ESTUDO DA BIODEGRADAÇÃO DE POLÍMEROS ATRAVÉS DO TESTE
DE STURM
Marcos Krüger Fürsteneberger (PIBIC/Fundação Aracucária), Luís Antonio
Pinheiro (Orientador) email [email protected], Rosilene Aparecida Prestes,
Denise Milleo Almeida, Edison Luiz Salgado Silva.
Universidade Estadual de Ponta Grossa/ Departamento de Engenharia de
Materiais/ Ponta Grossa, PR.
Engenharias, Engenharia de Materiais e Metalúrgica
Palavras-chave: meio ambiente, biodegradação, polímeros biodegradáveis.
Resumo
Existem vários métodos para avaliar a biodegradabilidade de um polímero,
sendo um dos mais utilizados o teste de Sturm, o qual mede a quantidade de
degradação por meio da medida de gás carbônico liberado em um reator
contendo um lodo com microorganismos e o polímero em estudo, e foi
utilizado no presente trabalho. O objetivo do estudo é verificar o efeito da
mudança de algumas variáveis, como a temperatura, na degradação
observada. Foi estudado o comportamento dos microorganismos presentes
no solo utilizado em temperaturas mais altas (25°C, 35°C, 45°C e 55°C). Os
microorganismos sobreviveram a estas condições, e o estudo pôde,
portanto, ser realizado nestas temperaturas. As primeiras montagens do
sistema foram feitas em temperatura ambiente, apenas com solo e depois
com farelo de soja, para referência. As montagens seguintes utilizaram o
Ecoflex®, polímero biodegradável da BASF S.A. Primeiramente o polímero
foi utilizado na forma de grânulos, sem controle de temperatura, e depois
com temperatura constante de 40,0±1,0°C. Verificou-se um aumento na
degradação em temperatura mais alta. Posteriormente, o polímero foi
adicionado ao sistema em forma de filmes, com o intuito de aumentar a área
de contato com os microorganismos. Foram montados dois sistemas com
filmes de Ecoflex®, variando a massa do polímero.
Introdução
A utilização de polímeros não-degradáveis para as mais diversas aplicações
é problemática em uma questão crucial: a preservação do meio ambiente. A
crescente atenção da sociedade para este fato aumenta a demanda por
polímeros que se degradem mais rapidamente e sejam menos danosos
quando descartados. Exemplo disso é a fabricação de sacolas plásticas, que
teve de se adequar, e produzir sacolas que se degradem em um espaço de
tempo menor.
Anais do XIX EAIC – 28 a 30 de outubro de 2010, UNICENTRO, Guarapuava –PR.
O desenvolvimento de polímeros biodegradáveis envolve estudos
sobre sua obtenção, propriedades mecânicas, e também da quantização da
biodegradabilidade, ou seja, quanto tempo o material leva para se
fragmentar em compostos orgânicos de baixa massa molar. Existem muitos
métodos para realizar esta medida, mas os dados encontrados na literatura
divergem quanto à forma de medição.
Neste estudo foi empregado o teste de Sturm, por se tratar de um
teste relativamente simples e abrangente quanto ao material de estudo. Este
método mede a biodegradação pela quantidade de mols de gás carbônico
gerada por um reator contendo solo e o polímero.
Materiais e métodos
Teste de Sturm
O sistema consiste de dois erlenmeyers com soluções de hidróxido de
bário e um frasco de Erlenmeyer contendo solo compostado, água e o
polímero a ser estudado, com os recipientes conectados por mangueiras
para a passagem de ar.
O ar comprimido entra no primeiro recipiente com uma solução de
hidróxido de bário, onde o gás carbônico presente reage com a base
formando um sal. O ar que sai deste recipiente, portanto, não contém gás
carbônico, e vai para o reator onde ocorre a biodegradação. Ali está
ocorrendo a atividade biológica dos microorganismos, o que gera gás
carbônico.
Saindo do reator, o ar entra em outro recipiente com uma solução de
hidróxido de bário, onde ocorre a mesma reação do gás com a base. Neste
caso, porém, a quantidade de gás carbônico que reage é medida através de
uma retrotitulação da solução básica com uma solução padronizada de ácido
clorídrico, realizada a cada 24 horas.
As soluções utilizadas para retirada do gás carbônico do ar entrando
no sistema eram de 2 gramas de Ba(OH) 2 em 500mL de água destilada.
Para as soluções básicas utilizadas para medição, a massa foi variada
conforme a resposta diária do sistema, com valores entre 1g e 2g de
Ba(OH)2 em 250mL de água destilada. Para os quatro primeiros sistemas
montados, a solução de HCl foi padronizada com uma concentração de 0,05
mol/L. Para os sistemas seguintes as soluções foram padronizadas em 0,1
mol/L.
