FACULDADE DE TECNOLOGIA DA ZONA LESTE
EDUARDO CARVALHO DE ASSIS
Embalagens alimentícias produzidas em
polihidróxido butirato (PHB), como alternativa ao
gerenciamento dos resíduos sólidos urbanos
São Paulo
2009
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EMBALAGENS ALIMENTÍCIAS PRODUZIDAS EM POLIHIDRÓXIDO BUTIRATO (PHB), Notas de estudo de Engenharia Química
RESUMO: Devido às embalagens para alimentos serem produzidas a partir de materiais que demoram a se degradar, os resíduos pós-consumo, destas, se acumulam na natureza. Para minimizar os impactos ambientais provenientes destes resíduos, as alternativas de tratamento, destes, devem priorizar à, redução, reutilização, reciclagem, compostagem, incineração e em último caso, deposição em aterros. No entanto nenhum tratamento individual é capaz de solucionar os problemas causados por estes resíduos, se
Tipologia: Notas de estudo
2012
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FACULDADE DE TECNOLOGIA DA ZONA LESTE
EDUARDO CARVALHO DE ASSIS
Embalagens alimentícias produzidas em
polihidróxido butirato (PHB), como alternativa ao
gerenciamento dos resíduos sólidos urbanos
São Paulo
FACULDADE DE TECNOLOGIA DA ZONA LESTE
EDUARDO CARVALHO DE ASSIS
Embalagens alimentícias produzidas em
polihidróxido butirato (PHB), como alternativa ao
gerenciamento dos resíduos sólidos urbanos
São Paulo
Assis, Eduardo Carvalho de M121p Embalagens alimentícias produzidas em polihidróxido butirato (PHB), como alternativa ao gerenciamento dos resíduos sólidos urbanos / Eduardo Carvalho de Assis – São Paulo, Faculdade de Tecnologia da Zona Leste, 2009 97 f. Orientador: Dr. Dr. Francisco Rosário. Trabalho de conclusão de curso – Faculdade de Tecnologia da Zona Leste.
ASSIS, Eduardo Carvalho
EMBALAGENS ALIMENTÍCIAS PRODUZIDAS EM
POLIHIDRÓXIDO BUTIRATO (PHB), COMO
ALTERNATIVA AO GERENCIAMENTO DOS
RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS
Monografia apresentada no curso de Tecnologia em Produção com ênfase em plásticos na FATEC ZL como requerido parcial para obter o Título de Tecnólogo em Processos de produção com ênfase em plásticos. Pof. Orientador Dr. Francisco Rosário.
COMISSÃO EXAMINADORA
Prof. Dr. Francisco Rosário Faculdade de Tecnologia da Zona Leste
Prof. Drª. Celia Viderman Oliveira Faculdade de Tecnologia da Zona Leste
Prof. Dr. Márcio Kobayashi Faculdade Anhaguera
São Paulo, ____ de________ de 2009.
