Compatibilizantes para materiais biodegradáveis de amido e poli (ácido lático) produzidos por extrusão e injeção termoplástica
DOI:
https://doi.org/10.33448/rsd-v11i14.36521Palavras-chave:
Polímeros biodegradáveis; Ácido cítrico; Anidrido Maleico; 3-metacriloxipropiltrimetoxisilano; Propriedades mecânicas.Resumo
Estudos utilizando amido para a produção de materiais biodegradáveis têm se mostrado atrativos devido à sua disponibilidade e baixo custo em relação aos polímeros biodegradáveis comerciais, como o poli (ácido lático) e outros. Os materiais à base de amido não apresentam propriedades mecânicas adequadas para produção e uso em escala comercial, necessitando de misturas (blendas) com outros polímeros biodegradáveis para melhorar essas propriedades. No entanto, essas blendas necessitam de compatibilizantes devido à imiscibilidade entre o amido e o polímero. O presente trabalho teve como objetivo estudar o efeito de diferentes compatibilizantes (3- metacriloxipropiltrimetoxisilano, ácido cítrico e anidrido maleico) sobre as propriedades funcionais de materiais biodegradáveis de amido e poli (ácido lático) (PLA) produzidos por extrusão e injeção termoplástica. O ácido cítrico foi considerado o melhor compatibilizante para esses materiais, pois melhorou a processabilidade, e os materiais apresentaram propriedades adequadas para aplicações onde se exige boa resistência mecânica. Além disso, os materiais contendo ácido cítrico e anidrido maleico foram mais uniformes do ponto de vista morfológico.
Referências
Akrami, M., Ghasemi, I., Azizi, H., Karrabi, M., & Seyedabadi, M. (2016). A new approach in compatibilization of the poly (lactic acid)/thermoplastic starch (PLA/TPS) blends. Carbohydrate Polymers, 144, 254-262. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2016.02.035
ASTM. (2013). D618-13. ASTM D618-13. Standard practice for conditioning plastics for testing. ASTM Standard. ASTM International: West Conshohocken PA.
ASTM. (2014). D638 – 14. Plastics. Standard Test Method for Tensile Properties of Plastics. American Society for Testing Materials (ASTM)
Carrasco, F., Pagès, P., Gámez-Pérez, J., Santana, O. O., & Maspoch, M. L. (2010). Processing of poly (lactic acid): Characterization of chemical structure, thermal stability and mechanical properties. Polymer Degradation and stability, 95, 116-125. https://doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2009.11.045
Cehavir, A. (2017). Fiber technology for fiber-reinforced composites. In Seydibeyoglu, M. O., Mohanty, A. K., & Misra, M. (Eds.), Glass Fibers (pp. 99-121). Woodhead Publishing, Vol 1.
Chen, X., Leiyong, Z., Xiaomei, P., Jinhui, H., Yixing, H. & Shanshan, W. (2016). Effect of different compatibilizers on the mechanical and thermal properties of starch/polypropylene blends. Journal of Applied Polymer Science. 133, 17. https://doi.org/10.1002/app.43332.
Clasen, S. H., Müller, C. M., & Pires, A. T. (2015). Maleic anhydride as a compatibilizer and plasticizer in TPS/PLA blends. Journal of the Brazilian Chemical Society, 26, 1583-1590. http://dx.doi.org/10.5935/0103-5053.20150126
Duan, Q., Meng, L., Liu, H., Yu, L., Lu, K., Khalid, S., & Chen, L. (2019). One-step extrusion to minimize thermal decomposition for processing PLA-based composites. Journal of Polymers and the Environment, 27, 158-164.https://doi.org/10.1007/s10924-018-1323-3
González-López, M. E., Robledo-Ortíz, J. R., Manríquez-González, R., Silva-Guzmán, J. A., & Pérez-Fonseca, A. A. (2018). Polylactic acid functionalization with maleic anhydride and its use as coupling agent in natural fiber biocomposites: a review. Composite Interfaces, 25, 515-538. https://doi.org/10.1080/09276440.2018.1439622
Hwang, S. W., Shim, J. K., Selke, S., Soto‐Valdez, H., Rubino, M., & Auras, R. (2013). Effect of Maleic‐Anhydride Grafting on the Physical and Mechanical Properties of Poly (l‐lactic acid)/Starch Blends. Macromolecular Materials and Engineering, 298, 624-633.
