Processing of thermoplastic starch and PBAT blends assisted by solid-state shear pulverization

The use of biodegradable materials arise as a potential alternative for reducing environmental polution. For being found in abundance, low cost, biodegradable and provided from renewable source, starch has been a material of growing researches. Due to its low mechanical properties, high moisture absorption and recrystallization after storage, its use is limited. In this work, thermoplastic starch (TPS) blends with biodegradable polyester Poly(butylene adipate-co-terephthalate) (PBAT) were produced assisted by Solid-State Shear Pulverization (SSSP). The starch was plasticized in the presence of glycerol (25 starch wt%) and water (10 wt%) and processed under various PBAT contents (50, 60, 70 and 80 wt% of TPS). After blending, films were obtained by extrusion. The films were then evaluated for their processability, such as feeding, material handling, visual aspect and water absorption. Their thermomechanical properties were also evaluated by Dynamical-Mechanical Thermal Analysis (DMTA) and tensile strength. Its crystallinity and retrogradation were measured by X-Ray Diffraction (XRD) and its morphology observed by Scanning Electron Microscopy (SEM) and Polarized Optical Microscopy (POM). The SSSP processing step presented greater processability and material handling, with a better visual aspect. For high content starch blends (70 and 80 wt%), techniques showed similar mechanical properties, such as tensile strength, and water absorption. For low starch content (50 and 60wt%), materials produced by conventional extrusion presented higher mechanical properties, such as elongation, and lower water absorption. Both materials showed increased crystallinity over time. It was possible to observe native starch granules in both techniques’ steps, indicating low plasticizing degree.Não recebi financiamentoO uso de materiais biodegradáveis surge como uma promissora alternativa para a diminuição da poluição ambiental. Por ser encontrado em abundância na natureza, possuir baixo custo, ser biodegradável e proveniente de fonte renovável, o amido tem sido um material de crescente estudo. Devido às baixas propriedades mecânicas, alta absorção de umidade e recristalização após armazenagem, o uso de amido termoplástico é limitado. Blendas de amido termoplástico e Poli(butileno adipato-co-tereftalato) (PBAT) foram produzidas com auxílio da Pulverização por Cisalhamento no Estado Sólido (S³P). O amido foi plastificado (TPS) na presença de glicerol (25%, em massa de amido) e água (10%, em massa do total), e processado em diversas composições com PBAT (50, 60, 70 e 80% em massa total de TPS). Posteriormente, foram obtidos filmes através de extrusão plana. Os filmes foram avaliados por sua processabilidade, manuseio, aspecto visual e absorção de umidade. Suas propriedades termomecânicas foram avaliadas através de ensaio de tração e análise térmica dinâmico-mecânica (DMTA). Sua cristalinidade e retrogradação foram avaliadas por difração de raios-X (DRX) e sua morfologia através de microscopia eletrônica de varredura (MEV) e por microscópio óptico de luz polarizada (MOLP). A rota de processamento com S³P apresentou maior processabilidade e manuseio dos materiais, aliado à um melhor aspecto visual. Para altas quantidades de amido (70 e 80%, em massa total), as técnicas apresentaram resultados de propriedade mecânica e absorção de umidade semelhantes. Para baixas quantidades (50 e 60%, em massa total), os materiais produzidos por extrusão apresentaram propriedades mecânicas superiores, tais como, alongamento na ruptura e resistência à tração, e menor absorção de umidade. Ambos materiais apresentaram aumento de cristalinidade com o tempo. Foi possível observar também, a presença de grânulos nativos de amido, indicando baixa plastificação em ambas as técnicas