MIB - Aula 12 Biopolímeros

Biopolmeros Profa. Dra. Dalila Moreira da Silveira

Definio de biopolmeros

Os biopolmeros so polmeros ou copolmeros produzidos a partir de matrias-primas de fontes renovveis, como: milho,

cana-de-acar,

celulose,

quitina,

Mandioca entre outros1.

Os biopolmeros tambm podem ser obtidos (produzidos) por organismos vivos carboidratos e

protenas.

Bio

po

lmero

s

1Norma ABNT NBR 15448-1. Embalagens plsticas degradveis e/ou de fontes renovveis

Parte 1: Terminologia

Caractersticas

Os biopolmeros so uma das principais alternativas aos materiais plsticos derivados do petrleo.

Com esse material j se produz sacolas,

sacos para acondicionar alimentos e/ou lixo,

pratos,

copos e

Talheres

So materiais biodegradveis, demoram em mdia 180 dias para se decomporem, diferente dos polmeros derivados do petrleo que levam em mdia 40 anos.

Estima-se que at 2015, a produo de biopolmeros atinja

um milho de toneladas,

atualmente so produzidas

270 mil toneladas2.

2Projees do Instituto de Pesquisas Tecnolgicas - IPT

Classificao/Diviso*

Biopolmeros de materiais regenerveis, biodegradveis, de origem microorgnica

Poli cido ltico (PLA)

Poli 3-hidroxibutirato (PHB)

Acidos graxos polihidrxidos (PHF)

Biopolmeros de materiais regenerveis, biodegradveis, de origem vegetal

Derivados de amidos

Cellulose-Blend (CA)

base de lignina

* http://brasil.sumitomo-shi-demag.eu/index.php?id=1167&L=9&type=98

Classificao/Diviso*

Biopolmeros de materiais regenerveis, biodegradveis de origem animal

Quitina e

chitosano

Biopolmeros, biodegradveis, de origem fssil

Polister

Polialcool vinlico (PVA)


Vantagens*

Preservao de recursos petroqumicos

Matrias primas regenerativas so neutras de CO2

Diminuio da gerao de resduos, biodegradabilidade

Reduo de produtos intermedirios txicos e alergnicos

Possibilidade de combinao de biopolmeros com fibras naturais

Caractersticas ajustveis (acstica, superfcie, etc.)


Exemplos de biopolmeros para substituir polmeros tradicionais.

Os biopolmeros apresentados na tabela so

o amido,

o polilactatos PLA,

o polihidroxibutirato PHB, e

o polihidroxibutirato-co-polihdroxihexanoato PHBHx.

[3]Pradella, J. G. C. Biopolmeros e Intermedirios Qumicos. Relatrio tcnico n. 84396-205. Centro de Tecnologia de

Processos e Produtos. Laboratrio de Biotecnologia Industrial LBI/CTPP. So Paulo, 2006.

Exemplos de biopolmeros para substituir polmeros tradicionais.

Os polmeros convencionais so: PVC: Cloreto de polivinila PE-AD: Polietileno de alta densidade PE-BD: Polietileno de baixa densidade PP: Polipropileno PS: Poliestireno PMMA: Polimetil metacrilato PA: Poliamida PET: Polietileno tereftalato PC: Policarbonato

[3]Pradella, J. G. C. Biopolmeros e Intermedirios Qumicos. Relatrio tcnico n. 84396-205. Centro de Tecnologia de

Processos e Produtos. Laboratrio de Biotecnologia Industrial LBI/CTPP. So Paulo, 2006.

Principais biopolmeros produzidos no Brasil*

Polilactato (PLA)

Polmeros de amido (PA);

Polihidroxialcanoato (PHA);

*BIOPOLMEROS: plsticos de gros e tubrculos Revista A Lavoura N 690/2012 - Embrapa

Polilactato - PLA PLA

um polister aliftico,

termoplstico,

semicristalino ou amorfo,

biocompatvel e biodegradvel,

sintetizado a partir do cido ltico obtido de fontes renovveis.

O cido lctico obtido por fermentao bacteriana de glicose extrado do milho. Bactrias (Lactobacillus e Lactococcus).

O cido lctico transformado em plstico por meio de processos qumicos.

