ÁREA: Materiais
TÍTULO: Desenvolvimento de rota sintética para produção de novos materiais biopoliméricos a partir de açúcares
AUTORES: Nogueira, P. (SENAI) ; Medeiros, F. (SENAI) ; Machado, A. (SENAI) ; Oliveira, O. (SENAI)
RESUMO: Diante da atual demanda por polímeros cada vez mais usuais no dia-a-dia, busca-se o desenvolvimento de novos produtos com características biodegradáveis e vindos de fontes renováveis. A formação dos polímeros se dá a partir da polimerização que convencionalmente é a reação entre um alcóol e um ácido carboxílico, já a proposta deste projeto é utilizar o açúcar para formação de biopolímeros, substituindo o álcool na reação. Dessa forma, serão obtidos poliéstreres com características biodegradáveis, sintetizados a partir dos princípios da química verde e com total capacidade de substituir os polímeros convencionais.
PALAVRAS CHAVES: Biopolímero; Poliéster; Carboidrato
INTRODUÇÃO: Os polímeros provenientes do petróleo são de suma importância hoje para a sociedade. Contudo, existem muitas restrições quando se trata de geração de polímeros via fonte não renovável. Por um lado, este recurso tem restrição em sua disponibilidade, além de estar com seu custo em constante aumento e concentrado em regiões de instabilidade política. Por outro, existem os impactos ambientais gerados pelo descarte destes polímeros no meio ambiente.
Desta forma, faz-se necessário o desenvolvimento de novos tipos de materiais poliméricos obtidos de fontes renováveis, de acordo com os princípios da química verde, e com características de biodegradabilidade, sendo comumente chamados de biopolímeros. Os biopolímeros diferem-se dos polímeros convencionais, pois apresentam características biodegradáveis e não levam longos anos para serem consumidos pela natureza. De uma maneira geral, a biodegradabilidade está associada ao uso de matérias-primas de origem renovável visto que compostos biossintetizados têm na natureza mecanismos opostos de biodegradação.
Diante deste cenário, o presente trabalho teve como objetivo desenvolver biopolímeros a partir de açúcares com características semelhantes aos polímeros convencionais partindo de reações em fase homogênea.
As informações encontradas na literatura (Chemical Economics Handbook – SRI International, 2004) mostram uma ampla necessidade do aumento da investigação científico/tecnológica referindo-se a implementação de plásticos biodegradáveis, pois o mercado dos biopolímeros, exceto a goma xantana, era da ordem de 60.000 toneladas em 2002 com preço de comercialização de US$ 4/kg.
MATERIAL E MÉTODOS: Foram sintetizados biopolímeros a partir de diversos ácidos carboxílicos juntamente com sacarídeos (açúcares) a fim de se obter poliésteres de origem renovável associado à características biodegradáveis. Dessa forma, promoveu-se uma reação de esterificação seguida de polimerização entre diferentes ácidos carboxílicos e o sacarídeo manitol. Os poliésteres sintetizados derivados do manitol foram preparados com os diferentes ácidos carboxílicos (cítrico e tartárico) na proporção 1:1 em relação ao sacarídeo.
Inicialmente o manitol foi dissolvido a uma temperatura de 150ºC e após adicionou-se o ácido e homogeinizou-se a mistura, o catalisador utilizado na reação foi o octoato de estanho, este era incluso no meio reacional somente depois que os reagentes estivessem em uma única fase. Com aquecimento durante um tempo médio de 10 minutos obtia-se o biopolímero, que foi caracterizado por Termogravimetria (TG), Calorimetria Diferencial de Varredura (DSC), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e Espectroscopia de Absorção na Região no Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR).
RESULTADOS E DISCUSSÃO: As sínteses realizadas deram origem a biopolímeros em que suas características são fortemente influenciadas pela relação molar entre os monômeros e pela natureza química dos ácidos correspondentes.
Segundo os resultados de MEV, os polímeros obtidos apresentaram morfologia lisa, com aspecto indicativo semelhante a plásticos.
Análises de FTIR indicam a formação de poliésteres em todas as amostras, Entretanto, nos sólidos preparados com teores mais elevados de açúcar, nota-se também banda característica de grupos –OH. A presença desta matéria-prima em excesso confere aos materiais obtidos, de acordo com as características visuais dos polímeros, maior ductibilidade do que aqueles com teor menor de açúcar, os quais se mostram mais rígidos.
Através da comparação entre o espectro dos reagentes e do produto formado, percebe-se que houve um evento (formação de produto) e não uma mera junção física. A partir da análise percebe-se o fruto da interação química entre o ácido e o manitol, apresenta variação na banda mais profunda e no manitol esta se apresentanva com alguns picos. Os picos existentes na banda do espectro do ácido, foram alteradas após a reação com o manitol, essas antes eram dotadas de picos elevados e no polímero formado apresentam-se reduzidas.
Figura 1
MEV dos biopolímeros PM 21 e PM 22
Figura 2
FTIR dos biopolímeros PM 21 e PM 22
CONCLUSÕES: Com o desenvolvimento das pesquisas bibliográficas e dos experimentos em laboratório, foi possível a obtenção de resultados significativos. Realmente foram obtidos biopolímeros e estes foram comprovados através das caracterizações realizadas. Os resultados obtidos indicam que os materiais gerados apresentam características que podem ter potencial uso em embalagens, artigos de descarte rápido, filmes de recobrimento, fibras têxteis, indústria de alimentos e cosméticos.
AGRADECIMENTOS: Ao SENAI e ao CNPq pela bolsa concedida.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: PRADELLA, J.G.C. Biopolímeros e intermediários químicos. Centro de Gestão e Estudos Estratégicos, São Paulo, Março de 2006.
BORSCHIVER, S.; ALMEIDA, L.F.N.; ROITMAN, T. Monitoramento Tecnológico de Biopolímeros. Polímeros: Ciência e Tecnologia 18, 258-261, 2008.
AIROLD, C. A.; Relevante Potencialidade dos Centros Básicos Nitrogenados Disponíveis em Polímeros Inorgânicos e Biopolímeros na remoção Catiônica. Quim. Nova 31, 144-153, 2008.
VENDRUSCOLO, C. T.; Produção e caracterização do Biopolímero produzido por Beijerinckia sp isolada do solo cultivado com cana de açucar da região de Ribeirão Preto-São Paulo-Brasil. Tese (Doutorado em Engenharia de Alimentos). Faculdade de Engenharia de Alimentos, UNICAMP, Campinas, 1995.
FERREIRA, V. F.; ROCHA, D. R.; Potencialidades e oportunidades na química da sacarose e outros açúcares. Quim. Nova, Vol. 32, No. 3, 623-638, 2009.
BARCZA, M. V.; Esterificação. Escola de Engenharia de Lorena EEL-USP, São Paulo, 2011.
ZHANG, D.; MIYASE, T.; KUROYANAGI, M.; UMEHARA, K.; NOGUCHI, H.; Oligosaccharide Polyesters from Roots of Polygala Glomerata. Phytochemistry, Vol. 47, No. 1, pp. 45-52, 1998.
