Effects of rice hull addition on photodegradation and biodegradation of biopolymers in thermoplastified pectin

Authors

DOI:

https://doi.org/10.33448/rsd-v12i6.42221

Keywords:

Silica ; Rice husk; Photodegradation; Biodegradation; Natural polymers.

Abstract

The high consumption of synthetic plastics has brought several harmful impacts; thus, the development of biodegradable packaging becomes important and necessary. The production of biopolymers using compounds such as pectin and silica has shown great potential for application. Rice husk, as a complementary source of silica, is being used as a mechanical reinforcement. This study aimed to prepare and characterize pectin films incorporated with rice husk and silica, in order to improve their properties with a focus on photo and biodegradation. And so, to evaluate the effects of adding these components on water vapor permeability (WVP), mechanical properties, thickness, color, photodegradation and biodegradation. The films were characterized and the results showed that the addition of rice husk and silica caused the biopolymers to have a perceptible color difference to the human eye (∆E between 1.5 and 5.0). The samples were yellowish and reddish and with intermediate luminosity. The incorporation of rice husk and silica caused an increase in thickness and WVP. It was observed that with this addition, the tensile strength and elongation at break decreased, and the modulus of elasticity increased. The results showed that the films showed a high rate of biodegradation and a low rate of photodegradation, that is, they are able to resist the action of light without altering their biodegradation. Thus, it was possible to observe that the films of pectin and rice husk or pectin and silica have the feasibility of application in several areas.

References

Ammala, A., Bateman, S., Dean, K., Petinakis, E., Sangwan, P., Wong, S., Yuan, Q., Yu, L., Patrick, C., & Leong, K. (2011). An overview of degradable and biodegradable polyolefins. Progress in Polymer Science, 36(8), 1015-1049.

António, J., Tadeu, A., Marques, B., Almeida, J. A., & Pinto, V. (2018). Application of rice husk in the development of new composite boards. Construction and Building Materials, 176, 432-439.

Apolonio, P., Lima, J., Marinho, E., Nobrega, A., Freitas, J., & Martinelli, A. (2020). Produção de geopolímeros utilizando cinza da casca de arroz como fonte complementar de sílica. Cerâmica, 66, 172-178.

Araújo, B. A., de Freitas, L. S., Sarmento, K. K. F., Bezerra, V. R., de Lima, C. A. P., & de Medeiros, K. M. (2021). A aplicação de polímeros biodegradáveis como uma alternativa sustentável. Research, Society and Development, 10(9), e49010918248-e49010918248.

ASTM-D618. (2000). D618, Standard Practice for Conditioning Plastics for Testing, ASTM International, West Coshoshocken, PA.

ASTM-D882. (2002). Standard test methods for tensile, properties of thin plastic sheeting.

ASTM-E96/E96M. (2016). E96/E96M-16 Standard Test Methods for Water Vapor Transmission of Materials West Conshohocken. In: PA.

ASTM. (2003). G160-03: standard pratice for evaluating microbial susceptibility of nonmetallic materials by laboratory soil burial. American Society for Testing and Materials, West Conshohocken, PA.

Canevarolo Júnior, S. (2003). Análise térmica dinâmico-mecância. Técnicas de Caracterização de Polímeros. São Paulo: Artliber Editora, 263-284.

Carvalho, R. A., Santos, T. A., de Oliveira, A. C. S., de Azevedo, V. M., Dias, M. V., Ramos, E. M., & Borges, S. V. (2019). Biopolymers of WPI/CNF/TEO in preventing oxidation of ground meat. Journal of Food Processing and Preservation, 43(12), e14269. https://doi.org/10.1111/jfpp.14269

Chaichi, M., Hashemi, M., Badii, F., & Mohammadi, A. (2017). Preparation and characterization of a novel bionanocomposite edible film based on pectin and crystalline nanocellulose. Carbohydrate Polymers, 157, 167-175.

Co-operation, O. f. E., & Development. (2022). Global Plastics Outlook: Policy Scenarios to 2060. OECD Publishing.

