Bioplásticos: como são produzidos, tipos, vantagens, desvantagens

Os bioplásticos são qualquer maleável à base de polímeros de origem petroquímica ou biomassa que são material biodegradável. Semelhante aos plásticos tradicionais sintetizados a partir do petróleo, estes podem ser moldados para produzir vários objetos.

Dependendo de sua origem, os bioplásticos podem ser obtidos a partir de biomassa (de base biológica) ou de origem petroquímica. Por outro lado, de acordo com seu nível de decomposição, existem bioplásticos biodegradáveis ​​e não biodegradáveis.

Bioplásticos: como são produzidos, tipos, vantagens, desvantagens 1

Talheres confeccionados em poliéster biodegradável. Fonte: Scott Bauer [Domínio público]

A ascensão dos bioplásticos surge em resposta aos inconvenientes gerados pelos plásticos convencionais. Isso inclui o acúmulo de plásticos não biodegradáveis ​​nos oceanos e aterros sanitários.

Por outro lado, os plásticos convencionais têm uma alta pegada de carbono e alto teor de elementos tóxicos. Por outro lado, os bioplásticos têm várias vantagens, pois não produzem elementos tóxicos e são geralmente biodegradáveis ​​e recicláveis.

Entre as principais desvantagens dos bioplásticos, destaca-se o alto custo de produção e a menor resistência. Além disso, algumas das matérias-primas utilizadas são alimentos em potencial, o que representa um problema econômico e ético.

Alguns exemplos de objetos bioplásticos são bolsas biodegradáveis, além de partes de veículos e telefones celulares.

Características dos bioplásticos

Importância econômica e ambiental dos bioplásticos

Bioplásticos: como são produzidos, tipos, vantagens, desvantagens 2

Vários objetos utilitários feitos com bioplásticos. Fonte: Hwaja Götz [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], via Wikimedia Commons

Recentemente, tem havido maior interesse científico e industrial na produção de plásticos a partir de matérias-primas renováveis ​​que são biodegradáveis.

Isso ocorre porque as reservas mundiais de petróleo estão se esgotando, pois há uma maior conscientização dos graves danos ambientais causados ​​pelos petroplásticos.

Com uma demanda crescente por plásticos no mercado mundial, a demanda por plásticos biodegradáveis ​​também está aumentando.

Biodegradabilidade

Os resíduos bioplásticos biodegradáveis ​​podem ser tratados como resíduos orgânicos, de degradação rápida e não poluentes. Por exemplo, eles podem ser usados ​​como emendas aos solos de compostagem, pois são reciclados naturalmente por processos biológicos.

Bioplásticos: como são produzidos, tipos, vantagens, desvantagens 3

Bioplásticos com inúmeros usos comerciais. Fonte: F. Kesselring, FKuR Willich [CC BY-SA 3.0 de (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/de/deed.en)], via Wikimedia Commons

Limitações de bioplásticos

A fabricação de bioplásticos biodegradáveis ​​enfrenta grandes desafios, porque os bioplásticos têm propriedades inferiores aos petroplásticos e sua aplicação, embora crescente, é limitada.

Melhoria das propriedades dos bioplásticos

Para melhorar as propriedades dos bioplásticos, estão sendo desenvolvidas misturas de biopolímeros com vários tipos de aditivos, como nanotubos de carbono e fibras naturais modificadas por processos químicos.

Em geral, os aditivos aplicados aos bioplásticos melhoram propriedades como:

  • Rigidez e resistência mecânica.
  • Propriedades de barreira ao gás e à água.
  • Resistência ao calor e termoestabilidade.

Essas propriedades podem ser projetadas no bioplástico através de métodos químicos de preparação e processamento.

Como são produzidos os bioplásticos?

Bioplásticos: como são produzidos, tipos, vantagens, desvantagens 4

Bioplástico para embalagem de amido termoplástico. Fonte: Christian Gahle, nova-Institut GmbH [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)]

-Breve história

Os bioplásticos são anteriores aos plásticos sintéticos convencionais derivados do petróleo. O uso de polímeros de material vegetal ou animal para a produção de material plástico remonta ao século XVIII com o uso de borracha natural (Hevea brasiliensis latex).

O primeiro bioplástico, embora não tenha esse nome, foi desenvolvido em 1869 por John Wesley Hyatt Jr., que produzia um plástico derivado da celulose de algodão como substituto do marfim. Além disso, no final do século XIX, a caseína do leite era usada para a produção de bioplásticos.