Hu, Y., Wang, Q., & Tang, M. (2013). Preparation and properties of Starch-g-PLA/poly (vinyl alcohol) composite film. Carbohydrate polymers, 96, 384-388. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2013.04.011
Huneault, M. A., & Li, H. (2007). Morphology and properties of compatibilized polylactide/thermoplastic starch blends. Polymer, 48, 270-280. https://doi.org/10.1016/j.polymer.2006.11.023
Ibrahim, N., Ab Wahab, M. K., & Ismail, H. (2017). Physical and degradation properties of polylactic acid and thermoplastic starch blends–Effect of citric acid treatment on starch structures. BioResources, 12, 3076-3087.
Jariyasakoolroj, P., & Chirachanchai, S. (2014). Silane modified starch for compatible reactive blend with poly (lactic acid). Carbohydrate polymers, 106, 255-263. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2014.02.018
Kale, G., Auras, R., Singh, S. P., & Narayan, R. (2007). Biodegradability of polylactide bottles in real and simulated composting conditions. Polymer testing, 26, 1049-1061.https://doi.org/10.1016/j.polymertesting.2007.07.006
Ke, T., & Sun, X. (2001). Effects of moisture content and heat treatment on the physical properties of starch and poly (lactic acid) blends. Journal of Applied Polymer Science, 81, 3069-3082. https://doi.org/10.1002/app.1758
Koh, J. J., Zhang, X., & He, C. (2018). Fully biodegradable Poly (lactic acid)/Starch blends: A review of toughening strategies. International Journal of biological macromolecules, 109, 99-113. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2017.12.048
Mali, S., Grossmann, M. V. E., & Yamashita, F. (2010). Filmes de amido: produção, propriedades e potencial de utilização. Semina: Ciências Agrárias, 31, 137-155. http://dx.doi.org/10.5433/1679-0359.2010v31n1p137
Martin, O., & Avérous, L. (2001). Poly (lactic acid): plasticization and properties of biodegradable multiphase systems. Polymer, 42(14), 6209-6219. https://doi.org/10.1016/S0032-3861(01)00086-6
Moghaddam, M. R. A., Razavi, S. M. A., & Jahani, Y. (2018). Effects of compatibilizer and thermoplastic starch (TPS) concentration on morphological, rheological, tensile, thermal and moisture sorption properties of plasticized polylactic acid/TPS blends. Journal of Polymers and the Environment, 26, 3202-3215. https://doi.org/10.1007/s10924-018-1206-7
Müller, C. M., Laurindo, J. B. & Yamashita, F. (2011). Effect of nanoclay incorporation method on mechanical and water vapor barrier properties of starch-based films. Industrial Crops and Products. 33, 605-10. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2010.12.021
Nanthananon, P., Seadan, M., Pivsa-Art, S., & Suttiruengwong, S. (2015). Enhanced crystallization of poly (lactic acid) through reactive aliphatic bisamide. In IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, p. 012067. IOP Publishing. https://doi.org/10.1088/1757-899X/87/1/012067
Ning, W., Xingxiang, Z., Na, H., & Jianming, F. (2010). Effects of water on the properties of thermoplastic starch poly (lactic acid) blend containing citric acid. Journal of Thermoplastic Composite Materials, 23, 19-34. https://doi.org/10.1177/0892705708096549
Olivato, J. B., Grossmann, M. V. E., Yamashita, F., Eiras, D., & Pessan, L. A. (2012). Citric acid and maleic anhydride as compatibilizers in starch/poly (butylene adipate-co-terephthalate) blends by one-step reactive extrusion. Carbohydrate Polymers, 87, 2614-2618. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2011.11.035
Palsikowski, P. A., Kuchnier, C. N., Pinheiro, I. F., & Morales, A. R. (2018). Biodegradation in soil of PLA/PBAT blends compatibilized with chain extender. Journal of Polymers and the Environment, 26, 330-341.https://doi.org/10.1007/S10924-017-0951-3
Perego, G., Cella G. D. (2010). Mechanical properties. In Auras R. A., Lim L. T., Selke S. E., Tsuji H. (Ed.), Poly (Lactic Acid) Synthesis, Structures, Properties, Processing, and Applications (pp. 141-153). John Wiley & Sons, Vol 10.
