“Estudo da biodegradação de blendas de biopolímeros reforçados com fibras

lignocelulósicas”

Aluno Thalita Janaine dos Santos

Orientador Prof. Dr. Hamilton M. Viana

2009

Objetivo : Objetivo deste trabalho é avaliar o processo de degradação de tanto dos componentes quanto do compósito preparado a partir de uma blenda entre dois biopolímeros e fibras lignocelulósicas.

Justificativa:-Substituição de polímeros advindos do petróleo por polímeros advindos por fontes renováveis.

- Destino pós consumo dos polímeros.

- Desenvolvimento de um processo para a preparação de blendas com biopolimeros e utilização destas blendas na preparação de biocompósitos com fibras lignocelulósicas

Introdução: Atualmente os materiais poliméricos sintéticos estão presentes em todos os domínios de aplicações.

Estas matérias primas são utilizadas por um período de tempo bastante curto e geram um volume de dejetos importante.

Diversos tipos de valorização de dejetos de materiais plásticos têm sido utilizados .

-Valorização do material por reciclagem ou regeneração.- Valorização energética.- Valorização química.- Biodegradação.

Contexto industrial do estudo:

As amostras de biocompósitos desenvolvidos neste projeto se situam no domínio da indústria- Automotiva - Embalagens alimentares- Construção Civil - Mercado de utensílios domésticos.

As pesquisas são focadas nos seguintes aspectos:

- Pesquisa e desenvolvimento de novos polímeros biodegradáveis.

- Pesquisa e desenvolvimento da utilização de fibras naturais.

 

-Desenvolvimento de métodos analíticos que permitam medir a biodegradabilidade dos compósitos.

-Estudos técnico-econômicos e de marketing para os novos compósitos.

 

 

 

O processo de biodegradação 

De uma maneira geral,a biodegradação é definida com a decomposição/degradação das matérias orgânicas pelos microorganismos (bactérias enzimas, cogumelos e algas).

O processo bioquímico da biodegradação em condições aeróbicas e anaeróbicas é resumido

pelas equações seguintes:

Material + O2 CO2 + H2O + Biomassa + Resíduo

 

Material + O2 CO2 + H2O + CH4 + Biomassa + Resíduo

Os testes de biodegradação podem ser efetuados dentro de condições diversas:

-Em presença ou em ausência de oxigênio.

-Em meio sólido ou aquoso.

Os processos relativos à biodegradação são numerosos e complexos, mas duas etapas podem ser distintas.

- A primeira etapa ou a degradação primária (ou parcial) corresponde às rupturas de cadeias.

- A segunda etapa ou a degradação total corresponde à biodegradação propriamente dita.

POLYMERE

BIOMASSE

FRAGMENTS

H2O CO2 ou CH4

PolymérisationOxydation ou hydrolyse

par les enzymes

Minéralisation

Extracellulaire

Intracellulaire

POLYMERE

BIOMASSE

FRAGMENTS

H2O CO2 ou CH4

PolymérisationOxydation ou hydrolyse

par les enzymes

Minéralisation

Extracellulaire

Intracellulaire

Duas etapas do processo de biodegradação

A biodegradação dos materiais é influenciada por certo número de fatores.

- Fatores biológicos da biodegradação.

- Fatores físico-químicos do meio da biodegradação.

- Estrutura e propriedade do substrato.

Teste de biodegradação.

Para monitoramento do teste de biodegradação foram montados diversos sistemas iguais ao mostrados na figura a seguir.

-Recipiente (a) contém uma solução de hidróxido de bário Ba(OH)2 4g/l.-Recipiente (b) contém solução de detergente enzimático + biopolimero.- Recipiente (c) contem uma solução de hidróxido de bário Ba(OH)2 12g/l.

No processo proposto, o CO2 gerado na biodegradação do polímero no recipiente B, foi coletado no recipiente C, também contendo solução de Ba(OH)2, formando carbonato de bário, BaCO3.

O monitoramento do sistema foi realizado durante alguns dias. Através da retrotitulação com ácido clorídrico HCl, 0,05 mol/L, a quantidade de CO2 produzida na biodegradação e coletada no recipiente C foi então determinada.

Como pode ser visualizado nas tabelas e graficos s seguir.

Monitoramento

Foto de um dos experimentos realizados.

PLA ( 25,201g) (Branco Leitoso) – Inicio do teste 19/05/09 – 12:20 Horas.