Nos anos 40, a empresa Ford explorou alternativas para usar matérias-primas vegetais na produção de partes de seus carros. Essa linha de pesquisa foi impulsionada por restrições ao uso de aço pela guerra.

Como resultado, em 1941, a empresa desenvolveu um modelo de carro com carroçaria construída a partir de derivados principalmente de soja. No entanto, após o término da guerra, essa iniciativa não foi continuada.

Em 1947, o primeiro bioplástico técnico, Poliamida 11 (Rilsan como marca comercial) é produzido. Posteriormente, na década de 1990, surgiram PLA (ácido polilático), PHA (poli-hidroxialcanoatos) e amidos plastificados.

-Matéria prima

Bioplásticos de base biológica são aqueles produzidos a partir de biomassa vegetal. As três fontes básicas de matéria-prima de base biológica são as seguintes.

Polímeros naturais de biomassa

Polímeros naturais feitos diretamente pelas plantas, como amido ou açúcares, podem ser usados. Por exemplo, “Plástico de batata” é um bioplástico biodegradável feito de amido de batata.

Polímeros sintetizados a partir de monômeros de biomassa

Uma segunda alternativa é sintetizar polímeros a partir de monômeros extraídos de fontes vegetais ou animais. A diferença entre esta rota e a anterior é que aqui é necessária uma síntese química intermediária.

Por exemplo, Bio-PE ou polietileno verde é produzido a partir de etanol obtido da cana-de-açúcar.

Os bioplásticos também podem ser produzidos a partir de fontes animais, como glicosaminoglicanos (GAG), que são proteínas da casca de ovo. A vantagem desta proteína é que ela permite obter bioplásticos mais resistentes.

Biotecnologia baseada em culturas bacterianas

Outra maneira de produzir polímeros para bioplásticos é através da biotecnologia através de culturas bacterianas. Nesse sentido, muitas bactérias sintetizam e armazenam polímeros que podem ser extraídos e processados.

Para isso, as bactérias são crescidas massivamente em meios de cultura adequados e depois processadas para purificar o polímero específico. Por exemplo, o PHA (poli-hidroxialcanoatos) é sintetizado por diferentes gêneros bacterianos que crescem em um ambiente com excesso de carbono e sem nitrogênio ou fósforo.

As bactérias armazenam o polímero na forma de grânulos no citoplasma, que são extraídos através do processamento das massas bacterianas. Outro exemplo é o PHBV (polihidroxi butil valverato), obtido a partir de bactérias alimentadas com açúcares obtidos de detritos vegetais.

A principal limitação dos bioplásticos obtidos por essa via é o custo de produção, principalmente devido aos meios de cultura necessários.

Combinação de polímero natural e polímero biotecnológico

A Universidade de Ohio desenvolveu um bioplástico bastante resistente, combinando borracha natural com bioplástico PHBV, peróxido orgânico e triacrilato de trimetilolpropano (TMPTA).

-Processo de produção

Os bioplásticos são obtidos por vários processos, dependendo da matéria-prima e das propriedades desejadas. Os bioplásticos podem ser obtidos através de processos elementares ou processos industriais mais complexos.

Processo básico

O cozimento e a moldagem podem ser feitos no caso de polímeros naturais, como amido ou amido de milho ou batata.

Assim, uma receita elementar para produzir um bioplástico é misturar amido de milho ou amido de batata com água, adicionando glicerina. Posteriormente, esta mistura é submetida a cozimento até engrossar, ser moldada e deixar secar.

Processos de média complexidade

No caso de bioplásticos produzidos com polímeros sintetizados a partir de monômeros de biomassa, os processos são um pouco mais complexos.

Por exemplo, o Bio-PE obtido a partir do etanol de cana requer uma série de etapas. A primeira coisa é extrair o açúcar da cana para obter etanol por fermentação e destilação.

O etanol é então desidratado e o etileno é obtido, o qual deve ser polimerizado. Finalmente, os objetos baseados neste bioplástico são fabricados usando máquinas de termoformação.

Processos complexos e mais caros

Quando se refere a bioplásticos produzidos a partir de polímeros obtidos por biotecnologia, a complexidade e os custos aumentam. Isso ocorre porque estão envolvidas culturas bacterianas que requerem meios de cultura específicos e condições de crescimento.

Este processo é baseado no fato de que certas bactérias produzem polímeros naturais que são capazes de armazenar no interior. Portanto, a partir dos elementos nutricionais apropriados, esses microorganismos são cultivados e processados ​​para extrair os polímeros.

