Casting e Caracterização dos Filmes de Amido de Mandioca contendo

2.2.3.1 Método Casting dos filmes de amido

Glicerol comercial (Fisher Scientific, Merelbeke, Bélgica) e amido de mandioca foram utilizados para a produção dos filmes. As suspensões de NCC em duas concentrações (0,65% e 1,3% m v-1_{) foram utilizadas com glicerol como plastificante e comparadas com I-NCC nas} mesmas concentrações. Os filmes foram preparados conforme Aila-Suárez et al. (2013), com 4% de amido de mandioca (m m-1_{), 2% de glicerol (m m}-1_{) e 0,65 ou 1,3% de celulose} nanocristalina (NCC) ou de celulose nanocristalina industrial (I-NCC) em 170 mL de água (Tabela 2.1). Primeiramente, a suspensão com amido e glicerol em 100 mL de água foi inserida em um béquer com capacidade de 300 mL, aquecida a 90°C e agitada a 30 x g durante 10 minutos. NCC foi adicionada em 70 mL de água (25°C) em outro béquer e mecanicamente agitado a 30 x g durante 10 minutos. As suspensões foram agitadas durante 10 minutos após resfriamento da primeira suspensão até 40°C. As suspensões foram centrifugadas (10.108 x g, 5 min; Combate 3548, CELM, Barueri, Brasil) para remover as

bolhas, dispensadas em placas de vidro (20 x 25,5 cm), espalhadas finamente e secas em estufa (TE-394/1, TECNAL, Piracicaba, Brasil) a 40°C durante 24 horas. Posteriormente, as placas foram mantidas por três dias em dessecador com umidade relativa de 75% (solução saturada de NaCl) antes das análises.

Tabela 2.1: Formulações empregadas para o preparo das soluções filmogênicas

Formulação Amido de

mandioca (g)

NCC* (g) I-NCC* (g) Glicerol (g) Água (g)

AM 6,8 - - 3,4 170

NCC 0,65 6,8 1,10 - 3,4 170

NCC 1,3 6,8 2,21 - 3,4 170

I-NCC 0,65 6,8 - 1,10 3,4 170

I-NCC 1,3 6,8 - 2,21 3,4 170

Notas – AM: filme controle; NCC: filme com celulose nanocristalina; I-NCC: filme com celulose nanocristalina obtida industrialmente.

*Nanopartículas adicionadas em suspensão

2.2.3.2 Espessura e Densidade

A espessura dos filmes foi obtida de acordo com o método ASTM F2251 (ASTM, 2013a) por um micrômetro digital (Marathon CO030150, Richmond Hill, Canadá). O resultado foi expresso pela média de oito medidas em posições diferentes para cada filme. A densidade dos filmes (g cm-3) foi determinada de acordo com Saberi et al. (2016). A densidade foi calculada a partir da massa e volume de cada filme. O volume foi calculado a partir de uma área conhecida do filme (20 mm x 20 mm) e espessura obtida em micrômetro digital. Os resultados foram obtidos por meio de cinco determinações.

2.2.3.3 Opacidade e Conteúdo de água (CA)

A opacidade dos filmes foi medida com um espectrofotômetro UV-vis (Shimadzu UV- 160, Kyoto, Japão) de acordo com Irissin-Mangata et al. (2001). Uma amostra retangular (10 x 3,5 mm) foi colocada na célula do espectrofotômetro e a absorbância foi medida em 600 nm utilizando ar como referência. Três repetições para cada amostra de filme foram realizadas e os valores médios relatados. A opacidade do filme foi calculada como o valor de absorbância a 600 nm dividido pela espessura do filme e expresso como A600 mm-1. O conteúdo de água das tiras de filme foi determinado de acordo com ASTM D644 (ASTM, 2002). Os filmes foram pesados (w1) e após, estocados em câmara úmida (43% UR, 24h), secos em estufa (TE-

394/1, TECNAL, Piracicaba, Brasil, 105°C, 24h) e pesados novamente (w2). O teor de umidade (%) foi calculado de acordo com a Equação 2.2:

(2.2)

2.2.3.4 Absorção de água (AA) e Solubilidade

A absorção de água foi determinada de acordo com ASTM D570 (ASTM, 2010). Os filmes foram secos em uma estufa (TE-394/1, TECNAL, Piracicaba, Brasil, 50°C, 24h), resfriados a 25°C e pesados imediatamente (wi). Os filmes foram então imersos em água destilada a 25°C durante 2 minutos, secos em papel e pesados (wf). A absorção de água (%) foi calculada de acordo com a Equação 2.3:

(2.3)

A solubilidade em água do filme foi avaliada em uma amostra de filme seco (20 x 20 mm), pesada e umedecida em 25 mL de água destilada em um béquer (OJAGH et al., 2010), mantida por 24 horas em estufa (TE-394/1, TECNAL, Piracicaba, Brasil) a 37ºC. A solubilidade (%) do filme foi calculada a partir da Equação 2.4, onde W1 corresponde a massa do filme (g) e W2 a massa do resíduo (g):

(2.4)

2.2.3.5 Permeabilidade ao vapor de água (PVA)

A taxa de transmissão de vapor de água (TTVA) foi avaliada de acordo com ASTM D1653 (ASTM, 2013b). A TTVA (Equação 2.5) consiste no fluxo constante de vapor de água no tempo através da área da unidade de um corpo. Neste estudo, utilizou-se um béquer apropriado para o teste (Elcometer 5100, copo de permeabilidade Payne, Argenteau, Bélgica). O copo foi preenchido com dessecante (sulfato de cálcio) para produzir 0% de UR e coberto

com uma amostra de filme (49 mm de diâmetro). O béquer de teste foi colocado em uma câmara (DryKeeper, Sanplatec Corp, Osaka, Japão) a temperatura ambiente e 50% de umidade relativa. O copo foi pesado até taxa constante, considerando a pressão de vapor e a espessura do filme. O valor de PVA (g mm m-2 dia-1 kPa-1) foi calculado de acordo com a Equação 2.6.

