Aula_10_MP_polimeros_biodegradaveis_04122019

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Aula 10
Polímeros biodegradáveis
Disciplina: Materiais Poliméricos
Professora: Ana Carolina D. Pfluck
Ano: 2º Semestre - 2019
CURSO TÉCNICO EM PLÁSTICOS SUBSEQUENTE
Materiais Poliméricos
Polímeros Biodegradáveis
Conceitos
• O que é degradação?
• Qual a causa da degradação?
Polímeros Biodegradáveis
Conceitos
• Degradação: alteração irreversível da estrutura do material associada à 
perda de propriedades (ex: cor, massa molar, desempenho mecânico, 
etc.) e/ou fragmentação. A degradação é dependente do meio, ocorre 
num período de tempo e pode envolver uma ou mais fases.
Degradação é causada por:
- calor, umidade, radiação, microorganismos, oxigênio, gás carbônico, água
Tipos:
• Degradação aeróbica: Gera CO2 e água na presença de oxigênio.
• Degradação anaeróbica: Gera CH4 sem o oxigênio.
O gás metano gera 24x mais calor que o CO2 no aquecimento global.
Materiais Poliméricos
Polímeros Biodegradáveis
Degradação
Materiais Poliméricos
Taxa de Degradação: depende de
• ambiente
• temperatura
• pH
• concentração de oxigênio
• área superficial
• massa molecular
• grau de cristalinidade
• grau de reticulações
Polímeros Biodegradáveis
Degradação
úmido
seco
Materiais Poliméricos
Polímeros Biodegradáveis
Conceitos
• Degradação: alteração irreversível da estrutura do material associada à 
perda de propriedades (ex: cor, massa molar, desempenho mecânico, 
etc.) e/ou fragmentação. A degradação é dependente do meio, ocorre 
num período de tempo e pode envolver uma ou mais fases.
• Biodegradação: degradação causada por atividade biológica, 
especialmente enzimática, associada a uma alteração significativa da 
estrutura química do material.
• Fragmentação: A simples fragmentação do plástico pode ocasionar a 
chamada 'poluição invisível', mais difícil de controlar, e que torna 
impossível qualquer processo de revalorização.
Materiais Poliméricos
Polímeros Biodegradáveis
Conceitos
Conceito: polímero cuja degradação resulta da ação de microorganismos
de ocorrência natural como bactérias, fungos e algas.
Polímeros Biodegradáveis
Materiais Poliméricos
Polímeros Biodegradáveis
Conceitos
• Polímero biodegradável:
• Biopolímeros:
• Polímeros verdes:
Materiais Poliméricos
Polímeros Biodegradáveis
Conceitos
• Polímero biodegradável: polímero cuja degradação resulta da ação de 
microorganismos de ocorrência natural como bactérias, fungos e algas.
• Biopolímeros (polímeros naturais): polímeros que são produzidos por fontes 
naturais renováveis e são, frequentemente, biodegradáveis e não tóxicos. 
- sistemas naturais (microrganismos, plantas e animais)
- sintetizados quimicamente usando como matéria-prima materiais 
biológicos (ex: açúcar, óleos, gorduras, etc).
• Polímeros verdes: atribuído aos polímeros que outrora eram sintetizados a 
partir de matéria-prima proveniente de fontes fósseis, mas que passaram 
também a ser sintetizados a partir de fontes renováveis. 
- Não são biodegradáveis, 
- São biopolímeros.
Materiais Poliméricos
Um polímero biodegradável é aquele que se
decompõe pela ação de microorganismos
(bactérias, fungos ou algas) formando
dióxido de carbono (CO2), água e biomassa.
Polímeros Biodegradáveis
Tipos de microorganismos:
• Fungos: requerem O2, baixo pH (4,5 - 5,0) e temperaturas de 30 - 45
ºC.
Exemplos: Aspergillus niger, Penicillium funiculosum
• Bactérias: podem ser aeróbicas ou anaeróbicas e crescem em uma 
ampla faixa de temperaturas, e faixa de pH entre 5,0 e 7,0. 
