Nome do Projeto
Obtenção e caracterização de filmes de nanocompósitos biodegradáveis a base de amido
Ênfase
Pesquisa
Data inicial - Data final
01/07/2020 - 23/12/2022
Unidade de Origem
Coordenador Atual
Área CNPq
Engenharias
Resumo
O presente projeto tem objetivo desenvolver nanocompósitos em que serão preparados filmes biodegradáveis à base de amido de mandioca, incorporados com nanocelulose extraída de resíduo de coroa de abacaxi para aplicação em embalagens. Como primeira etapa será realizada a extração da celulose a partir da coroa do abacaxi por tratamento alcalino seguido de branqueamento. A partir da celulose obtida será extraída a nanocelulose através de hidrólise ácida. Os filmes serão produzidos por casting, que consistirá em uma solução formadora de filme a partir do amido de mandioca, glicerol e da nanocelulose. Serão utilizadas as concentrações de 0,1, 0,3 e 0,5% em massa de nanocelulose. As fibras, a celulose e as nanopartículas de celulose serão caracterizadas por análise termogravimétrica (TGA), difração de raios-X (DRX) e espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier (FTIR). Todos os filmes obtidos serão caracterizados quanto às propriedades mecânicas (ensaio de tração), de barreira (permeabilidade ao oxigênio e ao vapor d’água), estabilidade térmica, avaliação morfológica por Microscopia Eletrônica de Varredura e avaliação de biodegradabilidade.

Objetivo Geral

Este trabalho tem como objetivo desenvolver e caracterizar filmes biodegradáveis à base de amido de mandioca, incorporados com nanocelulose extraída de resíduo de coroa de abacaxi para aplicação em embalagens.

Justificativa

O descarte indevido de polímeros sintéticos acabou se tornando destaque em diversos problemas ambientais, principalmente a indústria de embalagens, em que muitas vezes o tempo de utilização da mesma é curto e acaba gerando grande volume de resíduos. Com a crescente degradação do meio ambiente, sente-se a necessidade de buscar alternativas sustentáveis para a utilização de materiais de forma mais consciente. Sendo assim, este trabalho busca enaltecer o uso de polímeros biodegradáveis e de fonte renovável, como também a utilização de resíduos para aplicações tecnológicas. A produção de embalagens biodegradáveis vem despertando um grande interesse devido à grande procura por alimentos de qualidade, às preocupações ambientais relacionadas ao descarte indevido de polímeros sintéticos e também às oportunidades de criação de novos mercados e tecnologias de filmes a partir de produtos agrícolas. Estes materiais biodegradáveis vêm sendo visados devido ao fato de ao final de sua vida útil são degradados pela ação de bactérias ou fungos, sem deixar nenhum tipo de resíduo nocivo ao ambiente, fechando totalmente seu ciclo biológico. Um material muito utilizado em embalagens biodegradáveis é o amido, por apresentar múltiplas vantagens, dentre elas destacam-se o baixo custo, versatilidade e por ser uma matéria prima renovável, apresentando potencial para aplicação em produtos [1].
Além disso, o Brasil conta com uma grande quantidade de resíduos agroindustriais, sendo necessária a utilização destes resíduos em aplicações tecnológicas, exaltando seu potencial econômico. Dentre estes resíduos destaca-se a coroa do abacaxi. De acordo com o IBGE (Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística) [2], o Brasil ocupa o segundo lugar em cultivo de abacaxi no mundo, correspondente a 1,62 milhão de tonelada desta fruta. Sabe-se que diversas partes do abacaxi acabam não sendo utilizadas, como a sua coroa e se tornam um resíduo. A coroa do abacaxi apresenta altos teores de celulose, além de ser pouco explorada, sendo interessante a exploração deste tipo de subproduto para o desenvolvimento de materiais dinâmicos e tecnológicos.
Portanto, a partir deste contexto, este projeto tem como propósito desenvolver nanocompósitos biodegradáveis com matriz de amido reforçados com nanopartículas de celulose obtidas através da coroa do abacaxi. Por fim, é de interesse que os filmes sejam aplicados em embalagens sustentáveis biodegradáveis que possam ser uma alternativa preventiva e que reduza os impactos causados pelo descarte impróprio de embalagens tradicionais no meio ambiente.

