Aula 3 Materiais polimericos

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11/11/2018
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Prof. Mariana Machado
Seropédica - 2018
MATERIAIS POLIMÉRICOS
IT 242 - Tecnologia de materiais 
empregados na indústria de 
alimentos
Reciclagem
• O processo de reciclagem mecânica de plásticos não é simples;
• Devem ser separados por tipo de plástico;
• A maioria dos produtos plásticos são misturas de diferentes plásticos;
• Aditivos (pigmentos, cargas) dificultam a degradabilidade;
• Muitas vezes são utilizados como combustíveis.
Brasil ~ 21%
Suécia ~53%
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Reciclagem
• Para reutilização na formação de novos plásticos;
Resultam em plásticos de qualidade reduzida;
Utilizados em diferentes aplicações das anteriores.
ECOZZ EcoShopper 
PET 100% reciclado
Degradabilidade
• Alteração irreversível das propriedades do material, através de reações 
químicas;
• Biodegradação consiste na alteração das propriedades físicas e químicas do 
polímero por ação enzimática de micro-organismos em determinadas 
condições de temperatura, umidade, radiação, oxigênio e nutrientes 
orgânicos e minerais; 
• Os plásticos são materiais muito resistentes à degradação no meio ambiente 
(mais de cem anos);
Polímeros degradáveis 
→ preservação do meio ambiente
→ Redução da dependência do petróleo
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Polímeros alternativos
• Polímero verde ou plástico verde ou polietileno verde;
• Agropolímeros;
• Poliésteres biodegradáveis;
• Plástico oxidegradável;
• Plástico hidrossolúvel.
Plásticos biodegradáveis 
ou biopolímeros
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Polímeros verdes
Vantagens:
• Iguais propriedades do polietileno convencional;
• Utilização de recurso renovável;
• Retirada de CO2 da por meio da plantação de cana-de-açúcar;
• Reutilização de água no processo de desidratação do etanol.
Desvantagens:
• Não é biodegradável;
• Necessidade de produção de cana-de-açúcar em larga escala → aumento no 
consumo de água, fertilizantes e etc.;
• Compete com a produção de etanol combustível e produção de alimentos;
• Custo de igual quantidade de plástico “verde” é cerca de 40% maior que do plástico 
convencional.
Plásticos biodegradáveis ou biopolímeros
• Podem ser classificados em dois grupos: Agropolímeros e Poliésteres 
biodegradáveis;
• Principais produzidos no Brasil são: polímero de amido; polilactatos
(PLA); polihidroxialcanoato (PHA).
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Biopolímeros
• Carboidratos (polissacarídeos) 
ou proteínas;
• Amido é o mais comum → Gelificação
→ formando um material “plástico”.
Filmes de agropolímeros
• Filmes são pouco flexíveis, quebradiços e apresentam baixa 
maquinabilidade;
• Melhorar as propriedades mecânicas e de barreira → Introdução de 
aditivos às matrizes poliméricas → Plastificantes, gorduras, emulsificantes
Filme a base de 
proteína do leite
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Sacolas, copos e bandejas biodegradáveis
• CBPak - fabrica bandejas e copos feitos à base de amido de mandioca;
• Embalagens não são comestíveis → depois de moldadas, são 
impermeabilizadas.
• Copo é vendido por R$ 0,20 – 10 x mais caro que o de plástico.
Sacolas biodegradáveis
• Poliéster biodegradáveis;
• Amido de mandioca;
• Glicerol;
• Sais e ácidos orgânicos (estabilizantes).
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Poliésteres biodegradáveis
• Dividem-se em três grupos, de acordo com o processo de produção:
Micro-organismos
• Obtidos somente 
com o processo 
fermentativo;
• Poli(hidroxi-
alcanoatos) (PHA), 
• Poli(β-hidroxibutirato) 
(PHB),
• Poli(hidroxibutirato-
co-valerato) (PHBV),
• Polihidroxibutirato-co-
hidroxihexanoato
(PHBHx).