Exemplo: Pseudomonas aeruginosa
Microorganismos
Materiais Poliméricos
Biodegradabilidade é certificada segundo normas 
• americanas (ASTM D-6400)
• européias (EN-13432)
Biodegradação em até 180 dias em condições de compostagem (com temperatura, 
umidade, luz e microorganismos controlados);
Polímeros Biodegradáveis
Processo de biodegradação do PET biodegradável após 80 dias
Biodegradação
Materiais Poliméricos
Compostagem: 
Polímeros Biodegradáveis
Testes de biodegradação
É um processo que controla a decomposição biológica e transformação 
de materiais biodegradáveis via tratamento aeróbico em uma substância 
semelhante ao húmus chamado de composto: a decomposição do 
material biodegradável resulta na produção de CO2, água, minerais e 
matéria orgânica estabilizada (adubo ou húmus)
Materiais Poliméricos
Certificação de compostagem de um determinado material:
• Caracterização química do material: análise de metais pesados e sólidos 
voláteis na composição do material.
• Biodegradação: quantificada através da relação entre a quantidade de CO2
emitida pelo plástico compostável com a quantidade emitida por uma amostra 
padrão, durante sua biodegradação, após um período de tempo (ASTM D5338)
• Desintegração: o material deve fisicamente se desintegrar, mais de 90% em 
pedaços menores que 2 mm em 90 dias (ISO 16929 e ISO 20200).
• Ecotoxidade: verifica se nenhum material tóxico, que atrapalharia o 
desenvolvimento de plantas, pode ser gerado durante o processo.
Polímeros Biodegradáveis
Testes de biodegradação
Materiais Poliméricos
Respirometria: Teste de Sturm Modificado
Mede a respiração dos microorganismos pela
evolução do CO2 em função do tempo.
 Modificado: meio sólido
 Original: meio aquoso
• Contém os microorganismos em um meio de
cultura (água, solo, composto de lixo orgânico,
etc.) mais a fonte de carbono (polímero).
• Equipamento: Biômetros
Polímeros Biodegradáveis
Testes de biodegradação
Materiais Poliméricos
Polímeros Biodegradáveis
Principais aplicações de polímeros biodegradáveis:
• Embalagens industriais e domésticas
• Sacos
• Fibras
• Filmes para a agricultura
• Artigos de cutelaria (catering)
• Brinquedos
• Na medicina
• Produtos de higiene
• Cosméticos
Aplicações
Materiais Poliméricos
Descarte
• Áreas de compostagem: métodos preferenciais para descartar os 
produtos biodegradáveis (transformam-se em húmus em até 180 dias)
• Aterros sanitários: necessitam de um período mais longo de tempo, 
devido à falta de oxigênio e umidade necessários
Polímeros Biodegradáveis
Portanto, não basta apenas ser certificado como 
compostável se o destino final do material biodegradável 
não for a unidade de compostagem.
Biodegradável: degradação em período curto de tempo, e sob condições 
adequadas (temperatuda, umidade, pH, microorganismos, disponibilidade de O2).
Devem ser descartados juntamente com o lixo orgânico e levados 
à unidades de compostagem.
Materiais Poliméricos
PHB-HV: Poli(hidroxibutirato-co-hidroxivalerato)
• HV flexibiliza um pouco a cadeia polimérica 
• Resistente à água
• Cristanilidade: 60%
• Processabilidade: extrusão e injeção
Polímeros Biodegradáveis
Exemplos
Materiais Poliméricos
Ecoflex / Ecovio - BASF
• Ácido tereftálico, butanodiol, ácido adípico
• Filmes transparentes
• Larga escala comercial
Polímeros Biodegradáveis
Exemplos
Materiais Poliméricos
Ecobras - BASF
Aplicações:
• Filmes em tubetes para reflorestamento
• Embalagens injetadas
• Sacolas plásticas
Polímeros Biodegradáveis
Exemplos
• É composto de 50% Ecoflex® + 50% amido de milho modificado (fonte renovável)
• Produzido no Brasil pela Corn Products
• Segundo a BASF, em 4 semanas se degrada no solo.
