5.1 - Argila
5.1.1 - Grau de inchamento
O teste do grau de inchamento foi realizado separadamente para as argilas hidrofílicas Dye-10 e BT-5050.
Em uma proveta com 100 ml de água destilada e deionizada foram adicionados lentamente 5g de argila. O material ficou em repouso por 24 h. Após esse tempo, o volume precipitado da argila foi medido. O fator de inchamento livre foi determinado pela Equação 1 (KABIRI, 2003; BURGENTZLÉ, 2004).
S= (Vi-Vs)/ Vs Equação 1
Onde:
S = fator de inchamento livre, Vi = volume da argila inchada (mL)
Vs = volume da argila seca (mL)
5.1.2 - Determinação da capacidade de troca catiônica (CTC)
As amostras de argila foram previamente secas a 110ºC por 2 horas. Em seguida, foram resfriadas e transferidas para um erlenmeyer com 50 mL de solução tampão a pH7. A solução tampão foi preparada com fosfato ácido de potássio e hidróxido de sódio. A mistura de argila e tampão ficou sob agitação por 7 minutos. Transferiu-se a solução de azul de metileno padronizada anteriormente para uma bureta. Adicionou-se 1 mL da solução de azul de metileno ao erlenmeyer e deixou- se agitando por 60 segundos. Coletou-se então uma gota da suspensão titulada no papel de filtro. Esperou-se por 30 segundos e observou-se a ocorrência do aparecimento de um halo azul esverdeado em torno da gota. Repetiu-se este procedimento até que houvesse o aparecimento deste halo. A fim de que se confirmasse o resultado, repetiu-se este procedimento 5 minutos após o
aparecimento do halo. A Capacidade de troca catiônica foi calculada segundo a Equação 2;
CTC = CAM*VAM*100 / Marg Equação 2
Onde:
CAM = concentração da solução de azul de metileno (meq/L)
VAM = volume gasto da solução de azul de metileno (L)
Marg = peso da argila seca (g)
Determinação da capacidade de troca catiônica (CTC) pelo método de azul de metileno (ABNT, NBR 8105, 1983).
5.1.3 - Lavagem
A lavagem foi realizada separadamente para as argilas hidrofílicas Dye-10, BT-5050 e a cálcica.
Com o objetivo de retirar suas impurezas, a argila hidrofílica comercial foi dispersa em água destilada e deionizada a uma concentração de 4% (p/v), sob agitação magnética constante e temperatura ambiente. Esta dispersão ficou sob agitação magnética por um período de 2 horas. Após esse período, a dispersão foi centrifugada a 3500 rpm por 30 minutos e, em seguida, foi seca em estufa a 80°C por um período de 24 h.
A argila previamente seca foi triturada em moinho de bolas Retsch D-42781, modelo S1000, durante um período de 30 minutos com velocidade de 30 rpm. Após a moagem, a argila foi peneirada em peneira ABNT mesh 100 e condicionada em local limpo e completamente seco.
5.2 - Amido
5.2.1 - Determinação do teor de umidade
Uma placa de Petri foi levada à estufa a 105°C por um período de 2 a 3 horas. Após esse período, a placa foi conduzida ao dessecador bem seco para resfriamento. Em seguida, foi pesada. Nessa placa, agora seca, foi adicionado 0,5 g de amido de mandioca in natura. A placa contendo a amostra foi levada à estufa e mantida por 2 horas a 105°C. Após esse tempo, a placa foi novamente resfriada em um dessecador e posteriormente pesada. Esta metodologia foi realizada em triplicata e repetida várias vezes até peso constante, com o objetivo de determinar o teor de umidade contido nos grânulos de amido de mandioca. O teor de umidade foi determinado pela Equação 3:
Teor de Umidade (%) = [(m3-m1 / m2 )x100] Equação 3
Onde:
m1 = massa da placa de Petri
m2 = massa da amostra antes do aquecimento
m3 = peso da amostra com aquecimento 5.2.2 - Preparação das formulações
As misturas de amido de mandioca in natura, com água destilada e deionizada e glicerol como plastificantes, foram preparadas em um bécher de plástico sob agitação mecânica até a obtenção de um material com aspecto homogêneo. Essas misturas foram condicionadas em sacos plásticos fechados e mantidas em refrigerador por 8 dias a 4°C, a fim de permitir a completa absorção dos plastificantes ao amido. Os teores de plastificante adicionados às amostras de amido de mandioca foram de 35 e 40% (m/m), referente a 25% água destilada e deionizada e 10% e 15% de glicerol, percentuais baseados no peso seco do amido.
