Elaboração e caracterização morfológica, propriedades mecânicas e de barreira de blendas de amido granular, modificado e poli (ácido lático)

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Agrárias, Programa de Pós-Graduação em Ciências dos Alimentos, Florianópolis, 2016.Uma alternativa para a produção de embalagens biodegradáveis é a utilização de biopolímeros como o amido termoplástico (TPS). O TPS é um polímero de baixo custo, biodegradável e de fonte renovável, porém os materiais produzidos a partir dele possuem propriedades mecânicas e de barreira à agua dependentes da umidade relativa do ambiente limitando sua aplicação. Uma alternativa consiste na elaboração de blendas poliméricas que modifiquem suas propriedades mecânicas e de barreira. Dentre os polímeros que vêm sendo utilizados para produzir blendas se destaca o poli (ácido lático) o qual apresenta propriedades mecânicas similares ao poli (tereftalato de etileno) (PET) e é biodegradável. As blendas de TPS e PLA são imiscíveis e fazem necessário o uso de compatibilizantes que atuem minimizando a tensão interfacial e aumentando a adesão entre as diferentes fases. Desta forma, o uso de amido modificado por ácido lático, na produção de TPS pode configurar uma alternativa viável na compatibilização de blendas de TPS e PLA. O objetivo deste estudo foi produzir blendas de TPS e PLA por extrusão termoplástica e caracteriza-las quanto à morfologia, cristalinidade e propriedades mecânicas e de barreira. Além de avaliar o efeito do ácido lático presente no amido de mandioca modificado como compatibilizante. Laminados foram obtidos a partir de blendas produzidas com diferentes amidos (modificado e granular) utilizando como matriz TPS ou PLA na proporção de 70/30 (m/m), elaborados em seis formulações. Os resultados indicam que todos os laminados em que a matriz utilizada foi o PLA apresentaram pouca adesividade na interface e a presença de grânulos de amido intactos. No entanto, observa-se para essa matriz, que quando utilizado amido modificado uma estrutura mais compacta e melhor adesividade de interface entre matriz e domínios é formada, diferente daqueles produzidos com amido granular. Para matriz TPS, os laminados apresentaram estrutura mais homogênea e compacta sem a presença de grânulos de amido. Entretanto, ficou evidente a presença de domínios de PLA, verificando uma redução no tamanho dos mesmos quando utilizado amido modificado na formulação. No que se refere à cristalinidade, observou-se que os laminados de matriz PLA apresentam dois picos de difração em 2?=14,3º e 2?=17º estando associados a dois efeitos: à cristalinidade do PLA e à cristalinidade residual tipo B do amido. Nos laminados de matriz TPS não foram observados picos de difração indicando um material predominantemente amorfo. Na avalição das propriedades de barreira (solubilidade em água, permeabilidade ao vapor de água e isotermas de sorção) observou-se que os laminados de matriz TPS foram mais higroscópicos, mais solúveis e permeáveis à agua que os laminados de matriz PLA. Por outro lado, nos laminados de matriz PLA, observou-se que a utilização de amido modificado diminuiu a higroscopicidade da blenda, comportamento associado à compatibilização promovida pela presença de ácido lático. A análise das propriedades mecânicas indicou que os laminados produzidos com matriz TPS apresentaram menores valores de tensão na ruptura (T), foram mais rígidos (Y) e apresentaram maior deformação na ruptura (%) que os laminados de matriz PLA. O uso do amido modificado nos laminados de matriz PLA resultou em aumento significativo dos valores de T e de Y e uma redução da deformação na ruptura (%). Conclui-se que o uso do amido modificado promoveu modificações nas das propriedades mecânicas e de barreira das blendas associado à presença de ácido lático que atuou como compatibilizante.Abstract : An alternative for the production of biodegradable packaging is the use of biopolymers as the thermoplastic starch (TPS). The TPS is a low-cost polymer, biodegradable and renewable, but the materials produced from it have mechanical and barrier properties to water dependent environmental relative humidity limiting its application. An alternative is the development of polymer blends to modify its mechanical and barrier properties. Among the polymers have been used to produce blends stands out poly (lactic acid) having mechanical properties similar to poly (ethylene terephthalate) (PET) and biodegradable. Blends of PLA and TPS are immiscible and the use of compatibilizers acting minimizing the interfacial tension and improving adhesion between the different phases are necessary. Thus, the use of modified starch by lactic acid in the production of TPS can configure a viable alternative in compatibilizing blends of PLA and TPS. The aim of this study was to produce blends of TPS and PLA by thermoplastic extrusion and characterized them as the morphology, crystallinity and mechanical and barrier properties. In addition to evaluating the effect of lactic acid present in starch modified as compatibilizer. Sheets were made from blends produced with different starches (modified and granulate) using as TPS or PLA matrix at a ratio of 70/30 (w/w), prepared in six formulations. The results indicate that all sheets wherein the matrix used was PLA exhibited little adhesion at the interface and the presence of intact starch granules. However, it is noted to this matrix, modified starch used when a more compact structure and improved adhesion between matrix and interphase domains are formed different from those produced with granular starch. For TPS matrix sheets were more homogeneous and compact structure without the presence of starch granules. However, it was evident the presence of PLA domains, verifying a reduction in the size thereof when used modified starch in the formulation. As regards crystallinity it was observed that the sheets have two PLA matrix diffraction peaks at 2? = 14,3º and 2? = 17 being associated with two effects: the crystallinity of the PLA and the type B residual crystallinity of the starch. In sheets TPS matrix were observed diffraction peaks indicating a predominantly amorphous material. In evaluating the barrier properties (water solubility, permeability to water vapor and sorption isotherms) revealed that the TPS sheets were more hygroscopic matrix, the more soluble and permeable to water the sheets PLA matrix. Moreover, in PLA sheets matrix, it was observed that the use of modified starch decreased hygroscopicity of the blend, the compatibilizing behavior associated promoted by the presence of lactic acid. The analysis indicated that mechanical properties of the sheets produced with TPS matrix had lower tensile strength (T) were more rigid (Y) and a higher fracture strain (%) of the sheet PLA matrix. The use of modified starch in the PLA matrix sheets resulted in a significant increase in the values of T and Y and a reduction of fracture strain (%). It follows that the use of modified starch produced changes in the mechanical and barrier properties of the blends associated with the presence of lactic acid served as a compatibilizer