Biotecnológicos
• Produção 
fermentativa do 
monômero, após 
síntese ou 
polimerização 
convencional.
• Ácido poliláctico
(PLA).
Indústria petroquímica
• Poliésteres 
derivados de 
petróleo,
• São ésteres 
alifáticos, por 
possuírem cadeias 
carbônicas 
hidrolisáveis são 
biodegradáveis.
Polihidroxialcanoato (PHA)
• Algumas bactérias capazes de armazenar carbonos em forma de grânulos de 
polímeros de polihidroxialcanoatos (PHAs) como reserva energética;
• São termoplásticos ou elastômeros;
• São insolúveis em água, são atóxicos, biocompatíveis e biodegradáveis.
• Aplicações: Sacolas, aparelhos de barbear descartáveis, fraldas, embalagens 
de cosméticos, entre outros.
• A sacola de PHA gasta 69% mais energia;
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Polilactatos (PLA)
• O ácido lático é produzido via fermentação de diferentes fontes de açúcar 
(melaço, açúcar ou soro de leite).
• Com a polimerização do ácido lático se obtém o PLA (poliéster alifático) .
• Aplicações em embalagens (filmes, bandejas, copos, garrafas), fraldas, tecidos, 
talheres.
Plástico oxidegradável
• Plásticos que contém aditivos;
• Plástico convencional + no máximo 3% de aditivo = plástico biodegradável 
(compostável) com ciclo de vida controlável.
• Aditivo não altera as características originais do plástico comum;
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Plástico hidrossolúvel
• Aditivo pode tornar o produto solúvel em água;
Defensivos agrícolas;
Sacos para lavanderias hospitalares e industriais;
Produtos de limpeza.
• O contato com a umidade é suficiente para iniciar o processo de decomposição.
Alguns polímeros 
utilizados na indústria 
de alimentos em 
aplicações diferentes 
de embalagens e filmes
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Alguns polímeros utilizados em produtos secos e microencapsulados
ou como espessantes
• Polímeros são utilizados para:
- Aumentar os sólidos do material a ser seco;
- Formar um revestimento do material a ser seco.
• Pode ser composto por um ou mais materiais;
Polissacarídeos Proteína
Maltodextrina Gelatina
Quitosana Albumina
Amido Soro de leite
Derivados de celulose Proteínas vegetais
Alginato e Pectina Caseína
Inulina
Gomas
Escolha: 
Processo, 
Aplicação, 
Liberação, 
Ativo
Amido hidrolisado
• Polímero de amido (normalmente de milho) parcialmente hidrolisado → 
desintegram-se com maior facilidade;
→ cocção mais rápida;
→ formação de géis;
Dextrinas Maltodextrinas
Maior hidrólise Menor hidrólise
Maior Doçura Sem sabor
Maior higroscopicidade Capacidade de produzir viscosidade
Maior fermentabilidade
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Maltodextrina
• Baixo custo;
• Utilizada em pós para shakes, refresco, produtos de panificação, achocolatados, 
suplementos, encapsulados;
• O grau de polimerização é expresso em dextrose equivalente (DE):
DE 100
Glicose
DE 0
Xarope de 
amido
DE 20
Maltodextrina
𝐷𝐸 =
100
𝐷𝑃
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Temperaturas de transição vítrea de maltodextrinas
Compostos Tg (°C)
Glicose 21 a 35 
Maltodextrina DE 25 36
Maltodextrina DE 10 121
Maltodextrina DE 4 160
Amido de milho 150 a 250
Temperaturas de transição vítrea de alimentos
• Alimentos são susceptíveis a mudança de temperatura e umidade do 
ambiente;
• Mudança das propriedades físicas mais comum é a temperatura de transição 
vítrea, que é variável com a temperatura e umidade;
• Conhecimento da Tg de cada material em cada temperatura e atividade de 
água de estocagem → controle das características dos alimentos.