Referências:
[1] LANDIM, A. P. M.; BERNARDO, C. O.; MARTINS, I. B. A.; FRANCISCO, M. R.; SANTOS, M. B.; DE MELO, N. R. Sustentabilidade quanto às embalagens de alimentos no Brasil. Polímeros: Ciência e Tecnologia, v.26, p. 82-92, 2016.
[2] IBGE - INSTITUTO BRASILEIRO DE GEOGRAFIA E ESTATÍSTICA. Levantamento
sistemático da produção agrícola. Rio de Janeiro, v.30, n.9, p.7-8, 2018.

Metodologia

A metodologia será dividida em duas etapas:

1) Obtenção de nanocelulose a partir de coroa do abacaxi
As folhas de coroa de abacaxi serão desbastadas, lavadas e secas em estufa a 65°C durante 48 horas. Após a secagem, as mesmas serão moídas em um moinho de facas. As fibras serão tratadas por uma solução de hidróxido de sódio com concentração de 5%, onde ficarão em contato com a solução durante 4 h, a 80 °C sob agitação mecânica. Em seguida, serão lavadas e filtradas em água destilada, até que a solução final atinja o pH 7, removendo qualquer resíduo de NaOH. As fibras tratadas serão secas em estufa a 50 °C durante 12 h. Após este tratamento o material será branqueado utilizando o hipoclorito de sódio, realizado a 80 °C por 4 h. Novamente o material será lavado até atingir o pH neutro e seco em estufa a 50 °C por 12 h.

Após os tratamentos químicos, a celulose obtida será moída e utilizada para a obtenção de nanocelulose por hidrólise ácida. Para cada grama de celulose se utilizará 20 mL de ácido sulfúrico. A hidrólise será realizada a 45 °C durante 1 h sob agitação. Imediatamente após este período, a suspensão será diluída em água fria para interromper a reação de hidrólise e centrifugada durante 10 minutos. O precipitado é dialisado com água para remover os resíduos de ácido sulfúrico, até obter o pH da água utilizada. Em seguida, a suspensão de nanocelulose obtida pelo processo de diálise será colocada em ultrassom durante 10 minutos e armazenada em um refrigerador a 4 °C

As fibras, a celulose e a nanocelulose obtidas serão caracterizados por FTIR, TGA e DRX.

2) Obtenção dos nanocompósitos
Após obtenção da nanocelulose serão preparados os filmes. Será utilizada a metodologia de obtenção de filmes por casting, que consistirá no preparo de 4,0 g de amido e 1,1 g de glicerol dispersos em 100 ml de água destilada, a solução será agitada em banho termostático até 72 ºC para que ocorra a gelatinização do amido com posterior resfriamento até 58 ºC. A nanocelulose será adicionada em diferentes concentrações (0,1%, 0,3%, 0,5%).

Os filmes obtidos serão caracterizados por ensaios mecânicos, análises térmicas, microscopia eletrônica de varredura e testes de biodegradabilidade.




Indicadores, Metas e Resultados

Espera-se obter ao término do projeto filmes com boa propriedades mecânicas, térmicas e de barreira ao vapor d'água e moléculas de oxigênio.

Os trabalhos desenvolvidos serão apresentados em eventos científicos, publicados em anais de congressos e serão elaborados também artigos científicos para serem publicados em revistas da área de materiais poliméricos e embalagens.

Equipe do Projeto

NomeCH SemanalData inicialData final
ALEXANDRA AUGUSTA REICHERT
AMANDA DANTAS DE OLIVEIRA16
GABRIEL MONTEIRO CHOLANT
KÁSSIA PEÇANHA VIEIRA
LUÍS GUSTAVO DE ANDRADE MANCILHA RODRIGUES VERDELLI
MARIANA RIBAS DE SÁ
MARIANE WEIRICH BOSENBECKER
VITOR FERNANDES DA SILVA

Fontes Financiadoras

Sigla / NomeValorAdministrador
CAPES / Coordenação de Aperfeiçoamento de Nível SuperiorR$ 1.547,65Coordenador
CAPES / Coordenação de Aperfeiçoamento de Nível SuperiorR$ 2.574,30Coordenador

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