No reator foram colocados aproximadamente 60 gramas de solo, 100
mL de água e uma massa variável do material estudado. O solo utilizado nas
três primeiras montagens do sistema foi um solo para compostagem obtido
no Colégio Agrícola Augusto Ribas. Nos sistemas seguintes foi utilizado solo
adubado cedido pela Fazenda Escola da Universidade Estadual de Ponta
Grossa. Os materiais estudados foram resíduo de soja, peneirado em 60
mesh, para comparação, e o Ecoflex ®, um poliéster alifático-aromático
biodegradável, fornecido pela BASF®.
Anais do XIX EAIC – 28 a 30 de outubro de 2010, UNICENTRO, Guarapuava –PR.
Resultados e Discussão
Sobrevivência dos microorganismos a altas temperaturas
Para verificar a sobrevivência dos microorganismos a altas temperaturas,
amostras do solo utilizado no reator foram diluídas em água e
posteriormente inoculadas em um meio de PCA (plate count agar),
apropriado para proliferação de microorganismos em geral. Para cada
temperatura a ser estudada (25°C, 35°C, 45°C e 55°C), foram preparados
em placas de Petri sete meios de PCA inoculados, com diferentes diluições
da amostra do solo (10-1, 10-2, 10-3, 10-4, 10-5, 10-6 e 10-7), e estes foram
deixados por 24 horas em estufas mantidas nas temperaturas citadas. Após
esse período foi contado o número de colônias de microorganismos em cada
uma das placas. Caso este número fosse maior do que 25, seria
demonstrada a sobrevivência dos microorganismos nessas condições.
Verificou-se em todas as placas a presença de colônias. Nas placas com
diluição menor (10-1 e 10-2), foram contadas mais de 25 colônias para todas
as temperaturas, indicando a sobrevivência dos microorganismos em
temperaturas de até 55°C. Isso permite que o teste de Sturm seja realizado
em temperaturas mais altas, com o objetivo de acelerar o processo de
degradação.
Teste de Sturm
As quantidades acumuladas de gás carbônico gerado dos seis sistemas
montados são apresentadas na Figura 1:
Quantidade Acumulada de CO2 gerado (Mols)
0.14
0.12
0.1
2,68 gramas de Ecoflex 40°C
5,26 gramas de Ecoflex 40°C
Apenas Terra
Soja (4,6g)
Ecoflex (4,6g) T ambiente
Ecoflex (5g) 40°C
0.08
0.06
0.04
0.02
Tempo (Dias)
5
10
15
20
25
30
35
Figura 1 – Quantidades acumuladas de gás carbônico gerado
Anais do XIX EAIC – 28 a 30 de outubro de 2010, UNICENTRO, Guarapuava –PR.
Os resultados dos primeiros três sistemas (apenas terra, soja e
Ecoflex em temperatura ambiente) mostram que o Ecoflex ® apresenta uma
tendência de degradação menor que a da soja, o que seria esperado uma
vez que a soja é um composto natural.
A comparação entre os sistemas com Ecoflex ® a temperatura
ambiente e a 40°C mostra que o aumento da temperatura acelera o
processo de biodegradação. O aumento da massa de Ecoflex ® adicionado
(curvas em azul e em roxo) também gera uma maior atividade biológica.
O uso do polímero em forma de filmes (curva em roxo) também
acelera o processo, aumentando a área de contato entre microorganismos e
polímero.
Conclusões
Foi verificado que o processo de biodegradação do polímero é influenciado
por algumas variáveis: em temperaturas mais altas aumenta-se a cinética da
reação. A adição do polímero em forma de filmes torna o processo mais
rápido do que na forma de grânulos, pois o aumento na área de contato
entre microorganismos e polímero facilita a biodegradação. O aumento na
massa do polímero disponível aumenta a atividade biológica devido à maior
quantidade de nutrientes disponíveis para os microorganismos.
Agradecimentos
À fundação Araucária, pela bolsa concedida; Ao Colégio Agrícola Augusto
Ribas e à Fazenda Escola da Universidade Estadual de Ponta Grossa pelo
material cedido; À BASF S.A. pelo material cedido e ao professor Osvaldo
Mitsuyuki Cintho pelo intermédio entre a universidade e a empresa; Ao
departamento de Engenharia de Alimentos da UEPG, por ceder os
laboratórios para a pesquisa.
Referências
1. GRIFFIN, G. J. L. Chemistry and Technology of Biodegradable
Polymers. Glasgow. Chapman & Hall. 1994.
2. SCOTT, G.; GILEAD, D. Degradable Polymers – Principles and
Aplications. London, Chapman & Hall. 1995.
3. ROSA, D. S.; CHUI, Q. S. H.; PANTANO FILHO, R.; AGNELLI, J.
A. M. Avaliação da biodegradação de poli-β-(hidroxibutirato), poli-β(hidroxibutirato-co-valerato) e poli-ε-(caprolactona) em solo compostado.
Polímeros: Ciência e Tecnologia. São Carlos, Brasil, Vol. 12, n° 004, p.
311-317, 2002.
Anais do XIX EAIC – 28 a 30 de outubro de 2010, UNICENTRO, Guarapuava –PR.