(2.5)

(2.6)

Onde TTVA possui unidade de g m-2 dia-1, m corresponde a massa (g), t ao tempo (dia), L a espessura do filme (mm), A a área de teste (m2_{) e Δp ao vapor de água parcial sob} diferença de pressão através dos filmes (kPa).

2.2.3.6 Espectroscopia por Infravermelho com Transformada de Fourier (FT-IR)

Os espectros de FT-IR dos filmes de amido reforçados com NCC e I-NCC foram obtidos utilizando um espectrômetro FT-IR (Tensor 37, Billerica, EUA). Os espectros foram analisados com o software Opus 7.2.139 (Bruker, Billerica, EUA). Utilizou-se cristal de seleneto de zinco e os filmes foram analisados na região espectral de 4000-650 cm-1 com 16 varreduras gravadas com uma resolução de 2 cm-1.

2.2.3.7 Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV)

A morfologia da superfície dos filmes reforçados foi avaliada utilizando um microscópio eletrônico de varredura (SU4800, Hitachi Ltd., Tóquio, Japão). As amostras de filme foram revestidas com ouro (Cressington 208 HR, Watford, Inglaterra) e observadas com uma voltagem de aceleração de 1 kV.

2.2.3.8 Difração de Raios X

Os difratogramas de raios X do filme de amido de mandioca e filmes com NCC e I- NCC foram avaliados por difração de raios X a partir do difratômetro Rigaku Ultima IV (Rigaku Co., Tóquio, Japão), a 40 kV e 44 mA. As amostras foram analisadas entre 5–50° (2θ) e taxa de varredura de 1° min−1 a temperatura ambiente (DAI et al., 2015).

2.2.3.9 Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC)

As análises de calorimetria exploratória diferencial foram realizadas utilizando o TA Instrument (Q1000, New Castle, EUA) sob atmosfera de nitrogênio gasoso (50 mL min-1), previamente calibrado. Aproximadamente 5 mg de amostra de filmes foram colocados em cadinhos de alumínio e selados. Os filmes foram aquecidos desde 200°C até 270°C a 10°C min-1 (DAI et al., 2015). A temperatura onset (To) e a temperatura de pico (Tp) foram avaliadas a partir do programa TRIOS (TA Instruments, New Castle, EUA).

2.2.3.10 Análises termogravimétricas (TGA)

A análise termogravimétrica (TGA) foi realizada utilizando o TGA Q5000 (TA Instrument, EUA) em cadinhos de alumina, sob ar sintético (50 L min-1) com razão de aquecimento de 20°C min-1 e variação da temperatura entre 30°C até 700°C (MORENO et al., 2017).

2.2.3.11 Testes mecânicos

A tensão de tração, o alongamento na ruptura e o módulo de Young foram obtidos de acordo com a norma ASTM-D882 (ASTM, 2012). Os filmes foram mantidos a 23℃ e 40% de umidade relativa por 48 horas antes do teste. Os filmes de amido de mandioca foram cortados em tiras de 250 x 10 mm2 _{e caracterizados em uma máquina de tração (INSTRON} 4502, Instru-Met Corporation, Nova Jersey, EUA) equipada com um instrumento de aderência de filme. A velocidade da cruzeta foi de 25 mm min-1 e um aperto inicial de 127 mm. Cada amostra foi exposta a pelo menos cinco repetições.

2.2.3.12 Biodegradabilidade

Os testes de biodegradabilidade foram realizados de acordo com metodologia proposta por Seligra et al. (2016) com algumas modificações. As amostras de filme foram cortadas (2 x 2 cm) e enterradas em solo orgânico inserido em recipientes de polipropileno com perfurações, a fim de oxigenar o solo (Figura 2.2). As amostras foram mantidas em estufa incubadora BOD (SP-500, SP Labor, Presidente Prudente, Brasil) a 25°C com aproximadamente 50% de umidade, sendo que as amostras foram umidificadas duas vezes por dia durante 30 dias. Os filmes foram removidos para avaliação visual em diferentes tempos de análise (0, 6, 12, 18 e 30 dias) e secos em estufa (TE-394/1, TECNAL, Piracicaba, Brasil) a 50°C por 24 horas.

Figura 2.2: Recipientes com solo orgânico aplicados em teste de biodegradabilidade dos filmes

2.2.3.13 Análise Estatística

Os resultados foram expressos como média e desvio padrão com o procedimento de análise de variância (ANOVA) utilizando o software Statistica 8.0 (Statsoft, Tulsa, EUA). O teste de Fisher (p < 0,05) foi utilizado para detectar diferenças entre os valores médios das propriedades dos filmes (nível de confiança de 95%).