelling, making them compatible with organophilization process. The results of the compositions obtained by the single screw extruder indicated uniformity in the preparation conditions, regardless of the origin and quantity of bentonite or added organoclay. With respect to the compositions obtained in the twin screw extruder, these also showed uniformity in the preparation conditions, although some of them showed tendency to intercalation the polymer natural bentonite and organoclays, possibly due to the content of these clays and type of modifier. This fact was verified mainly by transmission electron microscopy images. So, the proposal to prepare a material with purpose barrier of water vapor, order application in food packaging was achieved from a poly(ethylene-co-vinyl acetate) film containing a free organoclay ammonium salt. It is, therefore, the EVA/Vulgel AM-1,5d composition showed satisfactory characteristic properties to justify the success of a material, making it an important alternative for the study area. Keywords: poly(ethylene-co-vinyl acetate); organoclays; food packaging; barrier water vapor.