Orientador: Ana Rita Morales

Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química

Resumo: Este trabalho apresenta um estudo inédito de nanocargas híbridas na matriz do bipolímero poli(adipato-co-tereftalato de butileno) ¿ (PBAT), visando melhorar as propriedades de permeabilidade ao O2, vapor d¿água e barreira a radiação ultravioleta do PBAT para utilização em embalagens de...

Resumo: Este trabalho apresenta um estudo inédito de nanocargas híbridas na matriz do bipolímero poli(adipato-co-tereftalato de butileno) ¿ (PBAT), visando melhorar as propriedades de permeabilidade ao O2, vapor d¿água e barreira a radiação ultravioleta do PBAT para utilização em embalagens de alimentos. O principal objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito da combinação de nanoargilas de diferentes morfologias, montmorilonita (MMT) e sepiolita (SEP), e nano-dióxido de titânio (nano-TiO2). A primeira etapa constituiu na seleção e caracterização das nanopartículas utilizadas. As amostras foram processadas em misturador Drais e prensa, e os filmes produzidos em extrusora balão. Foram avaliadas as propriedades de permeabilidade ao O2 e vapor d¿água, porcentagem de transmissão de luz (T%) na região ultravioleta e visível, e ensaios de resistência à tração. A permeabilidade ao O2 e vapor d¿água apresentaram redução de 47 % e 49 %, respectivamente comparada ao PBAT puro. Para estas propriedades apenas a MMT apresentou influência estatisticamente significativa, reduzindo a permeabilidade com o aumento da concentração de MMT. Apenas o nano-TiO2 apresentou influência estatisticamente significativa na T%, o aumento da concentração de nano-TiO2 diminuiu a transmissão de luz do PBAT de 50,3 % para até 4,7 % na região UV e de 75,7 % para até 47,8 % na região de luz visível. Já para os ensaios de resistência à tração, apenas o módulo de Young apresentou aumento estatisticamente significativo com a adição das nanocargas. Este comportamento pode estar associado a uma boa dispersão das cargas na matriz conferindo um efeito de reforço ao material. A dispersão destas nanocargas nos filmes foi avaliada por MET, MEV, reometria e DRX. Verificou-se uma boa dispersão com a combinação das três nanocargas, sugerindo assim um efeito sinergístico entre estas. Nestas amostras, observou-se também que a argila MMT apresentou estruturas esfoliadas e intercaladas, corroborando os resultados obtidos em permeabilidade. Utilizou-se DSC e DRX para verificar que as nanocargas não conferiram alteração significativa no grau de cristalinidade, concluindo-se que apenas a dispersão/esfoliação da argila MMT contribuiu para redução da permeabilidade do PBAT. Pela análise TGA verificou-se que a adição das nanocargas diminuiu sutilmente a estabilidade térmica dos nanocompósitos, porém sem comprometer sua temperatura de processamento. Finalmente, foram realizadas análises de mineralização e monitoramento da desintegração do PBAT e nanocompósitos. A adição das nanocargas conferiu uma taxa de mineralização mais lenta dos nanocompósitos comparada ao PBAT puro, conforme observado também pela análise visual e MEV. Contudo, ao final do período total de monitoramento (6 meses) foi possível observar indícios de degradação para todas as amostras. Os resultados de FTIR indicaram, tanto para o PBAT puro quanto para os nanocompósitos, uma maior taxa de degradação no primeiro mês de monitoramento, o que pode ser atribuído à redução das unidades alifáticas (BA) e relativo aumento das unidades BT ao longo do tempo de degradação, corroborando os resultados de DSC

Abstract: This work presents an inedited study of hybrid nanofillers in the poly(butylene adipate-co-terephthalate) ¿ (PBAT) bipolymer matrix, aiming to improve the O2 and water vapor permeability, and ultraviolet radiation barrier of PBAT for food packaging application. The main objective of this...

Abstract: This work presents an inedited study of hybrid nanofillers in the poly(butylene adipate-co-terephthalate) ¿ (PBAT) bipolymer matrix, aiming to improve the O2 and water vapor permeability, and ultraviolet radiation barrier of PBAT for food packaging application. The main objective of this work was to evaluate the effect of the nanoclays combination of different morphologies, montmorillonite (MMT) and sepiolite (SEP), and titanium nano-dioxide (nano-TiO2). The first step was the selection and characterization of the nanoparticles used. The samples were processed in a Drais mixer and press, and the films were produced by extrusion blowing. The properties of O2 and water vapor permeability, transmittance of ultraviolet and visible light (T%) and mechanical properties were evaluated. The O2 and water vapor permeability presented reduction of 47% and 49%, respectively, compared to neat PBAT. For these properties, only MMT showed a statistically significant influence, reducing the permeability with increasing of MMT concentration. Only nano-TiO2 showed a statistically significant influence on T%, the increase of nano-TiO2 concentration decreased the light transmission of PBAT from 50.3% to 4.7% in the UV region and from 75.7% to 47.8% in the visible light region, without compromising the translucency of the material. For the tensile strength tests, only the Young's modulus presented a statistically significant increase with the addition of nanofillers. This behavior may be associated with a good dispersion of the fillers in the matrix giving a reinforcing effect to the material. The dispersion of these nanofillers in the films was evaluated by TEM, SEM, rheometry and XRD. Good dispersion was observed with the combination of the three nanofillers, thus suggesting a synergistic effect between them. In these samples, it was also observed that the MMT clay showed exfoliated and intercalated structures, corroborating the results obtained in permeability tests. DSC and XRD permitted to verify that the nanofillers did not confer significant change in the crystallinity degree, concluding that only the dispersion/exfoliation of the MMT clay contributed to the reduction of the PBAT permeability. By the TGA analysis, it was verified that the addition of the nanofillers slightly decreased the thermal stability of the nanocomposites, but without compromising its processing temperature. Finally, mineralization and disintegration monitoring of PBAT and nanocomposites were carried out. The addition of nanofillers reduced mineralization rate compared to neat PBAT, which is coherent with visual analysis and SEM. However, at the end of the total monitoring period (6 months) it was possible to observe evidence of degradation for all samples. FTIR results indicated, for neat PBAT and its nanocomposites, a higher degradation rate in the first month monitoring that might be attributted to the reduction of aliphatic units (BA) and relative increasing of aromatic units (BT) over time, corroborating DSC analysis

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