Correa, P. M. (2020). Concreto ambientalmente mais sustentável com inclusão de cinza de casca de arroz sem controle de queima e polipropileno pós-consumo.

da Silva, J. O., Barros, S. V. A., Dantas, G. C. B., & Pimentel, P. M. (2020). Caracterização da cinza da casca de arroz visando aplicação na confecção de materiais alternativos para construção civil. Revista de Ciências Ambientais, 14(1), 17-23.

de Andrade Feitosa, B. (2015). Estudo das propriedades térmicas e morfológicas de filmes poliméricos produzidos com sílica proveniente das cinzas da casca do arroz.

de Camargo, L., Moreira, F., Marconcini, J., & Mattoso, L. (2013). Avaliação do efeito de plastificante induzido pelo glicerol em filmes de pectina reforçados com nanopartículas de Mg (OH) 2.

de Castro e Silva, P., de Oliveira, A. C., Pereira, L. A., Valquíria, M., Carvalho, G. R., Miranda, K. W., Marconcini, J. M., & Oliveira, J. E. (2020). Development of bionanocomposites of pectin and nanoemulsions of carnauba wax and neem oil pectin/carnauba wax/neem oil composites. Polymer Composites, 41(3), 858-870.

de Oliveira, A. C. S., Ferreira, L. F., de Oliveira Begali, D., Ugucioni, J. C., de Sena Neto, A. R., Yoshida, M. I., & Borges, S. V. (2021). Thermoplasticized Pectin by Extrusion/Thermo-Compression for Film Industrial Application. Journal of Polymers and the Environment. https://doi.org/10.1007/s10924-021-02054-0

de Oliveira Begali, D., Ferreira, L. F., de Oliveira, A. C. S., Borges, S. V., de Sena Neto, A. R., de Oliveira, C. R., Yoshida, M. I., & Sarantopoulos, C. I. G. L. (2021). Effect of the incorporation of lignin microparticles on the properties of the thermoplastic starch/pectin blend obtained by extrusion. International Journal of Biological Macromolecules, 180, 262-271. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2021.03.076

De Souza, M., Magalhães, W., & Persegil, M. (2002). Silica derived from burned rice hulls. Materials Research, 5, 467-474.

Della, V. P., Kühn, I., & Hotza, D. (2005). Reciclagem de resíduos agro-industriais: Cinza de casca de arroz como fonte alternativa de sílica. Cerâmica Industrial, 10(2), 22-25.

Donati, N. (2022). Desenvolvimento de compósitos biodegradáveis à base de amido de mandioca e cinza da casca de arroz revestidos com os polímeros biodegradáveis PLA e PBAT.

dos Santos, T. A., de Oliveira, A. C. S., Lago, A. M. T., Yoshida, M. I., Dias, M. V., & Borges, S. V. (2021). Properties of chitosan–papain biopolymers reinforced with cellulose nanofibers. Journal of Food Processing and Preservation, n/a(n/a), e15740. https://doi.org/https://doi.org/10.1111/jfpp.15740

Fernandes, L., Sabino, M., & Rossetto, H. (2014). Método de extração de sílica da casca do arroz. Cerâmica, 60, 160-163.

Ferreira, D. F. (2014). Sisvar: a Guide for its Bootstrap procedures in multiple comparisons. Ciência e Agrotecnologia, 38(2), 109-112.

Franco, G. T. (2019). Desenvolvimento de filmes biodegradáveis baseados em pectina e nanofibras de celulose funcionalizadas.

Gamboa, V. S., Ries, L. A. d. S., & Gasparin, F. P. (2021). Aplicação da casca de arroz como bioadsorvente para remoção de CR (VI) em soluções aquosas diluídas. Simpósio sobre Sistemas Sustentáveis (6.: 2021:[On-line]). Anais: volume 1: artigos publicados como resumos. Toledo, PR: GFM, 2021.

Geuskens, G. (1975). Photodegradation of polymers. In Comprehensive Chemical Kinetics (Vol. 14, pp. 333-424). Elsevier.

Guimarães, M., Botaro, V. R., Novack, K. M., Teixeira, F. G., & Tonoli, G. H. D. (2015). High moisture strength of cassava starch/polyvinyl alcohol-compatible blends for the packaging and agricultural sectors. Journal of Polymer Research, 22(10), 192. https://doi.org/10.1007/s10965-015-0834-z

Hoffmann, R., Jahn, S., Bavaresco, M., & Sartori, T. (2002). Aproveitamento da cinza produzida na combustão da casca de arroz: estado da arte. Congresso Brasileiro de Energia.

Mateus, D. N., Santos, M. C. C., & PEREIRA, P. (2021). Produção e caracterização de compósitos obtidos a partir da incorporação de casca de arroz em blendas de polipropileno virgem e reciclado/Production and characterization of composites obtained from the incorporation of rice husk in virgin and recycled polypropylene bends. Brazilian Journal of Development, 7(9), 86910-86919.

Mattiello, N. A., Silva, C. R. L. D., Campos, G. S., & Carvalho, L. D. (2021). Inovações tecnológicas que buscam reduzir o problema gerado pelo lixo plástico: O uso de plásticos tem aumentado significativamente com o passar dos anos, bem como a poluição associada à ele. Portanto, uma análise criteriosa se torna necessária para buscar informações sobre o enfrentamento desse problema. Anais do Congresso Nacional Universidade, EAD e Software Livre.