ASSIS, Eduardo C. de. Embalagens alimentícias produzidas em polihidroxido butirato (PHB), como alternativa ao gerenciamento dos resíduos sólidos urbanos. 96f. São Paulo. 2009. Trabalho de Conclusão de Curso (Tecnólogo em Produção) – Faculdade de Tecnologia da Zona Leste,
RESUMO
Devido às embalagens para alimentos serem produzidas a partir de materiais que demoram a se degradar, os resíduos pós-consumo, destas, se acumulam na natureza. Para minimizar os impactos ambientais provenientes destes resíduos, as alternativas de tratamento, destes, devem priorizar à, redução, reutilização, reciclagem, compostagem, incineração e em último caso, deposição em aterros. No entanto nenhum tratamento individual é capaz de solucionar os problemas causados por estes resíduos, sendo assim as alternativas para o tratamento, destes, são complementares, bem como a busca por novas soluções, como por exemplo, a utilização de embalagens biodegradáveis. Sendo assim, este trabalho, tem por objetivo mostrar a possibilidade, do uso de embalagens alimentícias produzidas com o polímero PHB serem tratadas como alternativa de gerenciamento dos resíduos provenientes do descarte pós-consumo destas embalagens. No entanto, o problema que se coloca é que se de fato, essa pode ser uma boa alternativa de gerenciamento de resíduos sólidos? Para a realização do trabalho, foi utilizado o método da pesquisa bibliográfica para revisão de literatura, sendo consultados fontes bibliográficas de diversas referências especializadas nos assuntos abordados e concluiu-se, que esta, é de fato, uma boa alternativa ao gerenciamento de resíduos, provenientes de embalagens plásticas alimentícias, uma vez que, estas embalagens podem ser facilmente produzidas pelos processos de transformação de termoplásticos convencionais, além de evidentemente, haver domínio da tecnologia necessária, para a produção em escala industrial, do polímero PHB. Uma vez que atendida a possibilidade de fabricação de embalagens produzidas com o polímero PHB, o gerenciamento dos resíduos pós-consumo , pode se dar de forma integrada e articulada com alternativas de tratamento já utilizadas, como por exemplo: compostagem e recuperação de energia atreves da biometanização.
Palavras-chave: PHB, embalagens, biodegradação, resíduos sólidos urbanos
ASSIS, Eduardo C. of. Food packaging produced in polyhydric butyrate (PHB) as an alternative to the management of municipal solid waste. 96f. Sao Paulo. 2009. Conclusion Course (Production Technologist) - Faculty of Technology of the Eastern Zone, 2009.
ABSTRACT
Due to food packaging are produced from materials that are slow to degrade, the post-consumer waste, these, accumulate in nature. To minimize environmental impacts from these waste treatment options, these should give priority to, reduction, reuse, recycling, composting, incineration and as a last resort, landfill. However, no single treatment is able to solve problems caused by this waste, so the alternatives for treatment, these are complementary, and the search for new solutions, such as the use of biodegradable packaging. Thus, this work aims to show the possibility of the use of food packaging made with the polymer PHB are treated as alternative management of waste from the disposal of these post-consumer packaging. However, the problem that arises is that if indeed, this might be a good alternative to solid waste management? To carry out the work, we used the method of literature for review of the literature, and bibliographic sources consulted several references in the specialist subjects discussed and it was concluded that this is indeed a good alternative to the management of waste from plastic food packaging, since these packages can be easily produced by manufacturing processes of conventional thermoplastic, and of course, be the field of technology required for industrial scale production of the polymer PHB. Once satisfied the possibility of manufacturing of packaging produced with the polymer PHB, the management of post-consumer waste, can occur in an integrated and coordinated with treatment alternatives already used, for example, composting and energy recovery of dare methane.
Key Words : PHB, packaging, biodegradable, solid waste management
6. EMBALAGENS PLÁSTICAS PARA ALIMENTOS PRODUZIDAS A PARTIR
LISTA DE GRÁFICOS
- 1 INTRODUÇÃO
- 2 POLÍMEROS: SOCIEDADE E PERFIL DE CONSUMO
- 2.1 Definição de polímeros
- 2.2 Polímeros: interações com a sociedade
- 2.3 Perfis de consumo e utilização dos principais polímeros - 2.3.1 Consumo per capita - 2.3.2 Segmentação do setor - 2.3.2.1 Setor de embalagens
- 2.3.3 Capacidade instalada de produção de resinas termoplásticas
- EMBALAGEM PLÁSTICA PARA ALIMENTOS
- 3.1 Histórico de embalagens para alimentos
- 3.2 Conceitos atual de desenvolvimento de embalagens
- 3.3 Funções da embalagem.............................................................................. - 3.3.1 Conter - 3.3.2 Proteger - 3.3.3 Informar - 3.3.4 Vender o produto - 3.3.5 Transportar................................................................................
