“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.

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 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 19/05/09 20/5/2009 horário 12:20 13:49 15:20 17:20 09:40 15:40 utilizando a solução nº 1 2 DELTA t 01:29 01:31 02:00 16:20 6:00 minutos 20 49 40 horas 12 13 15 17 9 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 14,35 25,70 gasto na Vmédio= 34,03 34,35 34,25 14,53 25,65 titulação. Vacumulado (mL) = 0,00 68,38 102,63 117,15 142,80 6ª titulação 7ª titulação 8ª titulação 9ª titulação 10ª titulação 11ª titulação 12ª titulação Data 21/5/2009 22/5/2009 23/5/2009 Horario 20:40 10:25 21:40 09:30 20:30 13:00 Utilizando a solução n° 3 4 5 13:45 05:55 05:20 11:50 11:00 16:30 Minutos 25 30 Horas 10 16 21 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) 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 19/05/09 20/5/2009 horário 12:50 14:12 15:40 17:30 09:45 15:30 utilizando a solução nº 1 2 DELTA t 01:22 01:28 01:50 16:15 minutos 50 12 40 30 45 horas 14 15 17 9 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 66,85 101,48 118,95 144,75 6ª titulação 7ª titulação 8ª titulação 9ª titulação 10ª titulação 11ª titulação 12ª titulação Data 21/5/2009 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 4 5 05:20 13:40 05:55 05:05 12:30 10:20 16:50 Minutos 25 20 10 Horas 16 21 13 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 19/05/09 20/5/2009 horário 14:20 15:40 17:40 09:50 15:30 21:00 utilizando a solução nº 1 2 DELTA t 01:20 02:00 16:10 05:40 minutos 20 40 50 30 horas 14 15 17 9 21 Tempo acum. 0,000 1,333 3,333 19,500 49,167 54,667 Volume (mL) V1 = 36,90 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 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 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 4 5 13:35 06:05 04:50 12:40 10:25 23:55 23:50 Minutos 35 10 Horas 16 68,250 98,333 103,167 115,833 150,250 174,167 198,000 V1 26,60 33,50 29,70 31,00 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 5/7/2009 horário 12:00 14:40 18:10 10:40 utilizando a solução nº 1 DELTA t 02:40 03:30 minutos 40 10 horas 12 14 18 Tempo acum. 0,000 2,667 6,167 22,667 Volume (mL) V1 = 32,50 30,70 17,20 HCl 0,05 M V2=  32,75 30,40 17,00 gasto na Vmédio= 32,63 30,55 17,10 titulação. Vacumulado (mL) = 0,00 63,18 80,28 4ª titulação 5ª titulação 6ª titulação 7ª titulação Data 6/7/2009 7/7/2009 Horario 18:45 11:50 18:40 13:30 Solução N° 2 3 08:05 17:05 06:50 18:50 45 50 30 11 13 30,750 47,833 54,667 73,500 24,10 14,80 28,80 14,90 23,80 15,10 29,00 14,95 23,95 28,90 14,93 104,23 119,18 148,08 163,00

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.

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