Estrutura do Policido ltico

Polilactato - PLA

Propriedades

O PLA apresenta propriedades mecnicas comparveis com as dos polmeros provenientes de fontes fsseis: elevado mdulo de elasticidade,

rigidez,

transparncia

comportamento termoplstico

biocompatibilidade

boa capacidade de moldagem.

Polilactato - PLA

Propriedades

O PLA tambm de diversas formas similar ao polietileno tereftalato PET.

Suas propriedades trmicas e mecnicas so superiores a dos outros polisteres alifticos biodegradveis, como: o polibutileno succinato PBS,

o polihidroxibutirato PHB e

a policaprolactona PCL.

Polilactato - PLA Aplicaes:

confeco de embalagens, itens de descarte rpido e fibras

para vestimentas e forraes. - Embalagens para produtos secos, com curto tempo de

prateleira. - Baixa barreira ao O2 e CO2 - restringe sua aplicao para

embalagem de lquidos e fermentados.

- O PLA resistente ao ataque de microorganismos no solo ou esgotos em condies ambientais.

- Para ser biodegradvel necessita de temperaturas superiores a 58C.

Polilactato - PLA

Polmeros de Amido - PA

So polissacardeos, modificados quimicamente ou no, produzidos a partir de amido extrado de milho, batata, trigo ou mandioca.

- Sua cadeia composta por unidades de glicose.

Polmeros de Amido - PA Processamento

Aquecimento em meio aquoso - gelatinizao.

Este processo resulta na perda de ordem molecular e fuso dos

cristalitos do amido.

O processo de gelatinizao no ocorre sem a presena de um plastificante, devido a temperatura de transio vtrea (Tg) e a temperatura de fuso (Tm) do amido puro e seco serem maiores que sua temperatura de decomposio.

Plastificantes: - gua: mais comum desvantagens: pode escapar rapidamente

do produto, causando a fragilizao do mesmo.

- glicis e aucares - baixar sua Tg e aumentar sua ductilidade

Polmeros de Amido - PA O amido termoplstico TPS do ingls thermoplastic

starch, um material amorfo ou semicristalino composto pelo amido plastificado por um ou uma mistura de plastificantes.

Pode ser processado em equipamentos convencionais de processamento de termoplsticos.

O TPS geralmente produzido processando-se uma mistura de amido e plastificante em extrusora sob temperaturas de 140 160C.

Polmeros de Amido - PA

Se a composio final contiver apenas gua como plastificante, em nveis acima de 15 20%, ela mantm suas propriedades termoplsticas.

Entretanto, se a temperatura de processo for superior a 100C, a gua evapora e o material fundido expande.

Se controlada, esta expanso um efeito desejado, explorado na produo de amido expandido.

Polmeros de Amido - PA Aplicaes:

- embalagens e itens de descarte rpido

- em blendas com polmeros sintticos

- confeco de filmes flexveis.

- confeco de espumas (expandidos),

- sacolas

- itens moldados,

- produtos termoformados

- itens de higiene pessoal

Polihidroxialcanoato (PHA)

PHA o termo dado a famlia de polisteres produzidos por microorganismos a partir de vrios substratos de carbono.

Dependendo do substrato de carbono e do metabolismo do microorganismo, diferentes monmeros e assim diferentes polmeros e copolmeros podem ser obtidos .


Sntese:

Os PHAs so materiais lipdicos acumulados por uma grande variedade de microorganismos na presena de fonte abundante de carbono.

As fontes de carbono assimiladas so bioquimicamente transformadas em unidades de hidroxialcanoatos, polimerizadas e armazenadas na forma de incluses insolveis em gua no citoplasma da clula


Sntese:

A capacidade de realizar este processo de polimerizao dependente da presena de uma enzima conhecida como PHA sintase.

O polmero acumulado dentro das clulas bacterianas em forma de grnulos, atingindo at cerca de 90% de sua massa em base seca.


Caractersticas

Suas propriedades e degradabilidade oferecem potencial para substituio de polmeros no degradveis como o polietileno e o polipropileno.

Alm disso, seus grupos funcionais provm oportunidades para modificaes adicionais.