INÍCIO 1ª titulação 2ª titulação 3ª titulação 4ª titulação 5ª titulação

data 19/5/2009 19/5/2009 19/05/09 19/5/2009 20/5/2009 20/5/2009

horário 12:20 13:49 15:20 17:20 09:40 15:40

utilizando a solução nº 1 2 2 2 2

DELTA t 0 01:29 01:31 02:00 16:20 6:00

minutos 20 49 20 20 40 40

horas 12 13 15 17 9 15

Tempo acum. 0,000 1,483 3,000 5,000 21,333 27,333

Volume (mL) V1 = 34,05 34,40 34,20 14,70 25,60

HCl 0,05 M V2=  34,00 34,30 34,30 14,35 25,70

gasto na Vmédio= 34,03 34,35 34,25 14,53 25,65

titulação. Vacumulado (mL) = 0,00 34,03 68,38 102,63 117,15 142,80

6ª titulação 7ª titulação 8ª titulação 9ª titulação 10ª titulação 11ª titulação 12ª titulação

Data 20/5/2009 21/5/2009 21/5/2009 21/5/2009 22/5/2009 22/5/2009 23/5/2009

Horario 20:40 10:25 16:20 21:40 09:30 20:30 13:00

Utilizando a solução n°

3 3 4 4 4 5 5

DELTA t 20:40 13:45 05:55 05:20 11:50 11:00 16:30

Minutos 40 25 20 40 30 30 0

Horas 20 10 16 21 9 20 13

Tempo acum. 20,667 34,417 40,333 45,667 57,500 68,500 85,000

V1 26,15 6,50 25,50 21,90 14,90 16,20 20,20

V2 26,00 6,60 25,95 22,10 14,60 16,40 20,10

Vmédio 26,08 6,55 25,73 22,00 14,75 16,30 20,15

V Acum. (ml) 26,08 32,63 58,35 80,35 95,10 111,40 131,55

PHB-V (cristalino) ( 25,203g) – Inicio do teste 19/05/09 – 12:50 Horas.

INÍCIO 1ª titulação 2ª titulação 3ª titulação 4ª titulação 5ª titulação

data 19/5/2009 19/5/2009 19/05/09 19/5/2009 20/5/2009 20/5/2009

horário 12:50 14:12 15:40 17:30 09:45 15:30

utilizando a solução nº 1 1 1 2 2

DELTA t 0 0 01:22 01:28 01:50 16:15

minutos 50 12 40 30 45 30

horas 12 14 15 17 9 15

Tempo acum. 0,000 1,367 2,833 4,667 20,917 26,667

Volume (mL) V1 = 32,30 34,70 35,10 17,50 25,70

HCl 0,05 M V2=  32,20 34,50 34,15 17,45 25,90

gasto na Vmédio= 32,25 34,60 34,63 17,48 25,80

titulação. Vacumulado (mL) = 0,00 32,25 66,85 101,48 118,95 144,75

6ª titulação 7ª titulação 8ª titulação 9ª titulação 10ª titulação 11ª titulação 12ª titulação

Data 20/5/2009 21/5/2009 21/5/2009 21/5/2009 22/5/2009 22/5/2009 23/5/2009

Horario 20:50 10:30 16:25 21:30 10:00 20:20 13:10

Utilizando a solução n°

3 3 4 4 4 5 5

DELTA t 05:20 13:40 05:55 05:05 12:30 10:20 16:50

Minutos 50 30 25 30 0 20 10

Horas 20 10 16 21 10 20 13

Tempo acum. 32,000 45,667 51,583 56,667 69,167 79,500 96,333

V1 27,50 19,90 29,00 29,10 18,90 23,90 21,90

V2 27,45 19,30 28,80 29,15 19,00 24,00 22,20

Vmédio 27,48 19,60 28,90 29,13 18,95 23,95 22,05

V Acum. (ml) 172,23 191,83 220,73 249,85 268,80 292,75 314,80

PLA (12,039g) / PHB -V (12,030g) – Inicio do teste 19/05/09 – 14:20 Horas.