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Estudo de caso
• Produção e caracterização de polpa de açaí desidratada em pó com 
maltodextrina de DE 10 e 20 (Tonon, 2009):
Umidade Atividade de água Antocianinas
MD DE10 2,57% 0,229 3436,9 mg/100g
MD DE20 2,88% 0,245 3402,3 mg/100g
Estabilidade a ambientes 
com diferentes atividades 
de água
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Diagrama de estado
Pectina
• Polímeros compostos por unidades de α-D-ácidos galacturônicos ligados por 
ligações α-1,4;
• Alguns dos grupos carboxila da pectina estão metilados e outros estão livres.
- Pectina de alto grau de metoxilação→ GM > 50%
- Pectina de baixo grau de metoxilação → GM < 50%
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Pectina de alto grau de metoxilação
• Formação do gel depende da temperatura, pH e teor de sólidos solúveis;
Com redução do pH, grupos estão não carregados e levemente 
hidratados → associação das moléculas poliméricas, formando ligações 
hidrofóbicas e pontes de hidrogênio entre as cadeias que resultam em 
rede de cadeias que aprisionam as soluções aquosas
Açúcar → contribui na desidratação da molécula de pectina 
Binômio 
pH x teor de sólidos solúveis
Pectina de baixo grau de metoxilação
• Pectina forma gel na presença de íons bivalente
• Reticulação → ligações cruzadas entre as moléculas
Cadeias estão em uma estrutura de pregas regulares que é estabilizada 
pelos íons cálcio → íons (+) neutralizam a carga entre as duas cadeias de 
pectina (-)
Ligações são fortes e numerosas → Gel termorresistente
↑ teor de cálcio → ↑ força tem o gel
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Pectina
• Independente do tipo de pectina: ↑ teor de pectina 
↑ força do gel
Produtos com baixa 
caloria e dietéticos
Limitação
sabor
Microgéis ou Macrogéis
• Soluções criativas e lúdicas que inspirem 
diferentes consumidores a aquisição do 
produto.
• Gomas, confeitos, recheios e 
encapsulamento 
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Aplicação de
micro e macrogéis
• 500 g de um produto cárneo serão embalados. O produto deve ser estocado 
em câmara frigorífica com UR de 60% e temperatura de 25 °C.
• A área superficial e a permeabilidade da embalagem a ser utilizada é de 400 
cm2 e 22 cm3.μm/m2.dia.kPa, respectivamente. A diferença de pressão 
parcial do oxigênio no equilíbrio é de 21,27 kPa.
• A validade deste produto se estenderá até que ocorra a reação de 0,005 % 
de O2 (m/m) com este. Deseja-se um prazo de validade de 6 meses.
• Calcule a espessura mínima que a embalagem deve ter para que seja 
possível este prazo de validade.
Resposta = 179 μm
Exercício extra 1
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Exercício extra 2
• Uma indústria fornece maçãs minimamente processadas para redes de lanchonetes. O 
Engenheiro de alimentos que trabalha no setor recebeu alguns dados do fornecedor de filmes de 
Policloreto de vinila (PVC). As Figuras mostram o efeito da temperatura sobre a taxa de 
transmissão de O2 e de vapor em um filme de PVC de 25 μm.
• A partir deste filme, são confeccionados sacos com dimensões de 10 cm x 15 cm, que 
armazenarão 50 g de produto. 
• Para a maçã atingir a vida de prateleira necessária, o prazo de validade deve ser finalizado 
quando o produto absorver 2 cm3 de oxigênio/g de produto ou perder 2% de água.
• A umidade inicial do produto é 86% e a atividade de água inicial do produto é 0,98 (ou seja, a 
umidade relativa no interior da embalagem é de 98%) e a umidade relativa no ambiente de 
armazenamento é de 60%. A pressão de vapor d’água é de 1,246 kPa (10 °C). A diferença de 
pressão parcial do oxigênio fora e dentro da embalagem nesta temperatura é de 20,07 kPa. 
Verifique se este filme é adequado para armazenar as maçãs minimamente processadas com 
vida comercial de 15 dias. 
Resposta: O filme é adequado, pois as permeabilidades a O2 e vapor necessárias para a 
vida comercial de 15 dias são maiores que as apresentadas pelo filme a 10 oC.