Os bioplásticos também podem ser fabricados a partir de algumas algas, como Botryococcus braunii . Essa microalga é capaz de produzir e até excretar hidrocarbonetos no meio, a partir do qual são obtidos combustíveis ou bioplásticos.

-Manufatura de produtos bioplásticos

O princípio básico é a moldagem do objeto, graças às propriedades plásticas deste composto por pressão e calor. O processamento é feito por extrusão, injeção, injeção e sopro, sopro de pré-forma e termoformagem e, finalmente, é submetido a resfriamento.

Tipos

Bioplásticos: como são produzidos, tipos, vantagens, desvantagens 5

Embalagem feita de acetato de celulose. Fonte: Christian Gahle, nova-Institut GmbH [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)]

Existem várias abordagens para a classificação de bioplásticos e elas não são isentas de controvérsias. De qualquer forma, os critérios dos quais é dividido para definir os diferentes tipos são a origem e o nível de decomposição.

-Origin

De acordo com uma abordagem generalizada, os bioplásticos podem ser classificados por origem em base biológica ou não. No primeiro caso, os polímeros são obtidos a partir de biomassa vegetal, animal ou bacteriana e, portanto, são recursos renováveis.

Por outro lado, bioplásticos não de base biológica são aqueles produzidos com polímeros sintetizados a partir de petróleo. No entanto, como se trata de um recurso não renovável, alguns especialistas consideram que não devem ser tratados como bioplásticos.

Nível de decomposição

Quanto ao nível de decomposição, os bioplásticos podem ser biodegradáveis ​​ou não. Os biodegradáveis ​​se decompõem em períodos relativamente curtos (dias a alguns meses) quando são submetidos a condições adequadas.

Por outro lado, os bioplásticos não biodegradáveis ​​se comportam como plásticos convencionais de origem petroquímica. Nesse caso, o período de decomposição é medido em décadas e até séculos.

Com relação a esse critério, também há controvérsia, pois alguns estudiosos consideram que um verdadeiro bioplástico deve ser biodegradável.

-Original e biodegradação

Quando os dois critérios anteriores são combinados (origem e nível de decomposição), os bioplásticos podem ser classificados em três grupos:

  1. Provenientes de matérias-primas renováveis ​​(de base biológica) e biodegradáveis.
  2. Os obtidos a partir de matérias-primas renováveis ​​(de base biológica), mas não biodegradáveis.
  3. Obtidos a partir de matérias-primas de origem petroquímica, mas biodegradáveis.

É importante destacar que, para considerar um polímero como bioplástico, é necessário inserir uma dessas três combinações.

Biobasados-biodegradáveis

Entre os bioplásticos de base biológica e biodegradável, temos o ácido polilático (PLA) e o poli-hidroxialcanoato (PHA). O PLA é um dos bioplásticos mais utilizados e é obtido principalmente do milho.

Este bioplástico possui propriedades semelhantes ao tereftalato de polietileno (PET, plástico convencional do tipo poliéster), embora seja menos resistente a altas temperaturas.

Por sua vez, o PHA possui propriedades variáveis, dependendo do polímero específico que o constitui. É obtido a partir de células vegetais ou por biotecnologia a partir de culturas bacterianas.

Esses bioplásticos são muito sensíveis às condições de processamento e seu custo é até dez vezes superior aos plásticos convencionais.

Outro exemplo dessa categoria é o PHBV (poli-hidroxi-butil-valverato), obtido a partir de resíduos vegetais.

Biobasados ​​não biodegradáveis

Nesse grupo, temos o bio-polietileno (BIO-PE), com propriedades semelhantes às do polietileno convencional. Por sua vez, o Bio-PET, possui características semelhantes ao tereftalato de polietileno.

Ambos os bioplásticos são comumente fabricados a partir da cana-de-açúcar, obtendo o bioetanol como intermediário.

A bio-poliamida (PA), que é um bioplástico reciclável com excelentes propriedades de isolamento térmico, também pertence a esta categoria.

-Não biodegradável

A biodegradabilidade tem a ver com a estrutura química do polímero e não com o tipo de matéria-prima utilizada. Portanto, os plásticos biodegradáveis ​​podem ser obtidos do petróleo com o processamento adequado.

Um exemplo desse tipo de bioplástico são as policaprolactonas (PCL), que são usadas na fabricação de poliuretanos. Este é um bioplástico obtido a partir de derivados de petróleo, bem como succinato de polibutileno (PBS).

