Solubilidade de gases em membranas poliméricas

Abstract

O uso de materiais de tempo de vida longo em embalagens com curto tempo de vida, como as embalagens da indústria alimentar, é injustificável. A crescente quantidade de detritos plásticos que têm sido encontradas em zonas remotas do planeta assim como a velocidade assustadora a que os aterros sanitários se enchem com estes materiais são já motivo de preocupação do consumidor em geral e da comunidade científica em particular. O desenvolvimento de materiais biodegradáveis com características adequadas à indústria de embalagem constitui um desafio. A indústria de embalagem alimentar constitui um desafio acrescido pois para cada alimento ou grupo de alimentos, certas especificidades são exigidas de forma ao alimento chegar ao consumidor final com o máximo de propriedades organolépticas que o caracterizam, para não falar da assepticidade. O objectivo deste trabalho é o de contribuir com a caracterização de materiais biodegradáveis, produzidos a partir de fontes renováveis, que se apresentam como potenciais candidatos para aplicação na indústria de embalagem alimentar. Desta forma, este trabalho apresenta dados experimentais originais de solubilidade de gases atmosféricos, como o azoto, o oxigénio, o dióxido de carbono e o vapor de água, e alguns aromas, etileno e limoneno, em filmes de ácido poliláctico e o quitosano. Para realizar as medições de solubilidade dos referidos gases no polímeros utilizou-se a técnica da microbalança de cristais de quartzo que apresenta como principal vantagem diminuir consideravelmente o tempo necessário para se atingir o equilíbrio, retendo a mesma precisão e exactidão das técnicas convencionais. Assim, foram desenhadas e construídas duas microbalanças de cristais de quartzo, uma para trabalhar a pressões inferiores à pressão atmosférica e outra para trabalhar até 350 bar. O desenvolvimento da metodologia adequada para a utilização desta técnica ocasionou o estudo do efeito térmico dos filmes dos referidos polímeros nas solubilidades dos gases estudados. Os dados experimentais medidos foram correlacionados com vários modelos, como o modelo de sorção de modo duplo e o modelo de Flory-Huggins e suas modificações, que permitiram a descrição adequada dos sistemas em estudo.

The use of long lasting materials for short use time use packaging, as it is the case of food packaging, is not justified. The increasing quantity of plastic debris found in remote areas of the globe as well as the astonishing speed at which the sanitary landfills are filling up with these materials are a major concern not only for the individual consumer but also for the scientific community. The development of biodegradable materials with the required characteristics for the packaging industry are a challenge since for each type of food demands certain characteristics so that the food item will each the individual consumer without any or little loss of its organoleptic properties, not to mention the aseptic conditions. The objective of this work is to contribute to the characterization of biodegradable materials produced from renewable sources, which are potential candidates to the application in the food packaging industry. Thus, this work includes original experimental data on the solubilities of atmospheric gases, nitrogen, oxygen, carbon dioxide and water vapour, and aromas, ethylene and limonene, in polylactic acid and quitosane films. In order to perform these measurements the quartz crystal microbalance technique was used. This technique has the major advantage of having a short equilibration time while retaining the good precision and accuracy of the traditional techniques. For this purpose, two quartz crystal microbalances were designed and built: one to work at pressures up to the atmospheric pressure and the other to work up to 350 bar. The development of the adequate methodology to use this technique led to the study of the effect of the thermal treatment of the polymer film in the gas solubility. The experimental data were correlated with several models, such as the dual mode sorption model and the Flory-Huggins Model as their modifications, which allowed the correct description of the systems under study.