Phetwarotai, W., Potiyaraj, P., & Aht‐Ong, D. (2012). Characteristics of biodegradable polylactide/gelatinized starch films: Effects of starch, plasticizer, and compatibilizer. Journal of Applied Polymer Science, 126, 162-172. https://doi.org/10.1002/app.36736
Pivsa-Art, S., Kord-Sa-Ard, J., Pivsa-Art, W., Wongpajan, R., Narongchai, O., Pavasupree, S., & Hamada, H. (2016). Effect of compatibilizer on PLA/PP blend for injection molding. Energy Procedia, 89, 353-360. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2016.05.046
Raj, A., Samuel, C., & Prashantha, K. (2020). Role of Compatibilizer in Improving the Properties of PLA/PA12 Blends. Frontiers in Materials, 7, 193. https://doi.org/10.3389/fmats.2020.00193
Rigolin, T. R., Takahashi, M. C., Kondo, D. L., & Bettini, S. H. P. (2019). Compatibilizer acidity in coir-reinforced PLA composites: matrix degradation and composite properties. Journal of Polymers and the Environment, 27(5), 1096-1104.https://doi.org/10.1007/s10924-019-01411-4
Shirai, M. A., Zanela, J., Kunita, M. H., Pereira, G. M., Rubira, A. F., Müller, C. M. O., ... & Yamashita, F. (2018). Influence of carboxylic acids on poly (lactic acid)/thermoplastic starch biodegradable sheets produced by calendering–extrusion. Advances in Polymer Technology, 37, 2, 332-338..http://doi.org/10.1002/adv.21671
Tábi, T., Sajó, I. E., Szabó, F., Luyt, A. S., & Kovács, J. G. (2010). Crystalline structure of annealed polylactic acid and its relation to processing, Express Polym. 659–668. https://doi.org/10.3144/expresspolymlett.2010.80
Taib, M. N. A. M., & Julkapli, N. M. (2019). Dimensional stability of natural fiber-based and hybrid composites. In Mechanical and Physical Testing of Biocomposites, Fibre-Reinforced Composites and Hybrid Composites (pp. 61-79). Woodhead Publishing.
Wang, N., Yu, J., Chang, P. R., & Ma, X. (2007). Influence of Citric Acid on the Properties of Glycerol‐plasticized dry Starch (DTPS) and DTPS/Poly (lactic acid) Blends. Starch‐Stärke, 59, 409-417. https://doi.org/10.1002/star.200700617
Zaaba, N. F., & Ismail, H. (2019). A review on tensile and morphological properties of poly (lactic acid)(PLA)/thermoplastic starch (TPS) blends. Polymer-Plastics Technology and Materials, 58, 1945-1964. https://doi.org/10.1080/25740881.2019.1599941
Zhang, J. F., & Sun, X. (2004). Mechanical properties of poly (lactic acid)/starch composites compatibilized by maleic anhydride. Biomacromolecules, 5, 1446-1451. https://doi.org/10.1021/bm0400022
Zhang, X., Espiritu, M., Bilyk, A., & Kurniawan, L. (2008). Morphological behaviour of poly (lactic acid) during hydrolytic degradation. Polymer Degradation and Stability, 93, 1964-1970. https://doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2008.06.007
Downloads
Publicado
Como Citar
Edição
Seção
Licença
Copyright (c) 2022 Samuel Camilo da Silva; Bruno Matheus Simões; Fabio Yamashita; Fabiola Azanha de Carvalho
Este trabalho está licenciado sob uma licença Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Autores que publicam nesta revista concordam com os seguintes termos:
1) Autores mantém os direitos autorais e concedem à revista o direito de primeira publicação, com o trabalho simultaneamente licenciado sob a Licença Creative Commons Attribution que permite o compartilhamento do trabalho com reconhecimento da autoria e publicação inicial nesta revista.
2) Autores têm autorização para assumir contratos adicionais separadamente, para distribuição não-exclusiva da versão do trabalho publicada nesta revista (ex.: publicar em repositório institucional ou como capítulo de livro), com reconhecimento de autoria e publicação inicial nesta revista.
3) Autores têm permissão e são estimulados a publicar e distribuir seu trabalho online (ex.: em repositórios institucionais ou na sua página pessoal) a qualquer ponto antes ou durante o processo editorial, já que isso pode gerar alterações produtivas, bem como aumentar o impacto e a citação do trabalho publicado.