Materiais Poliméricos
Classificação dos polímeros biodegradáveis
Polímeros Biodegradáveis
Classificação
Materiais Poliméricos
• Polímeros de fontes naturais, como 
amido de milho, mandioca e batata
• Facilmente biodegradável
• Econômico
• Baixa resistência mecânica 
(quebradiço)
• Solúvel em água
Polímeros Biodegradáveis
Polímeros de amido. Uso em embalagens
Classificação
1. Polímeros biodegradáveis de fonte renovável
Materiais Poliméricos
Exemplo: TPS (Thermoplastic Starch) - Amido termoplástico
1. Polímeros biodegradáveis de fonte renovável
Polímeros Biodegradáveis
Classificação
TPS Comercial: Mater-Bi 
Novamont / Itália
Materiais Poliméricos
Exemplo: Polihidroxialcanoato (PHA)
Aplicações:
• Embalagem de, alimentos, cosméticose para agricultura
• Implantes médicos (ortopédicos e cardiovascular)
• Utensílios descartáveis (copos)
• Garrafas e filme
• Componentes eletrônicos
• Indústrias: automóvel, têxteis, adesivos e tintas
Polímeros Biodegradáveis
Classificação
2. Polímeros biodegradáveis de origem microbiana
PHA - família de poliésteres produzidos por bactérias
através de biossíntese direta de carboidratos da cana-de-
açúcar e do milho ou de óleos vegetais.
Materiais Poliméricos
Exemplo: PLA – Poli(ácido lático)
Poliéster proveniente da esterificação do ácido lático produzido por fermentação 
ou a partir do lactídeo.
Polímeros Biodegradáveis
Classificação
3. Polímeros biodegradáveis de origem biotecnológica
Cana-de-açúcar
PLA lactídeo
PLA aplicações
Reciclagem
Compostagem
e energia
Plantação
Materiais Poliméricos
Exemplo: PLA – Poli(ácido lático)
Polímeros Biodegradáveis
Classificação
3. Polímeros biodegradáveis de origem biotecnológica
PLA Comercial: NatureWorks 
Aplicações:
• Filmes
• Embalagens
• Produtos de higiene
• Suturas e clips
• Fixações ortopédicas (parafusos)
• Implantes
• Fibras têxteis
Materiais Poliméricos
Exemplo: PCL (Policaprolactona)
O PCL é um poliéster sintetizado a partir de fonte não renovável (caprolactona).
Polímeros Biodegradáveis
Classificação
4. Polímeros biodegradáveis de origem petroquímica
Materiais Poliméricos
Exemplo: PCL (Policaprolactona)
PCL Comercial: Solvay Capa 6500 
• Termoplástico poliéster de alto peso molecular;
• Flexível logo após à injeção.
• Endurece um dia depois.
Aplicações:
• Sacos biodegradáveis
• Adesivos
• Indústrias: automóvel e calçado
• Área médica (suturas, talas ortopédicas, 
impressões dentárias
Polímeros Biodegradáveis
Classificação
4. Polímeros biodegradáveis de origem petroquímica
Materiais Poliméricos
• Polímeros sintetizados a partir de matéria prima oriunda de fonte 
renovável. 
• Apresentam as mesmas características dos polímeros obtidos de fontes 
fósseis.
• Não são biodegradáveis, entretanto, pelo fato de serem provenientes 
de fontes renováveis, são classificados como biopolímeros.
Polímeros Verdes
Materiais Poliméricos
PE Verde comercial: Braskem
Polímeros Verdes
Materiais Poliméricos
• São polímeros biodegradáveis que podem ser assimilados por um 
sistema biológico 
• Eles devem ser absorvidos pelo organismo na mesma escala de tempo 
em que ocorre a regeneração de um tecido
• De um modo geral eles são degradados por hidrólise e não pela ação de 
microorganismos
• São usados em aplicações médicas para confeccionar suturas, implantes 
e fixações ósseas
Polímeros Bioabsorvíveis
Materiais Poliméricos
Polímeros oxibiodegradáveis contêm aditivos (compostos de metais de transição) 
que aceleram sua degradação oxidativa na presença de luz ou calor, a fim de 
formar fragmentos oxidados que sejam passíveis de sofrer biodegradação.
Polímeros Oxibiodegradáveis
Desvantagem: há a 
fragmentação em pedacinhos de 
plástico que acaba indo para 
córregos, rios, lagos, represas e 
mares, contaminando.
Materiais Poliméricos
Exemplo: PEAD/PELBD - D2W
2 Dias em câmara C-UV – Aceleração do envelhecimento 
Polímeros Oxibiodegradáveis
Materiais Poliméricos
De Paoli, M. A.; DEGRADAÇÃO E ESTABILIZAÇÃO DE POLÍMEROS. 
Chemkeys, 2ª versão on-line (revisada), 2008.