Estudo das propriedades de nanocompósitos amido/montmonirolita utilizando óleos vegetais como plastificantes

Abstract

A preocupação com o desenvolvimento sustentável tem levado muitos pesquisadores a buscar alternativas para plásticos de vida útil curta. O amido é um dos candidatos mais promissores para o desenvolvimento de novos materiais, por ser renovável, barato e biodegradável. Porém, os filmes de amido são sensíveis à umidade e possuem baixa resistência mecânica. O amido acetilado apresenta maior estabilidade e menor absorção de umidade do que o amido nativo, e pode ser transformado em um termoplástico através da desestruturação e plastificação. Os óleos de buriti (OB), macaúba (OM) e pequi (OP), oriundos do Cerrado brasileiro, foram utilizados como plastificantes nessa pesquisa. As propriedades mecânicas dos filmes de amido podem ser melhoradas através da incorporação de nanocargas, como a montmorilonita (MMT), formando nanocompósitos. A MMT possui elevada área superficial e há possibilidade de intercalação e/ou delaminação das suas camadas pela matriz polimérica. A MMT também pode ser tratada com modificadores orgânicos para melhorar a interação com o polímero. A MMT e a MMT organofilizada (MMT-O) com um sal quaternário de amônio, foram caracterizadas por diversas técnicas para comprovar a eficiência da modificação. Testes de inchamento mostraram que a MMT possui melhor interação com a água, e a MMT-O possui inchamento superior em solventes orgânicos. Foi encontrado teor de umidade médio de 15% para a MMT e 4% para a MMT-O. A FRX indicou a presença de bromo na MMT-O. A MMT-O apresentou, por DRX, um aumento na distância interlamelar, quando comparada com a MMT, confirmando a organofilização. Os amidos termoplásticos (TPS) foram produzidos com amido acetilado e OB, OM e OP, e as caracterizações realizadas indicaram que o TPSOP apresentou menor Ta, menor absorção de água e maior estabilidade térmica, ou seja, o OP se comportou como um plastificante mais eficiente para o TPS, promovendo melhor interação com o amido acetilado. Foram preparados nanocompósitos a partir do TPSOP, com 1, 3, 5 e 10% de MMT ou MMT-O. Os difratogramas de DRX indicaram que a adição de menores quantidades da argila (até 5%) ao TPSOP levou à formação de nanocompósitos delaminados, e maiores quantidades de argila favoreceram a intercalação. Os espectros de UV-Vis mostraram que os materiais com 1 e 3% de MMT-O são transparentes, apresentando maior quantidade de radiação transmitida do que o TPSOP. Os nanocompósitos absorveram menos água do que o TPSOP puro, sendo que os materiais com MMT-O absorveram uma quantidade um pouco menor de água do que os com MMT. O TPSOP com 1% de MMT-O apresentou um aumento de aproximadamente 15 ºC em sua estabilidade térmica, por TG/DTG, em relação ao TPSOP puro. O estudo cinético da decomposição térmica mostrou que houve aumento do valor da Ea, em relação ao TPSOP puro, independentemente do teor de argila. De acordo com os dados de TMA, a adição de menores teores de argila aumentou a resistência termomecânica do TPSOP. De modo geral, os resultados das técnicas de caracterização sugeriram que a argila MMT-O possui melhor interação com o amido acetilado, e que o TPSOP1MO apresentou os melhores resultados para as propriedades térmicas, mecânicas e de barreira. _________________________________________________________________________________ ABSTRACT

Sustainable development concerns have led many researchers to study alternatives to plastics with short life time. Starch has been considered one of the most promising candidates as a new material because it is renewable, inexpensive and biodegradable. However, starch films present high moisture sensitivity and poor mechanical properties. Acetylated starch is more stable and less sensitive to water absorption than the native one. It and can be transformed into a thermoplastic after disruption and plasticization of native starch. In this study, buriti (OB), macauba (OM) and pequi (OP) oils obtained from the Brazilian Cerrado were applied as plasticizers in this study. The mechanical properties of the films were improved through the incorporation of nanoclays, such as montmorillonite (MMT), to generate nanocomposites. MMT clay has a high surface area and it is possible to observe that polymer intercalation and/or exfoliation occurred into the silicate galleries. The MMT was also modified with log-chain organic cations to improve the interaction with the polymer. MMT and organophilic MMT (MMT-O) were characterized by several techniques to prove the efficiency of modification. Swelling tests showed that MMT had better interaction with water, and MMT-O had greater swelling in organic solvents. The average moisture content was 15% to MMT and 4% to MMT-O. XRF indicated the presence of bromine in MMT-O. By XRD, the MMT-O showed an increase in the interlayer distance compared with MMT, confirming the MMT organophilization. Thermoplastic starches (TPS) were produced with acetylated starch and OB, OM or OP. Characterization techniques applied for TPSOP indicated that Ta value decreases, water absorption decreases and thermal stability increases, i.e., OP is a more efficient plasticizer for TPS, providing a better interaction with acetylated starch. Nanocomposites were prepared from TPSOP with 1, 3, 5 and 10 wt% of MMT or MMT-O. XRD diffractograms indicated that the addition of smaller amounts of clay ( 5 wt%) to TPSOP led to the formation of delaminated nanocomposite, but larger amounts of clay facilitated the formation of intercalated ones. UV-Vis analysis showed that the materials at 1 and 3% of MMT-O are transparent, with a higher amount of radiation transmitted than TPSOP. Nanocomposites absorbed less water than pure TPSOP, and TPS/MMT-O nanocomposites absorbed a smaller amount of water than TPS/MMT. TPSOP with 1% of MMT-O showed an increase of approximately 15 ºC in thermal stability by TG/DTG, compared to pure TPSOP. A kinetic study of the thermal decomposition showed an increase in the Ea value, when compared to pure TPSOP, regardless of clay content. According to the TMA data, the addition of small amounts of clay increased the thermomechanical strength of TPSOP. The results obtained suggested that the MMT-O clay has better interaction with acetylated starch, and the addition of 1 wt% of MMMT-O enhanced the thermal, mechanical and barrier properties of this material.