5.3 - Processamento
5.3.1 - Câmara de Mistura
5.3.1.1- Amido de mandioca
As amostras de amido de mandioca com água destilada e deionizada e glicerol foram processadas em câmara de mistura modelo Rheomix 600, equipada com rotores tipo “Roller” e acoplada ao reômetro de torque Rhecord 9000 (Haake, Karlsruhe, Germany). As amostras foram processadas durante 7,5 minutos a fim de avaliar-se as melhores condições para o processamento dos compósitos de amido de mandioca e argila. As condições de processamento sofreram variações em termos de temperatura e de velocidade de rotação.
5.3.1.2 - Compósitos de amido/argila.
Os compósitos de amido/argila foram obtidos por meio de processamento em câmara de mistura. Os teores de amido variaram de 91% a 100%, baseados no seu peso seco. A temperatura inicial do processamento foi mantida a 90°C e a final em torno de 105°C, durante 7,5 minutos, com velocidade de rotação de 40 rpm. O teor de argila adicionada à mistura variou entre 1% e 9%, baseado no peso total do amido. Pouco antes do início do processamento, a argila foi devidamente misturada às amostras de amido e plastificante, que haviam sido preparadas e acondicionadas anteriormente. Após a mistura, o material foi adicionado ao equipamento e iniciado o processamento. Ao final do tempo de processamento, a rotação foi encerrada e o material foi retirado. O material foi resfriado até temperatura ambiente. As razões entre os principais componentes da misturas encontram-se listados nas Tabelas 1 e 2.
Tabela 1: Composição das misturas com base no peso seco do amido Amostras Amido/MMT-Ca (%) Amostras Amido/MMT-Na (%) Amostras Amido/org (%)
RFO 053 100/0 RFO 053 100/0 RFO 053 100/0
RFO 096 99/1 RFO 064 99/1 RFO 062 99/1
RFO 097 98/2 RFO 072 98/2 RFO 071 98/2
RFO 098 97/3 RFO 077 97/3 RFO 078 97/3
RFO 099 96/4 RFO 083 96/4 RFO 084 96/4
RFO 100 95/5 RFO 090 95/5 RFO 086 95/5
RFO 113 93/7 RFO 092 93/7 RFO 117 93/7
RFO 114 91/9 RFO 094 91/9 RFO 102 91/9
Tabela 2: Composição das misturas com base no peso seco do amido
Amostras (MMT-Ca) Água/glicerol (%) Amostras (MMT-Na) Água/glicerol (%) Amostras (organofílica) Água/glicerol (%)
RFO 053 25/10 RFO 053 25/10 RFO 053 25/10
RFO 096 25/10 RFO 064 25/10 RFO 062 25/10
RFO 097 25/10 RFO 072 25/10 RFO 071 25/10
RFO 098 25/10 RFO 077 25/10 RFO 078 25/10
RFO 099 25/10 RFO 083 25/10 RFO 084 25/10
RFO 100 25/10 RFO 090 25/10 RFO 086 25/10
RFO 113 25/15 RFO 092 25/15 RFO 117 25/15
5.3.2 - Extrusora mono-rosca
As amostras com e sem adição de argila foram processadas em extrusora mono-rosca modelo Rhecord 9000 (Haake, Karlsruhe, Germany), acoplada a um reômetro de torque. Em um primeiro ensaio, foram processadas 7 amostras de compósitos de amido de mandioca/argila com diferentes concentrações de carga e plastificante e uma amostra pura (branco). Todas as concentrações foram baseadas na massa de amido seco.
A extrusora mono-rosca foi alimentada de forma contínua e manual durante todo o processamento. As temperaturas das quatro zonas de aquecimento foram: 70, 80, 95 e 90°C com início na zona de alimentação até a saída da matriz. Todas as temperaturas se mantiveram constantes durante a extrusão. O processamento ocorreu com rotação de 40 rpm, L/D de 25, razão de compressão de ¾, D de 2,56 cm. A matriz utilizada possue geometria de fita com dimensões de 25 mm x 1,0 mm. As razões entre os principais componentes das misturas encontram-se listados na Tabela 3.
Tabela 3: Composição das misturas com base no peso seco do amido
Amostras Amido/MMT-Ca (%) Água/glicerol (%) RFO Pura 100/0 25/10 RFO A 99/1 25/10 RFO B 98/2 25/10 RFO C 97/3 25/10 RFO D 94/6 25/10 RFO E 93/7 25/15 RFO F 91/9 25/15
5.4 - Energia mecânica específica (SME)
O torque desenvolvido durante o processamento das amostras em câmara de mistura foi obtido dos dados mostrados no reômetro de torque. A energia mecânica específica (SME) absorvida durante o processamento de cada amostra foi calculada por meio da Equação abaixo (REDL, 2003).
∫
=
tdt
t
C
m
N
SME
0(
)
2π
Equação 4 Onde: N = velocidade de rotação (rpm), m = massa total da amostra (g), t = tempo de processamento (min)C(t) = torque produzido durante o tempo de processamento (N/m). A SME é expresso em kJ/kg.