Estrutura molecular geral dos polihidroxialcanoatos (PHAs), com m = 1, 2, 3 porm 1 sendo mais comum, n variando de 100 a milhares de unidades e R varivel


Caractersticas

O Polihidroxibutirato PHB ou P[3HB] o principal polmero da famlia dos PHAs, porm outros copolisteres existem como:

- poli(hidroxibutirato-cohidroxivalerato) PHBV,

- poli (hidroxibutirato-cohidroxihexanoato) PHBHx,

- poli(hidroxibutirato-cohidroxioctanoato) PHBO

- poli(hidroxibutirato-cohidroxioctadecanoato) PHBOd


Biociclo do PHA*

*Alves, F. G; Rodrigues, A. A. Material de aula da disciplina de Biotecnologia microbiana da Universidade Federal de Pelotas - http://www.ufpel.edu.br/biotecnologia/gbiotec/site/content/paginadoprofessor/uploadsprofessor/

c83dc28e763274712468c5b2f0016c0b.pdf


Polihidroxibutirato PHB

O PHB pode ser fabricado a partir da fermentao do acar da

cana-de-acar, o qual inicialmente invertido por processo enzimtico transformando-se em um xarope. Posteriormente, ocorre a formao do polmero no interior de bactrias que se alimentam do xarope.

No Brasil o PHB fabricado pela BIOCYCLE, produzido na Usina da

Pedra, em Serrana- SP, com a parceria do Instituto de Pesquisas Tecnolgicas, da COPERSUCAR e da Universidade de So Paulo.

Nessa planta piloto, o PHB produzido pela bactria Ralstonia

eutropha, geneticamente modificada para o consumo de sacarose.


Polihidroxibutirato PHB Entre as vrias etapas que

compem o processo de produo do PHB, merece destaque Fermentao: que determina a

massa molar final do polmero obtido

Extrao: da qual dependem muitas propriedades do produto final, como, por exemplo, sua flexibilidade.

Purificao : muito importante, pois responsvel pelo grau de pureza do polmero.



Um dos grandes obstculos na produo do PHB e dos PHAs o seu alto custo, devido ao custo dos substratos utilizados.

Para compensar o gasto alto com substrato necessrio utilizar fontes de carbono mais baratas.



A produo de PHB e copolmeros, integrada produo de acar e lcool em usinas de processamento de cana-de-acar, pode representar uma grande oportunidade de produzir polmero a baixo custo e expandir a indstria de cana.

Energia - queima do bagao da cana.

Efluentes do processo e a biomassa resultante - fertilizantes na plantao de cana.

Solventes utilizados - derivados da fermentao alcolica, naturais e biodegradveis no representam impacto ambiental negativo.



Propriedades e aplicaes do polihidroxibutirato Propriedades mecnicas similares s do polipropileno,

Elevada cristalinidade,

Resistncia gua,

pureza ptica

boa estabilidade a radiao ultravioleta,

barreira permeabilidade de gases,

biocompatibilidade,

reduzida faixa de condies de processamento limitam o seu uso em algumas aplicaes.



Aplicaes

fabricao de embalagens para higiene, limpeza, cosmticos e produtos farmacuticos

produo de sacos e de vasilhames para fertilizantes e defensivos agrcolas.

Pode ser usado na produo de artefatos mais flexveis, como, por exemplo, frascos de xampu ou

materiais que necessitam do processo de extruso por sopro, como o caso dos sacos plsticos.

Referncias Empregadas TELLES, M.R.; SARAN, L.M.; UNDA-TREVISOLLI, S.H.

Produo, propriedades e aplicaes de bioplstico obtido a partir da cana-de-acar. http://www.fatecjab.edu.br/revista/2011_v02_n01/5_telles.pdf

Alves, F. G; Rodrigues, A. A. Material de aula da disciplina de Biotecnologia microbiana da Universidade Federal de Pelotas - http://www.ufpel.edu.br/biotecnologia/gbiotec/site/content/paginadoprofessor/uploadsprofessor/c83dc28e763274712468c5b2f0016c0b.pdf

G. F. Brito et al Biopolmeros, Polmeros Biodegradveis e Polmeros Verdes Revista Eletrnica de Materiais e Processos / ISSN 18098797 / v.6.2 (2011) 127 139

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