Desenvolvimento de compósitos de biopolímeros e cargas naturais para termoformação de alvéolos de fruta

Abstract

Sendo o café uma das bebidas mais consumidas em todo o mundo, engloba um grande mercado mundial, e gera enormes quantidades de resíduos sólidos, como as cacas de café (CC), entre outros. Como estes resíduos são constituídos por compostos orgânicos, podem ser reaproveitados e valorizados. Assim, uma das possíveis utilizações, consiste na produção de materiais compósitos de matriz biopolimérica, com o objetivo de produção de vários produtos que inovam pelo aspeto, textura e até cheiro, ao introduzir as cascas de café nas suas misturas de biopolímeros. O trabalho realizado focou se na produção de compósitos com o biopolímero Inzea F38 da Nurel, um aditivo de acoplamento, Vinnex 8880 da Wacker e cascas de café com diferentes taxas de incorporação, 5%, 10% e 15%. Numa primeira fase, preparam-se dois masterbatch com 50% de carga, um com o F38 e outro o Vinnex. Na segunda fase do trabalho, foram preparadas por extrusão as várias composições em forma de folha, diluindo nas proporções adequadas o masterbatch para se obter composições com 5%, 10% e 15% de carga. Para a caracterização mecânica dos materiais compósitos foram preparados provetes a partir das folhas, cortados no sentido da extrusão e no sentido perpendicular ao da extrusão. Os resultados de tração mostraram que a ductilidade do material aumenta na direção transversal ao fluxo. Os ensaios de distribuição das cargas na folha, observados através da passagem de luz, mostraram uma distribuição homogénea. A adesão carga/matriz foi observada por SEM em amostras cortadas em folhas antes de termoformar e em regiões das peças termoformadas que sofrerem maior deformação. Em ambas as situações, antes e depois de termoformar, os resultados mostraram uma excelente compatibilidade e adesão entre a carga e a matriz polimérica. A presença do aditivo, também identificada nas imagens de SEM como uma fase não miscível e muito bem distribuída, facilita o processo de adesão. A termoformabilidade dos materiais compósitos foi estudada termoformando as folhas obtidas, usando um molde protótipo com diferentes razões de estiramento e a várias temperaturas. Os resultados mostraram um excelente comportamento à termoformabilidade num intervalo de temperaturas de cerca de 20ᵒC. Os testes de resistência à degradação em água e em terra, não mostraram vestígios de degradação nas amostras com aditivo.

As coffee is one of the most consumed beverages in the world, includes a large world market, and generates huge amounts of solid waste, such as coffee husks, among others. As these residues are organic, they can be reused and consequently valued. So, one of its possible uses is the production of biopolymer matrix compounds, with the aim of producing various products that innovate in terms of appearance, texture and even smell, by introducing coffee husks into their biopolymer mixtures. The realized work focused on the production of composites with the biopolymer Inzea F38 from Nurel, a cuppling additive, Vinnex 8880 from Wacker, and coffee husks with different incorporation rates, 5%, 10% and 15%. In a first phase, two masterbatch were prepared with 50% filler, one with F38 and the other with Vinnex. In the second phase of the work, the various compositions in sheet form were prepared by extrusion, diluting the masterbatch in the appropriate proportions to obtain compositions with 5%, 10% and 15% filler. For the mechanical characterization of the composite materials, test pieces were prepared from the sheets, cut in the direction of the extrusion and in perpendicular to extrusion direction. The tensile results showed that the ductility of the material increases in the transverse direction to the flow. The tests on the distribution of coffee husk particles on the sheet, observed through the passage of light, showed a homogeneous distribution. Filler/matrix adhesion was observed by SEM in samples cut into sheets before thermoforming and in regions of thermoformed parts that undergo greater deformation. In both situations, before and after thermoforming, the results showed excellent compatibility and adhesion between the filler and the polymer matrix. The presence of the additive, also identified in the SEM images as an immiscible and very well distributed phase, facilitates the adhesion process. The thermoformability of composite materials was studied by thermoforming the obtained sheets, using a prototype mold with diferente strech ratios and at various temperatures. The results showed excellent thermoformability behavior in a temperature range of about 20˚C. Tests of resistance to degradation in water and on land, showed no traces of degradation in samples with additive.