Matuana, L. M., Kamdem, D. P., & Zhang, J. (2001). Photoaging and stabilization of rigid PVC/wood‐fiber composites. Journal of Applied Polymer Science, 80(11), 1943-1950.

Ministério do Meio Ambiente. (2005). Impacto das embalagens no meio ambiente. Retrieved June 15, 2023, from https://antigo.mma.gov.br/responsabilidade-socioambiental/producao-e-consumo-sustentavel/consumo-consciente-de-embalagem/impacto-das-embalagens-no-meio-ambiente.html

Moraes, N. F. d. S. (2020). Desenvolvimento de filmes sustentáveis à base de pectina extraída do albedo do pomelo (Citrus Grandis).

Nascimento, I. S., Santos, I. M., da Silva, M. G., & Machado, R. F. G. (2018). Reduzindo os impactos do consumo de plástico: canidinho biodegradável.

Oliveira, L., Alves, R., Sarantópoulos, C., Padula, M., Garcia, E., & Coltro, L. (1996). Ensaios para avaliação de embalagens plásticas flexíveis. Campinas: ITAL, CETEA.

Oliveira, N. L., Rodrigues, A. A., Oliveira Neves, I. C., Teixeira Lago, A. M., Borges, S. V., & de Resende, J. V. (2019). Development and characterization of biodegradable films based on Pereskia aculeata Miller mucilage. Industrial Crops and Products, 130, 499-510. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2019.01.014

Pachla, E. C. (2022). Análise da durabilidade de compósitos cimentícios leves com incorporação de casca de arroz.

Quispe, M. M., Lopez, O. V., & Villar, M. A. (2019). Oxidative degradation of thermoplastic starch induced by UV radiation.

Rabek, J. F. (2012). Polymer photodegradation: mechanisms and experimental methods. Springer Science & Business Media.

Ramos, E. M., & Gomide, L. A. M. (2017). Avaliação da qualidade de carne: fundamentos e metodologias Editora UFV, Viçosa, Minas Gerais, BR, 1.

Ribeiro, A. C. B. (2022). Filmes ativos de pectina e compostos fenólicos da casca da manga para aplicação em embalagens de alimentos.

Schneider, A., Silva, D., Garcia, M., Grigull, V., Mazur, L., Furlan, S., Aragao, G., & Pezzin, A. (2010). Biodegradation of poly (3-hydroxybutyrate) produced from Cupriavidus necator with different concentrations of oleic acid as nutritional supplement. Journal of Polymers and the Environment, 18, 401-406.

Steudner, S. H., Wiebeck, H., & Clemesha, M. D. R. (2004). Aproveitamento de resíduos da rizicultura (casca do arroz) em compósitos a base de polipropileno. ICTR/NISAM: livro de resumo.

Thakur, B. R., Singh, R. K., Handa, A. K., & Rao, M. (1997). Chemistry and uses of pectin—A review. Critical Reviews in Food Science & Nutrition, 37(1), 47-73.

Valadez-Gonzalez, A., & Veleva, L. (2004). Mineral filler influence on the photo-oxidation mechanism degradation of high density polyethylene. Part II: natural exposure test. Polymer Degradation and Stability, 83(1), 139-148.

Wei, L., Liang, S., & McDonald, A. G. (2015). Thermophysical properties and biodegradation behavior of green composites made from polyhydroxybutyrate and potato peel waste fermentation residue. Industrial Crops and Products, 69, 91-103.

Yalcin, N., & Sevinc, V. (2001). Studies on silica obtained from rice husk. Ceramics international, 27(2), 219-224.

Zou, Y., & Yang, T. (2019). Rice husk, rice husk ash and their applications. In Rice bran and rice bran oil (pp. 207-246). Elsevier.

Published

23/06/2023

How to Cite

BELANI, J.; TESSMER, J. M. .; ALMEIDA, L. C. .; VIEIRA, A. D. .; OLIVEIRA, A. C. S. de .; ALVES, M. M. .; BORGES, S. V. .; COTTA, A. A. R. dos S. . Effects of rice hull addition on photodegradation and biodegradation of biopolymers in thermoplastified pectin. Research, Society and Development, [S. l.], v. 12, n. 6, p. e22112642221, 2023. DOI: 10.33448/rsd-v12i6.42221. Disponível em: https://rsdjournal.org/index.php/rsd/article/view/42221. Acesso em: 22 nov. 2024.

Issue

Section

Exact and Earth Sciences