Preparação e caracterização de compósitos de amido plastificado com glicerol e reforçados com fibras naturais vegetais

Abstract

Resumo: Reconhecendo a importância das preocupações ambientais e a grande disponibilidade de materiais de origem vegetal no Brasil, este estudo enfocou o emprego de resíduos agro-industriais (torta de mamona, glicerol recuperado e fibras lignocelulósicas), seguindo metodologias da "química verde", na preparação de compósitos biodegradáveis, usando quantidades diferentes de dois tipos de amido; o de milho e o da torta de mamona (resíduo sólido do processamento de óleo), com dois tipos de gliceróis; um puro (PA) e outro recuperado (resíduo da transesterificação de óleos vegetais - glicerina) como plastificante e fibras de plantas brasileiras. As fibras usadas incluem a fibra de bananeira e a de bagaço de cana-deaçúcar. Os compósitos foram preparados por termo-moldagem e compressão utilizando quantidades variáveis de fibras, dos dois tipos de amido com quantidades fixas dos gliceróis (puro e glicerina). Observou-se que a quantidade máxima de fibra de bananeira ou de cana-de-açúcar que poderia ser incorporada em qualquer uma das duas matrizes foi de 35 %. Baseado nestes estudos preliminares, estudos posteriores foram realizados utilizando temperatura controlada para entender as propriedades de tração. Os resultados indicaram que: (i) foi possível preparar compósitos tanto de amido de milho PA quanto de torta de mamona com ambos os tipos de plastificantes, reforçados com fibras de bananeira e cana-de-açúcar; (ii) compósitos à base de glicerina mostraram leve melhora nas propriedades mecânicas quando comparados com os preparados com glicerol PA, sugerindo a possível substituição deste último pelo primeiro; e (iii) compósitos de matriz amido/glicerol PA contendo fibras de bagaço de cana-de-açúcar apresentam propriedades levemente melhores que os de fibras de bananeira. Estas observações foram produzidas com base nos estudos das micrografias eletrônicas de varredura (MEV). Estudos fractográficos destes compósitos revelaram boa ligação de ambas as fibras e matrizes, comparado com os de outras fibras. Neste estudo destaca-se a utilização de resíduos agroindustriais (torta de mamona, glicerol recuperado e fibras lignocelulósicas) para o desenvolvimento de compósitos biodegradáveis. Este estudo tem atraído a atenção tanto de usuários de compósitos quanto de cientistas e tecnólogos, gerando desafios no que tange ao processamento destes compósitos, em questões ecológicas e na agregação de valor aos materiais fabricados a partir de resíduos agroindustriais.

Abstract: Recognizing the importance of environmental concerns and abundant availability of plant based materials in Brazil, this study has focused on the utilization of some of the agro-industrial wastes (castor bean cake, recovered glycerol and lignocellulosic fibers) following a methodology based on "green chemistry" for preparing biodegradable composites. The agro-industrial wastes used in this study include corn starch and castor bean starch (solid residue of the castor oil processing) as matrices, pure glycerin or recovered glycerol (residue from the transesterification of vegetable oils) as plasticizer and two plant fibers of Brazil, namely banana stem fiber and sugarcane bagasse fibers as reinforcements. Initially three types of fibers (psuedostem and fruit) of Brazil and the two types of starches mentioned were characterized for their chemical, thermal and morphological properties. Then, based on the optimization of processing conditions to obtain composites of two types of fibers (20-35% banana fibers and 25% sugarcane bagasse fiber) with both types of starches and without any temperature control, composites of these two plant fibers were prepared by compression molding with temperature control using 20-35 wt. % of individual fibers with two types of starches, but with same amounts of either pure glycerin or recovered glycerol. All the composites were evaluated for their tensile properties. The properties obtained indicated that (i) composites of corn starch PA and castor bean cake can be prepared using the plasticizers glycerol and glycerin and reinforced with banana plant and sugar cane fibers; (ii) glycerin-based composites have slightly better mechanical properties as compared to composites prepared with glycerol PA, which suggests that the latter plasticizer should be substituted with the former; and (iii) starch/glycerol PA matrix composites containing sugarcane bagasse exhibit slightly better properties as compared to those containing banana plant fiber. These observations have been explained on the fractographic studies carried out using scanning electron microscope (MEV). These studies revealed good bonding of both the fibers with both the matrices and better coating of banana fibers by both the matrices compared to that of banana fibers, thus explaining slightly higher tensile properties of these composites over those with sugarcane bagasse fibers. It is hoped that results of this study would attract the attention of both the users of composites and scientists & technologists, who have the challenges in processing such composites with a view to solve the ecological concerns and value addition to the otherwise waste agro-industrial materials.