Vantagens

Bioplásticos: como são produzidos, tipos, vantagens, desvantagens 6

Embalagem de doces feita de PLA (ácido polilático). Fonte: F. Kesselring, FKuR Willich [CC BY-SA 3.0 de (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/de/deed.en)]

Eles são biodegradáveis

Embora nem todos os bioplásticos sejam biodegradáveis, a verdade é que, para muitas pessoas, essa é sua característica fundamental. De fato, a busca por essa propriedade é um dos motores fundamentais do boom dos bioplásticos.

Os plásticos convencionais à base de petróleo e não biodegradáveis ​​levam centenas e até milhares de anos para se decompor. Essa situação representa um problema sério, pois os aterros sanitários e os oceanos são preenchidos com plásticos.

Portanto, a biodegradabilidade é uma vantagem muito importante, pois esses materiais podem se decompor em semanas, meses ou alguns anos.

Eles não poluem o meio ambiente

Por serem materiais biodegradáveis, os bioplásticos deixam de ocupar espaço como lixo. Além disso, eles têm a vantagem adicional de que, na maioria dos casos, não contêm elementos tóxicos que podem liberar o meio ambiente.

Eles têm uma pegada de carbono menor

Tanto no processo de produção de bioplásticos quanto na decomposição, menos CO2 é liberado do que no caso dos plásticos convencionais. Em muitos casos, eles não liberam metano ou em quantidades reduzidas e, portanto, têm pouco impacto no efeito estufa.

Por exemplo, os bioplásticos obtidos a partir do etanol de cana reduzem as emissões de CO2 em até 75% em comparação com os derivados de petróleo.

Mais seguro para transportar alimentos e bebidas

Geralmente, nenhuma substância tóxica é usada na preparação e composição de bioplásticos. Portanto, eles representam menos risco de contaminação para os alimentos ou bebidas contidos neles.

Ao contrário dos plásticos convencionais que podem produzir dioxinas e outros componentes contaminantes, os bioplásticos de base biológica são inofensivos.

Desvantagens

As desvantagens estão relacionadas principalmente ao tipo de bioplástico usado. Entre outros, temos o seguinte.

Menor resistência

Uma limitação apresentada pela maioria dos bioplásticos em comparação aos plásticos convencionais é a sua menor resistência. No entanto, essa propriedade é a que está associada à sua capacidade de biodegradar.

Maior custo

Em alguns casos, as matérias-primas usadas para a produção de bioplásticos são mais caras que as do petróleo.

Por outro lado, a produção de alguns bioplásticos implica custos de processamento mais altos. Em particular, esses custos de produção são maiores nos produzidos por processos biotecnológicos, incluindo a cultura de massa de bactérias.

Use conflito

Os bioplásticos produzidos a partir de matérias-primas alimentares competem com as necessidades de alimentos humanos. Portanto, como é mais rentável dedicar culturas à produção de bioplásticos, elas são removidas do circuito de produção de alimentos.

No entanto, esta desvantagem não se aplica aos bioplásticos obtidos a partir de resíduos não comestíveis. Entre esses resíduos, temos resíduos de culturas, algas não comestíveis, lignina, cascas de ovos ou exoesqueletos de lagosta.

Eles não são fáceis de reciclar

O bioplástico do PLA é muito semelhante ao plástico PET convencional (tereftalato de polietileno), mas não é reciclável. Portanto, se os dois tipos de plástico forem misturados em um recipiente de reciclagem, esse conteúdo não poderá ser reciclado.

Nesse sentido, existe o medo de que o uso crescente do PLA possa prejudicar os esforços existentes para reciclar plásticos.

Exemplos e seus usos de produtos produzidos com bioplásticos

Bioplásticos: como são produzidos, tipos, vantagens, desvantagens 7

Recipiente de vinho feito com bioplástico a partir de resíduos agrícolas e micélios. Fonte: Mycobond [CC BY-SA 2.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.0)]

Objetos descartáveis ​​ou descartáveis

Os elementos que geram mais resíduos são recipientes, embalagens, pratos e talheres ligados a fast food e sacolas de compras. Portanto, neste campo, os bioplásticos biodegradáveis ​​desempenham um papel importante.

Portanto, vários produtos bioplásticos foram desenvolvidos com o objetivo de influenciar a redução da geração de resíduos. Entre outros, temos a sacola biodegradável feita com Ecovio de BASF ou a garrafa plástica feita de PLA obtida a partir de milho pela Safiplast na Espanha.

Cápsulas de água

A empresa Ooho criou cápsulas biodegradáveis ​​de algas com água, em vez das garrafas tradicionais. Essa proposta foi muito inovadora e bem-sucedida e já foi testada na maratona de Londres.

