Nome do Projeto
DESENVOLVIMENTO DE FILMES DE NANOCOMPÓSITOS DE PEBD-VERDE INCORPORADOS COM NANOCRISTAIS DE CELULOSE E TANINO
Ênfase
Pesquisa
Data inicial - Data final
11/08/2025 - 17/08/2028
Unidade de Origem
Coordenador Atual
Área CNPq
Engenharias
Resumo
Atualmente a indústria de embalagens é uma das maiores fontes de poluição de resíduos. O uso crescente de recipientes ou embalagens de alimentos descartáveis, juntamente com a má gestão de resíduos plásticos ou a sua eliminação, tem gerado problemas ambientais graves uma vez que estes materiais não são biodegradáveis e durante o seu processo de obtenção, que é realizado a partir do petróleo, é emitido para atmosfera dióxido de carbono, um dos principais causadores do efeito estufa. Assim, na era do descarte, a degradabilidade dos polímeros utilizados como embalagens representa um aspecto de fundamental importância. O desenvolvimento de embalagens ecológicas, de alto desempenho e com boas propriedades de barreira pode ser alcançado pelo desenvolvimento de novos polímeros com boas propriedades de biodegradação ou ainda melhorando a degradabilidade dos polímeros existentes. Este último requisito é um dos eixos centrais do presente projeto. Prende-se neste trabalho incorporar uma carga híbrida composta por nanocristais de celulose (NCC) e tanino em uma matriz de polietileno verde de baixa densidade (PEBD-verde) através da técnica de extrusão com o objetivo de acelerar a degradação deste polímero, uma vez que estas cargas são biodegradáveis, e ao mesmo tempo desenvolver uma embalagem sustentável, com boas propriedades de barreira a gases e com características antioxidantes devido a presença do tanino. Os nanocristais de celulose serão extraídos da casca de arroz, um resíduo agrícola que traz sérios transtornos ao meio ambiente quando descartado sem os controles adequados. Já os taninos são antioxidantes fenólicos naturais que podem ser utilizados em embalagens, reduzindo o conteúdo de oxigênio no interior das mesmas, causando então um efeito no controle das reações de oxidação, prolongando, com isso, o tempo de prateleira dos alimentos. Serão preparados filmes de nanocompósitos utilizando uma carga híbrida de nanocristais de celulose e tanino, variando a concentração de tanino da mistura (1 e 3% em massa) e mantendo-se fixa a concentração de nanocristais (5%). A influência da concentração do tanino e da incorporação dos NCCs nas propriedades térmicas, mecânicas e de barreira do PEBD-verde, bem como sobre a sua taxa de degradação e características antioxidantes serão investigadas.

Objetivo Geral

O presente projeto traz como objetivo geral o desenvolvimento de filmes com características antioxidantes de nanocompósitos poliméricos utilizando como matriz polimérica o polietileno verde de baixa densidade (PEBD-verde) e como agente de reforço uma carga híbrida de tanino e nanocristais de celulose (NCC), para aplicação no setor de embalagens.

Justificativa

O presente projeto busca então desenvolver filmes de nanocompósitos poliméricos a partir do polietileno verde de baixa densidade (PEBD-verde) e é justificado por: (i) desenvolver um material alternativo e sustentável, similar às embalagens consumidas em larga escala, porém sem causar o mesmo impacto ambiental; (ii) aumentar as propriedades de barreira de embalagens pela incorporação dos nanocristais de celulose e tanino; (iii) melhorar o aproveitamento da casca de arroz, através do aproveitamento da celulose contida neste resíduo agroindustrial.

Metodologia

- Como matriz polimérica será utilizado o polietileno verde de baixa densidade da linha I’m greenTM, fornecido pela Petroquímica Braskem, o qual é conhecido comercialmente como resina SLD4004.
- A casca de arroz (CA) que será utilizada foi doada pela empresa Cerealista Polisul, localizada na cidade de Pelotas/RS. A casca será utilizada na forma de um pó fino e será caracterizada durante o desenvolvimento deste trabalho.
- O pó de tanino utilizado foi obtido através da árvore Acácia mearnsii (Acácia Mimosa) e fornecido pela empresa Tanac Weibull.