5.5 – Moldagem por compressão
As amostras de amido de mandioca e dos compósitos amido/argila obtidos por processamento em câmara de mistura e extrusora mono-rosca foram moldados em prensa Carver Laboratory Press, modelo C. As amostras foram submetidas a uma pressão de 68,9 x 106 P
a com temperatura de 110 °C durante 10 minutos, de
modo a evitar a degradação do material. E após a fusão, as amostras foram resfriadas por 5 minutos em prensa hidráulica com circulação de água sob mesma pressão para obtenção do filme. As dimensões do espaçador usado são 129 mm de comprimento, 73,5 mm de largura e 1 mm de espessura.
5.6 - Obtenção de corpos de prova em cunho
Corpos de provas com dimensões de 12 mm de largura x 60 mm sugeridas na norma ASTM 930-77a para ensaio de tração foram preparadas com as amostras de amido de mandioca e dos compósitos amido/argila obtidas por processamento em câmara de mistura e por moldagem por compressão (prensa).
5.7 - Corpos de prova por injeção (tentativa)
As misturas de amido de mandioca com plastificante foram introduzidas em uma injetora de bancada, modelo RR 3400. A injetora foi alimentada manualmente e o material foi injetado a uma pressão de injeção de 62,01x103 Pa a uma temperatura
de 100°C. A temperatura foi mantida constante durante todo processamento.
5.8 - Análise termogravimétrica (TGA)
A estabilidade térmicas das amostras de amido de mandioca e dos compósitos amido/argila foram analisadas por termogravimetria em analisador termogravimétrico, equipamento Perkin-Elmer TGA-7 (Norwalk, USA). Cerca de 10 mg de cada amostra foram cortadas e analisadas. As corridas foram obtidas por aquecimento das amostras de 30 a 700°C, com uma taxa de aquecimento de 10°C/min sob atmosfera de nitrogênio.
5.9 - Difração de raios-X
Os filmes de amido de mandioca e dos compósitos amido/argila obtidos na prensa foram cortados em quadrados de tamanho de aproximadamente 2 cm x 2 cm de espessura e acoplados ao equipamento. As amostras foram analisadas em um difratrômetro de raios-X Miniflex (Rigaku Corporation, Japan), equipado com uma fonte de radiação gerada a 30 kV e 15 mA, o qual opera no comprimento de onda de 1.542 Ẳ, correspondente à banda CuKα. Os difratogramas foram obtidos sob
velocidade de 1° (2θ) / min com um passo de 0,05. A radiação foi detectada por meio de um detector proporcional. Os difratogramas foram obtidos no modo de reflexão na faixa angular de 2 a 35° (2θ).
5.10 – Medidas de ângulo de contato
As amostras de amido de mandioca e dos compósitos amido/argila obtidas após processamento em câmara de mistura e extrusora seguidos de moldagem por compressão (prensa) foram cortadas com dimensões de 5 cm de comprimento, 1 cm de largura e 2 cm de espessura. Cada amostra foi acoplada ao goniômetro de ângulo de contato NRL com sistema de análise de imagens N°catálogo 100- 00(115/220)-5 RHI-2001 Imaging software, fabricado pela Rainé-Hart, operado em ar e a temperatura ambiente. As amostras posicionadas no goniômetro receberam uma gota de 2 mL de água em sua superfície, oriunda de uma seringa com agulha. Foram realizadas 20 medidas em 2s.
5.11 - Ensaios mecânicos sob tração
As propriedades mecânicas dos compósitos amido/argila foram medidas em Máquina Universal de Ensaios da marca Instron, modelo 4204 (Canton, USA). O equipamento possui garras pneumáticas para tensão com distância de 25,4 mm e velocidade de separação entre elas de 1 mm/min com célula de carga de 1KN. O corpo de prova usado foi do tipo gravata de acordo com a Norma ASTM 930-77a.
Cada amostra deu origem a, no mínimo, nove corpos de prova para a obtenção dos dados de módulo de elasticidade, tensão máxima no estiramento e alongamento máximo. Dentre os valores encontrados, os valores menores e os maiores foram desprezados, somente os medianos foram considerados.
5.12 - Microscopia eletrônica de varredura (SEM)
As amostras de amido de mandioca e dos compósitos amido/argila obtidas após processamento em câmara de mistura e extrusora foram congeladas com nitrogênio liquido e fraturados em pedaços pequenos. As superfícies fraturadas foram recobertas com ouro e observadas por microscopia eletrônica de varredura (Microscópio JEOL, JSM-561OLV, Kyoto, Japan). As microfotografias das superfícies recobertas com ouro foram feitas usando feixes de elétrons secundários de 5kV a 15kV.