Degradação Bioquímica
Degradação de Polímeros e Corrosão
Prof. Hamilton Viana
Prof. Renato Altobelli Antunes
Degradação Bioquímica
• 1. Introdução
¾ A degradação dos polímeros pode acontecer:
• Em presença de microorganismos (Biodegradação)
• Na ausência de seres vivos (degradação abiótica)
¾ Basicamente as formas de degradação anteriormente
estudadas são formas abióticas.
¾ A degradação bioquímica é precedida pelos ataques
abióticos.
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• 1. Introdução (continuação)
¾ Dentre os tipos de degradação que atuam no
campo abiótico e tem funcionado como “prévia”
do ataque biológico (bioquímico) os mais
comuns são:
• Hidrólise: Os poliésteres são os polímeros mais
succetíveis à hidrólise, por conta da presença dos
grupos ésteres.
• Oxidação: neste grupo temos os polímeros
olefínicos cujas ligações duplas são suscetíveis à
oxidação.
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• 1.1. Hidrólise
¾ A reação por hidrólise é a que mais acontece para
os poliésteres. A hidrólise de ésteres é bastante
conhecida na Química Orgânica, e pode ser assim
representada:
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• 1.1. Hidrólise (continuação)
¾ Os produtos da reação de hidrólise podem
também funcionar como catalisadores das
reações de degradação das outras
moléculas ou de outras posições na
cadeia,acelerando o processo!
¾ Ácidos e bases também podem catalisar
esta reação!
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• 1.2. Oxidação
¾ Resumidamente a oxidação consiste na
introdução de um (ou mais) átomos de oxigênio na
cadeia polimérica.
¾ Os elastômeros são muito mais suscetíveis à
oxidação pela presença de duplas ligações e à
falta de cristalinidade.
¾ A oxidação de um polímero envolve três etapas
distintas:
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• 1.2. Oxidação (continuação)
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• 1.2. Oxidação (continuação)
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• 1.2. Oxidação (continuação)
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• 2. Degradação microbiológica
¾ É o processo de degradação de um
polímero que resulta da ação de
microorganismos:
• Bactérias
• Fungos
¾ As reações de degradação
microbiológica têm lugar em ambientes
aeróbicos e também anaeróbicos!
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• 2. Degradação microbiológica (continuação)
¾ É um processo natural no qual os compostos
orgânicos, em contato com o meio ambiente
são convertidos em compostos:
• mais simples,
• Inorgânicos
• Redistribuídos através dos ciclos alimentares do C,
N, e S
• Formam-se subprodutos como CO2, CH4, H2S,
componentes celulares microbianos entre outros.
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•
2.1 A ação de fungos
¾ São os microorganismos responsáveis pela
biodegradação de materiais
poliméricos,principalmente no caso dos polímeros de
origem natural, como o amido e a celulose.
¾ Produzem enzimas como:
•
•
•
•
•
Lipases,
Invertases,
Lactases,
Proteinases,
Amilases,
Que hidrolisam as os substratos para que possam se
alimentar dos nutrientes.
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• 2.1 A ação de fungos (continuação)
¾ Resultam de processos
necessariamente aeróbicos,
¾ Liberam gás carbônico na atmosfera,
¾ Devolvem ao solo compostos
nitrogenados entre outros.
¾ O balanço de carbono é equilibrado!
• O que é gerado é igual ao absorvido no
crescimento da fonte renovável.
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• 2.1 A ação de fungos (continuação)
¾ Existem condições essenciais para
otimização do crescimento e da ação
degradativa dos fungos:
•
•
•
•
•
Temperatura
Umidade
Presença de material nutriente.
pH
Luz
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•
2.1 A ação de fungos (continuação)
¾ Os fungos necessitam de água, porém existem alguns
que são halofílicos (crescem e se desenvolvem em
ambientes com altas concentrações de sal).
¾ O pH mais favorável ao desenvolvimento de fungos:
entre 5 e 7.
¾ A maioria deles tolera variações de pH:
• Os fungos filamentosos podem crescer entre 1,5 e 11
• as leveduras não toleram pH alcalino
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•
2.1 A ação de fungos (continuação)
¾ Muitas espécies fúngicas exigem luz para seu
desenvolvimento,
¾ Algumas são inibidas pela luz,
¾ Outras são indiferentes à luz,
¾ A luz solar direta, por conta da ´presença da luz UV , é
fungicida.
¾ O crescimento dos fungos é mais lento que o das bactérias
e as culturas precisam de 7 a 15 dias como período de
incubação.
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•
2.2 A ação de bactérias
¾ As que estão presentes no solo desempenham
um importante papel na degradação de materiais
poliméricos.
¾ Ocorrem em praticamente todos os habitats
¾ Apresentam grande versatilidade metabólica
¾ Podem sobreviver em ambientes hostis a outras
formas de vida!
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• 2.2 A ação de bactérias (continuação)
¾ Produzem enzimas como:
•
•
•
•
•
Lipases,
Invertases,
Lactases,
Proteinases,
Amilases,
Que hidrolisam as os substratos para que
possam se alimentar dos nutrientes.
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•
2.2 A ação de bactérias (continuação)
¾ Na falta de nitrogênio, quando não podem sintetizar
proteínas nem ácidos nuclêicos:
• as bactérias acumulam o carbono excedente na forma de:
– polímeros em ácido hidróxibutírico ou
– polímeros de glicose (amido e glicogênio).
• Estes grânulos são utilizados como fonte de carbono para
síntese de:
– Proteínas
– Ácidos nuclêicos
Na presença de N suficiente
¾ Os processos biodegradativos provocados pelas
bactérias podem acontecer tanto em meio aeróbico
quanto anaeróbico!
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• 2.3 Avaliação da biodegradação
¾ Aspectos gerais
• ASTM
• Métodos
¾ Medição do consumo de O2
¾ Medição da produção de CO2
¾ Métodos de análise de superfície
¾ Determinação de perda de massa
¾ Alteração em propriedades
¾ Agressividade da biodegradação