O trabalho será realizado em três etapas, conforme descrito abaixo.
Etapa 1: Obtenção dos nanocristais de celulose.
Etapa 2: Extrusão dos nanocompósitos e dos filmes.
A segunda etapa do trabalho consiste na preparação dos nanocompósitos poliméricos e obtenção dos filmes. Os nanocompósitos serão obtidos através da mistura no estado fundido em uma extrusora de rosca simples, MR.16:26.AX, L/D 26, da AX Plásticos. Será utilizada uma rotação da rosca de 120 rpm e o perfil de temperatura de 185ºC /190ºC /200 ºC, nas zonas 1, 2 e 3, respectivamente.
Os nanocompósitos serão preparados utilizando uma carga híbrida de nanocristais de celulose e tanino, variando a concentração de tanino da mistura (1 e 3% em massa) e mantendo-se fixa a concentração de nanocristais (5%). Adicionalmente, o PEBD-verde também será processado nas mesmas condições para ser utilizado como referência.
Extrusão dos filmes
Após incorporação da carga híbrida na matriz polimérica serão preparados os filmes tubulares uniaxiais de PEBD-verde e dos nanocompósitos. Os filmes serão produzidos em uma extrusora de rosca única da AX Plásticos, acoplada a uma matriz tubular, em escala laboratorial, com três zonas de aquecimento variando-se de 190 a 220ºC.
Etapa 3: Caracterização das amostras
As amostras serão caracterizadas por microscopia eletrônica de varredura, ensaio mecânico (tração) e análises térmicas.

Indicadores, Metas e Resultados

Este projeto tem como objetivo a obtenção de um filme com grandes atrativos para a indústria de embalagens de alimentos. No que diz respeito às metas, pretende-se nesse projeto contribuir com resultados relevantes para essa área de conhecimento. Estudos sobre filmes de nanocompósitos com matriz de polietileno convencional na presença de outras cargas (como as argilas, por exemplo) já são amplamente divulgados na literatura. Entretanto, nenhum estudo avalia ainda o efeito de uma carga híbrida de NCCs e tanino nas propriedades de filmes de nanocompósitos com matriz de PEBD-verde.
A escolha de reforçar a matriz de PEBD-verde por meio da adição de nanocristais de celulose é uma tecnologia promissora, porém não está consolidada quando se trata da preparação de filmes de nanocompósitos no estado fundido. A utilização dos nanocristais visa melhorar as propriedades de barreira à gases, bem como as propriedades mecânicas deste polímero.
Espera-se ao final do projeto chegar ao protótipo de uma embalagem otimizada, tanto em termos de formulação, quanto em termos de processo, com boas propriedades de barreira e de permeabilidade. Como resultados imediatos espera-se publicar artigos em revistas da área e de elevado fator de impacto, divulgar o projeto via apresentação dos diferentes estudos em congressos técnicos- científicos da área, formação de recursos humanos especializados nessa área aos níveis de iniciação científica, mestrado e doutorado.

Equipe do Projeto

NomeCH SemanalData inicialData final
AMANDA DANTAS DE OLIVEIRA6
André Lamounier Caixeta
CHIARA DAS DORES DO NASCIMENTO
CRISTIANE WIENKE RAUBACH1
EDUARDA VIEIRA SILVA
FERNANDA LANGONE
LUANA FREIRE RODRIGUES
MATEUS MENEGHETTI FERRER1
NAURIENNI DUTRA FREITAS
NEFTALI LENIN VILLARREAL CARRENO1
RENATA MORENO BUENO

Fontes Financiadoras

Sigla / NomeValorAdministrador
FAPERGS / Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado Rio Grande do SulR$ 80.010,00Coordenador

Plano de Aplicação de Despesas

DescriçãoValor
339030 - Material de ConsumoR$ 4.270,00
339014 - Diária Pessoa CivilR$ 1.600,00
449052 - Equipamentos e Material PermanenteR$ 74.140,00

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