Filmes poliméricos para embalagens flexíveis multicamadas : um estudo do potencial de aplicação de biopolímeros

Abstract

Resumo: Uma preocupação crescente na indústria de embalagens é a substituição de polímeros convencionais por materiais sustentáveis. Dentre as alternativas os biopolímeros possuem propriedades equivalentes ou superiores àqueles obtidos pelas rotas petroquímicas e podem ser utilizados puros, em compósitos ou como revestimento com outros substratos, por exemplo, no papel. As características que mais interessam a indústria de embalagens na escolha do material são as propriedades mecânicas e a permeabilidade ao vapor de água (PVA). Respectivamente, auxiliam na determinação da validade dos produtos, prevendo a capacidade da embalagem suportar as solicitações mecânicas do processo logístico e a atividade de água na interface entre o produto embalado e as condições do ambiente de armazenagem. Esta pesquisa investiga o desempenho destas propriedades em biopolímeros, Poli(ácido lático) (PLA) e Bio polietileno de baixa densidade (Bio PEBD) puros e revestidos em papel kraft comparativamente aos filmes em Polietileno de alta densidade (PEAD) convencionais utilizados em embalagens flexíveis. A escolha destes materiais se deve pelo desempenho apresentado durante a etapa de projeto conceitual, onde concepções preliminares de biopolímeros foram analisadas. O procedimento para obtenção das amostras foi otimizado para o método de compressão térmica. Posteriormente, os materiais foram caracterizados através da permeabilidade ao vapor de água, força de adesão e resistência à tração. Os resultados foram comparados ao PEAD de origem petroquímica, verificando a compatibilidade dos biopolímeros. O Bio PEBD apresentou desempenho de PVA superior ao PEAD convencional e para utilização do PLA é necessário um aumento de 54% na espessura. Quando revestidos ao papel os biopolímeros Bio PEBD e PLA apresentaram desempenhos de PVA equivalentes aos materiais na forma pura, indicando que o papel não interferiu na PVA. Na análise de resistência à tração as combinações com biopolímero e papel kraft apresentaram um aumento de 200% sobre a versão pura de Bio PEBD e de 140% sobre a versão pura de PLA. Comparativamente ao PEAD a energia absorvida, importante propriedade para avaliação da resistência ao impacto em embalagens, apresentou equivalência em ambas às concepções biopoliméricas quando revestidas ao papel. O desenvolvimento de biopolímeros como material de embalagem flexível apresentou-se como alternativa para substituição aos polímeros convencionais. Embora as características técnicas necessitarem de avanços, os biopolímeros apresentaram potencial para substituição de polímeros de origem fóssil.

Abstract: An increase issue in packaging industry is the substitution of conventional polymers with sustainable materials. Among the alternatives, bio-based polymers have shown equivalent or superior properties to those obtained by petrochemical routes and can be used neat, in composites or as a coating with other substrates, for example, on paper. The characteristics which most interest the packaging industry when choosing the material are mechanical properties and water vapor permeability (WVP). Respectively, they assist the determination of products shelf life, predicting the packaging capacity to deal with mechanical demands in the logistic process and water activity at the interface between packaged product and the storage environment. This research investigates the properties performance in biopolymers, Poly(lactic acid) (PLA) and Bio Low Density Polyethylene (Bio LDPE) neat and coated in kraft paper compared to conventional High Density Polyethylene (HDPE) films used in flexible packaging. The material choice is due to the performance presented during a conceptual design stage, where preliminary biopolymers conceptions were analyzed. The procedure for obtaining the samples was optimized for thermal compression method. Subsequently, the materials were characterized by their WVP performance, adhesion strength and tensile strength. The results were compared to an oil-based HDPE, verifying the biopolymers compatibility. Bio LDPE presented superior WVP performance to conventional HDPE and for the PLA use it is necessary a 54% increase in thickness. When coated on paper, Bio-LDPE and PLA biopolymers presented an equivalent WVP performance to the neat form materials, which indicates that the paper did not interfere in WVP. In the analysis of tensile strength, the coated biopolymers showed an increase of 200% over Bio LDPE neat and 140% over PLA neat. Compared to HDPE, the absorbed energy, an important property for evaluating the impact resistance of packaging, was equivalent in both biopolymers designs when coated on paper. The development of biopolymers as flexible packaging material presented an alternative to replace conventional polymers. Although the technical characteristics require advances, biopolymers showed potential for replacing oil-based polymers.