Agricultura

Em algumas culturas, como o morango, uma prática comum é cobrir o solo com uma folha de plástico para controlar as ervas daninhas e evitar o congelamento. Nesse sentido, o preenchimento bioplástico como o Agrobiofilm foi desenvolvido para substituir os plásticos convencionais.

-Objetos para aplicações duráveis

O uso de bioplásticos não se restringe a objetos de uso e descarte, mas pode ser usado em objetos mais duráveis. Por exemplo, a empresa da Zoë b Organic produz brinquedos de praia.

Componentes de equipamento complexo

A Toyota utiliza bioplásticos em algumas peças de automóvel, como componentes de condicionadores de ar e painéis de controle. Para isso, utiliza bioplásticos como Bio-PET e PLA.

Por seu turno, a Fujitsu usa bioplásticos para criar mouse de computador e partes de teclado. No caso da empresa Samsung, alguns telefones celulares têm casos feitos em grande parte de bioplástico.

-Construção e engenharia civil

Bioplásticos de amido têm sido utilizados como materiais de construção e bioplásticos reforçados com nanofibras em instalações elétricas.

Além disso, eles têm sido utilizados na produção de madeira bioplástica para móveis, que não são atacados por insetos xilófagos e não apodrecem com a umidade.

Aplicações farmacêuticas

Cápsulas contendo medicamentos e veículos de drogas que são liberadas lentamente foram feitas com bioplásticos. Assim, a biodisponibilidade dos medicamentos é regulada ao longo do tempo (a dose que o paciente recebe em um determinado momento).

Aplicações médicas

Foram fabricados bioplásticos de celulose aplicáveis ​​em implantes, engenharia de tecidos, bioplásticos de quitina e quitosana para proteção de feridas, engenharia de tecidos ósseos e regeneração da pele humana.

Os bioplásticos de celulose também foram fabricados para biossensores, misturas com hidroxiapatita para a fabricação de implantes dentários, fibras bioplásticas em cateteres, entre outros.

-Transporte aéreo e marítimo e terrestre e indústria

Espumas rígidas à base de óleos vegetais (bioplásticos) têm sido utilizadas, tanto em dispositivos industriais como de transporte; autopeças e peças aeroespaciais.

Componentes eletrônicos de telefones celulares, computadores, dispositivos de áudio e vídeo também foram produzidos a partir de bioplásticos.

-Agricultura

Os hidrogéis bioplásticos, que absorvem e retêm água e podem liberá-la lentamente, são úteis como mantos de proteção do solo cultivado, mantendo sua umidade e favorecendo o crescimento de plantações agrícolas em regiões secas e em épocas de baixa precipitação.

Referências

  1. Álvarez da Silva L (2016). Bioplásticos: obtenção e aplicação de poli-hidroxialcanoatos. Faculdade de Farmácia, Universidade de Sevilha. Licenciatura em Farmácia 36 p.
  2. Bezirhan-Arikan E e H Duygu-Ozsoy (2015). Uma Revisão: Investigação de Bioplásticos. Jornal de Engenharia Civil e Arquitetura 9: 188-192. De Almeida A, JA Ruiz, NI López e MJ Pettinari (2004). Bioplásticos: uma alternativa ecológica. Live Chemistry, 3 (3): 122-133.
  3. El-Kadi S (2010). Produção de bioplásticos a partir de fontes baratas. ISBN 9783639263725; VDM Verlag Dr. Müller Publishing, Berlim, Alemanha. 145 pág.
  4. Labeaga-Viteri A (2018). Polímeros biodegradáveis Importância e aplicações potenciais. Universidade Nacional de Educação à Distância. Faculdade de Ciências, Departamento de Química Inorgânica e Engenharia Química. Mestre em Ciência e Tecnologia Química. 50 pág.
  5. Ruiz-Hitzky E, FM Fernandes, MM Reddy, S Vivekanandhan, M Misra, SK Bhatia e AK Mohanty (2013). Plásticos de base biológica e bionanocompósitos: Status atual e oportunidades futuras. Prog. Polym. Sci. 38: 1653-1689.
  6. Satish K (2017). Bioplásticos – classificação, produção e suas potenciais aplicações alimentares. Journal of Hill Agriculture 8: 118-129.

Deixe um comentário

Este site usa cookies para lhe proporcionar a melhor experiência de usuário. política de cookies, clique no link para obter mais informações.

ACEPTAR
Aviso de cookies