Desenvolvimento e caracterização de filmes biodegradáveis a partir de blendas poliméricas empregando-se resíduos da indústria de amido de mandioca

Abstract

Resumo: Questões ambientais tem impulsionado a busca de matérias-primas provenientes de recursos renováveis para a produção de embalagens. Neste contexto, o objetivo deste trabalho, foi avaliar o efeito da incorporação do bagaço de mandioca, resíduo da indústria de extração do amido, no desenvolvimento de filmes biodegradáveis, empregando amido de mandioca e glicerol como plastificante pela técnica casting e verificar a performance deste resíduo sobre as propriedades dos filmes. Executou-se um planejamento experimental central composto rotacional (DCCR) para a obtenção dos filmes, em que as variáveis dependentes (respostas) estudadas foram às propriedades mecânicas (tensão à ruptura e elongação máxima à ruptura) e espessura, e as variáveis independentes foram os teores de amido de mandioca (X1), bagaço de mandioca (X2) e glicerol (X3), totalizando 17 filmes. As formulações que apresentaram as propriedades mecânicas adequadas foram selecionadas para avaliar o efeito da adição do bagaço de mandioca nos filmes. Estes filmes foram caracterizados por propriedades físicas (solubilidade e espessura), ópticas (cor e opacidade), estruturais (MEV e grupos funcionais-FTIR), mecânicas (elongação e tensão à ruptura), de barreira à água (permeabilidade ao vapor de água-PVA e cinética de sorção de água), e térmicas (TGA/DTG). Estes testes são fundamentais para produção em escala industrial dos filmes biodegradáveis. A incorporação do bagaço de mandioca como reforço provocou alterações em todas as propriedades analisadas, os diferenciando do filme controle (sem a adição do reforço). O principal efeito observado foi o de reforço físico dos filmes, fator confirmado pelas análises mecânicas e de permeabilidade ao vapor de água. A incorporação do resíduo ocasionou um aumento significativo (p < 0,05) da tensão de ruptura que passou de 1,23 MPa na amostra controle para 7,94 MPa na amostra com 1,50 g do resíduo. Porém, houve diminuição na porcentagem de elongação, o que é característico do efeito reforçador de materiais fibrosos em compósitos de amido. No que se refere às propriedades de barreira, observou-se que o aumento do teor do bagaço de mandioca diminuiu a PVA provocando uma redução de 61,41% quando compara-se o filme sem reforço, com aquele com 1,50 g de bagaço de mandioca. Desse modo, os resultados obtidos mostraram a viabilidade do aproveitamento do bagaço de mandioca como agente da qualidade para a preparação de filmes de amido, sugerindo a aplicabilidade dos biocompósitos como embalagens. Palavras-chave: amido, bagaço de mandioca, compósitos verdes, propriedades mecânicas, permeabilidade ao vapor de água.

Abstract: Environmental issues have driven the search for raw materials from renewable resources for the production of packaging. In this context, the objective of this work was to evaluate the effect of the incorporation of cassava bagasse, residue of the starch extraction industry, in the development of biodegradable films, using cassava starch and glycerol as plasticizer by the casting technique and to investigate the performance of this residue over the properties of the films. A Central Composite Rotatable Design (CCRD) was used to produce the films, in which the dependent variables (responses) studied were mechanical properties (tensile strength and maximum elongation at break) and thickness, and the independent variables were cassava starch contents (X1), cassava bagasse (X2) and glycerol (X3), totaling 17 films. The formulations that presented mechanical properties were selected to evaluate the effect of the addition of cassava bagasse the films. These films were characterized by physical (solubility and thickness), optical (color and opacity), structural (SEM and functional groups-FTIR), mechanical (elongation and tensile at break), water barrier (water vapor permeability - WVP and water sorption kinetics), and thermal (TGA / DTG) properties. These tests are critical for industrial scale production of biodegradable films. The incorporation of cassava bagasse as reinforcement caused changes in all the analyzed properties, differentiating them from the control film (without the addition of reinforcement). The main effect observed was the physical reinforcement of the films, a factor confirmed by the mechanical analysis and water vapor permeability. The incorporation of the residue caused a significant increase (p < 0.05) in the rupture stress from 1.23 MPa in the control sample to 7.94 MPa in the sample with 1.50 g of the residue. However, there was a decrease in the percentage of elongation, which is characteristic of the reinforcing effect of fibrous materials in starch composites. Regarding the barrier properties, it was observed that the increase in the contents of cassava bagasse decreased the PVA causing a reduction of 61.41% when the film without reinforcement was compared to that with 1.50 g of cassava bagasse. Thus, the results showed the feasibility of using cassava bagasse as a quality agent for the preparation of starch films, suggesting the applicability of the biocomposites as packaging. Key-words: starch, cassava bagasse, green composites, mechanical properties, water vapor permeability.