The intrinsic approach

A ASTM tem proposto vários métodos de análise e acompanhamento da biodegradação de polímeros através do Comitê para Plásticos Degradáveis Ambientalmente. Entre os métodos propostos pode-se citar [95]:

1 – Exposição de plásticos a ambientes compostos simuladamente; 2 – Degradação in situ dos plásticos;

3 – Degradação dos plásticos em um ambiente simulado de “aterro”; 4 – Degradação dos plásticos em um ambiente marítimo simulado;

5 – Determinação da biodegradação aeróbia dos plásticos; 6 – Determinação da biodegradação anaeróbia dos plásticos; 7 – Exposição dos plásticos a um ambiente simulado de solo;

8 – Determinação da degradação dos plásticos por microrganismos;

Através destes métodos, diferentes parâmetros de medição podem ser utilizados para estimar a biodegradação: consumo de oxigênio por bactérias aeróbias (respirometria), produção de dióxido de carbono, análise superficial, ataque enzimático, perda de massa, alteração em propriedades, agressividade da biodegradação e participação de microrganismos na biodegradação [74, 95]. Rosa, et al. avaliaram a possibilidade de se utilizar a medida de rugosidade, para estimar a biodegradação do PHB e PHBV, concluindo que esta medida pode constituir-se em um novo método para estimar a biodegradação de materiais poliméricos [74]. Os métodos de biodegradação aeróbia propostos pela ASTM são baseados no Teste de Sturm [87].

A ASTM D-5338 descreve um método de teste para estabelecer o grau e a taxa de biodegradação aeróbia de materiais plásticos, utilizando-se de um ambiente de compostagem controlado (condições de laboratório). Este método de teste foi desenvolvido a fim de produzir resultados reprodutíveis mediante condições controladas e que se assemelhem às condições de compostagem. Através deste método, os materiais a serem testados são expostos a uma substância inoculante, que é derivada de produtos de compostagem do lixo sólido municipal. A compostagem aeróbia irá ocorrer em um ambiente onde a temperatura, a aeração e a umidade são rigorosamente controladas e monitoradas. Mede-se o dióxido de carbono desprendido como função do tempo [96]. A duração do teste é de 45 dias. Se ao final deste período ainda for observada uma biodegradação significativa na amostra testada, o tempo de incubação pode ser estendido.

A porcentagem de biodegradabilidade é obtida através da determinação da porcentagem de carbono na substância teste que é convertida a carbono gasoso, ou seja, CO2 durante a duração do teste. Vale mencionar que esta porcentagem de biodegradabilidade não irá incluir a quantidade de carbono da

substância teste que é convertida a biomassa celular e não metabolizada a CO2. Ao final do ensaio deve-se verificar as características da amostra (estrutura, coloração, desenvolvimento fúngico, desintegração da amostra, odor exaurido) assim como pode-se determinar a perda de massa do material teste [96].

A ASTM D-5209 ilustra um outro teste para avaliar a biodegradabilidade aeróbia: o teste de Sturm. Este teste é tido como o mais confiável para a avaliação da biodegradabilidade em um meio microbiano ativo [2, 97].

Neste ensaio uma substância orgânica é submetida à metabolização por uma cultura mista de microrganismos provenientes do meio ambiente (solo, água, etc). Este método de teste aquoso utiliza uma amostra recém-preparada de lodo ativado que tem sido aerada, homogeneizada e decantada. O sobrenadante é utilizado como inóculo e contém uma população bacteriana mista que promove rápida biodegradação sob condições mesofílicas. A substância será a única fonte de carbono e energia para os microrganismos, em uma solução nutriente mineral definida. Assim, através da ação metabólica dos microrganismos a amostra poderá ser totalmente consumida transformando-se em gás carbônico e água. Neste teste como no anterior também irá se monitorar a produção de CO2, o qual é armazenado em uma solução álcali e quantificado por titulação. A duração deste teste é de 30 dias, podendo ser estendida se o meio for reinoculado. Se mais de 60% do valor teórico de CO2 for produzido durante o período, indica que o material também se biodegradará em um ambiente de compostagem. Pode-se visualizar um esquema deste ensaio na Figura 2.5 [33, 97]. Caso se obtenha um resultado negativo, ou seja, caso o material não se mostre biodegradável, deve-se utilizar o teste de compostagem termofílico em laboratório descrito pela norma ASTM D-5338.

Figura 2.5 Esquema de ensaio para o Teste de Sturm.

Há também o teste de contato com o solo, descrito pela ASTM D-5988 [98]. Este teste constitui-se em um teste estático e utiliza uma matriz de composto de areia/solo/esterco para dar um conjunto de bactérias e fungos mesofílicos e termofílicos. De forma similar ao teste de Sturm a biodegradação baseia-se na quantidade de carbono convertido a carbono gasoso (CO2). Materiais prontamente biodegradáveis podem ser testados num período de 30 a 60 dias. Caso se obtenha um resultado negativo, ou seja, caso o material não se mostre biodegradável, deve-se como no ensaio anterior utilizar o teste de compostagem termofílico descrito pela norma ASTM D-5338 [33, 98].

Segundo a ASTM pode ser feita uma comparação da biodegradação do material analisado com a biodegradação de um material conhecido como biodegradável (por exemplo: celulose) e com a biodegradação de um material tido como não biodegradável (polietileno). Desta forma será possível conhecer a biodegradação relativa do polímero.

Tanto o teste de Sturm como o teste de contato com o solo são tidos como testes rápidos, podendo-se utilizar de outros testes para se obter informação adicional em relação à biodegradabilidade ou degradabilidade inerente dos materiais.

Nesta Tese de Doutorado, as amostras foram enterradas em um composto e a biodegradação foi estimada a partir da perda de massa, variação nas propriedades mecânicas e massa molar como será detalhado no item 3.0 (Materiais e Métodos).