INÍCIO 1ª titulação 2ª titulação 3ª titulação 4ª titulação 5ª titulação

data 19/5/2009 19/5/2009 19/05/09 20/5/2009 20/5/2009 20/5/2009

horário 14:20 15:40 17:40 09:50 15:30 21:00

utilizando a solução nº 1 1 2 2 2

DELTA t 0 0 01:20 02:00 16:10 05:40

minutos 20 40 40 50 30 0

horas 14 15 17 9 15 21

Tempo acum. 0,000 1,333 3,333 19,500 49,167 54,667

Volume (mL) V1 = 36,90 35,50 35,50 31,90 32,90

HCl 0,05 M V2=  36,85 35,65 35,60 32,00 33,00

gasto na Vmédio= 36,88 35,58 3,00 31,95 32,95

titulação. Vacumulado (mL) = 0,00 36,88 72,45 75,45 107,40 140,35

6ª titulação 7ª titulação 8ª titulação 9ª titulação 10ª titulação 11ª titulação 12ª titulação

Data 21/5/2009 21/5/2009 21/5/2009 22/5/2009 22/5/2009 22/5/2009 23/5/2009

Horario 10:35 16:40 21:30 10:10 20:35 20:30 20:20

Utilizando a solução n°

3 3 4 4 4 5 5

DELTA t 13:35 06:05 04:50 12:40 10:25 23:55 23:50

Minutos 35 40 30 10 35 30 20

Horas 10 16 21 10 20 20 20

Tempo acum. 68,250 98,333 103,167 115,833 150,250 174,167 198,000

V1 26,60 33,50 29,70 31,00 33,50 16,20 34,90

V2 26,30 33,25 29,80 31,30 33,40 16,40 34,50

Vmédio 26,45 33,38 29,75 31,15 33,45 16,30 34,70

V Acum. (ml) 166,80 200,18 229,93 261,08 294,53 310,83 345,53

Papelão ( 15,958g) – Inicio do teste 04/07/09 – 12:00 Horas.

INÍCIO 1ª titulação 2ª titulação 3ª titulação

data 4/7/2009 4/7/2009 4/7/2009 5/7/2009

horário 12:00 14:40 18:10 10:40

utilizando a solução nº 1 1 1 1

DELTA t 0 0 02:40 03:30

minutos 0 40 10 40

horas 12 14 18 10

Tempo acum. 0,000 2,667 6,167 22,667

Volume (mL)V1 = 32,50 30,70 17,20

HCl 0,05 MV2=  32,75 30,40 17,00

gasto na Vmédio= 32,63 30,55 17,10

titulação.Vacumulado (mL) = 0,00 32,63 63,18 80,28

4ª titulação 5ª titulação 6ª titulação 7ª titulação

Data 5/7/2009 6/7/2009 6/7/2009 7/7/2009

Horario 18:45 11:50 18:40 13:30

Solução N° 1 2 2 3

DELTA t 08:05 17:05 06:50 18:50

minutos 45 50 40 30

horas 18 11 18 13

Tempo acum. 30,750 47,833 54,667 73,500

V1 = 24,10 14,80 28,80 14,90

V2=  23,80 15,10 29,00 14,95

Vmédio= 23,95 14,95 28,90 14,93

Vacumulado (mL) = 104,23 119,18 148,08 163,00

Conclusão:

Os polímeros estudados neste experimento apresentam um grau de biodegradaçao alto, pois a geração de CO2 gerada de degradação dos mesmos e semelhante a quantidade de CO2 gerada na degradação do papelão que se trata de um material com grau de degradação alto e rápido.

Referências bibliográficas:www.sfc.fr: Production

www.ademe.fr : Les plastiques 

D. Rutot, Ph. Dubois-Les (bio)polymères biodégradables : l’enjeu de demain?, Chimie Nouvelle 86 (2004), 66-75

Directive 94/62/CEE : Emballage et déchets d’emballage

NARDIN, M. Revue des composites et des matériaux avancés,16, 1, 2006 pp. 49-62.

BUSNEL, F. ERIC, B. BAALEY, C. GROHENS, Y. Revue des composites et des matériaux avancés,16, 1, 2006 pp.75-87.

SÈBE, G. Revue des composites et des matériaux avancés,16, 1, 2006 pp. 89-100.

BRÉARD, J. BIZET, L. MONTRLAY, N. BALEY, C. Revue des composites et des matériaux avancés,16, 1, 2006 pp.101-103.

GOUANVÉ, F. MARAIS,S. MÉTAYER, M. MORVAN, C. PONCIN-EPAILLARD, F. Revue des composites et des matériaux

avancés,16, 1, 2006 pp. 115-128.

L. Averous-Biodegradable Multiphase Systems Based on Plasticized Starch, Journal of macromolecular science, Vol. C44, No. 3

(2004), 231-274

www.ademe.fr : Etude du marché des matériaux biodégradables

CCI Emballage info : Les emballages actifs (septembre 2003) 

www.ademe.fr : Biodégradabilité et matériaux polymères biodégradables