- 3.4 Classificação de embalagens
- 3.5 Perfil da indústria brasileira de embalagem para alimento
- 3.6 Tecnologia de embalagens plásticas para alimentos - 3.6.1 Características do produto e da embalagem...................................... - 3.6.1.1 Grãos e derivados - 3.6.1.2 Farinha de trigo - 3.6.1.3 Água mineral - 3.6.1.4 Leite - 3.6.1.5 Frutas e Hortaliças - 3.6.1.6 Produtos desidratados e frutas secas - 3.6.1.7 Óleos comestíveis - 3.6.1.8 Carnes processadas curadas - 3.6.1.9 Aves e derivados - 3.6.2 Processabilidade de embalagens plásticas para alimento - para alimento 3.6.3 Características das resinas utilizadas na indústria de embalagem - 3.6.3.1 Polietileno de alta densidade (PEAD) - 3.6.3.2 Polietileno de baixa densidade (PEBD) - 3.6.3.3 Poliestireno (PS) - 3.6.3.4 Polipropileno (PP) - 3.6.3.5 Poli( cloreto de vinila) (PVC) - 3.6.3.6 Poli(tereftalato de etileno ) (PET)
- GERENCIAMENTO DE RESÍDUOS DE EMBALAGENS
- 4.1 Problemas ambientais decorrentes do uso das embalagens plásticas - 4.1.1 Dimensão do problema - 4.1.2 Volume ocupado por embalagens plásticas
- no meio ambiente, aterros e lixões 4.1.3 Problemas causados por embalagens plásticas quando depostas
- 4.2 Avaliação do ciclo de vida de embalagens
- embalagens plásticas 4.3 Alternativas para redução do volume de resíduos causado por
- 4.3.1 Redução na origem
- 4.3.2 Reutilização..........................................................................................
- 4.3.3 Reciclagem
- 4.3.3.1 Reciclagem mecânica
- 4.3.3.2 Reciclagem química
- 4.3.4 Incineração...........................................................................................
- 4.3.5 Aterro sanitário
- resíduos sólidos causados por embalagens plásticas alimentícias 4.4 Considerações importantes sobre as alternativas de redução de
- embalagens plásticas 4.3 Alternativas para redução do volume de resíduos causado por
- 4.5 Embalagens de Materiais Biodegradáveis
- POLÍMEROS BIODEGRADÁVEIS
- 5.1 Principais polímeros biodegradáveis.............................................................
- 5.1.1 Amido - 5.1.2 Polilactatos (PLA)................................................................................. - 5.1.3 Poli(ε-caprolactona) (PCL) - 5.1.4 Polihidroxialcanoatos (PHA)................................................................. - 5.1.5 Poli(3-hidroxibutirato) P(3HB) - 5.1.5.1 Processo de produção do PHB - 5.1.5.2 Estrutura e propriedades - 5.1.5.3 Ciclo de vida do PHB
- 5.2 Degradação de polímeros - 5.2.1 Biodegradação - 5.2.2 Taxa de degradação
- SÓLIDOS DO POLÍMERO PHB COMO ALTERNATIVA A GESTÃO DOS RESÍDUOS - biodegradáveis 6.1 Potencial de substituição dos polímeros convencionais por
- 6.3 Observações quanto ao custo do polímero PHB
- alimentação dos microorganismos 6.3.1 Observações quanto ao custo da fonte de carbono utilizada para a
- 6.4 Processabilidade de embalagens produzidas com PHB - 6.4.1 Moldagem por sopro - 6.4.2 Moldagem por Injeção - alimentos 6.5 Requisitos técnicos referentes as propriedades de embalagens para
- 6.6 Gerenciamento dos resíduos de embalagens biodegradáveis - 6.6.1 Compostagem - 6.6.1.1 Mercado para o composto - 6.6.2 Biometanização....................................................................................
- 6.3 Observações quanto ao custo do polímero PHB
- 7 CONSIDERAÇÕES FINAIS
- REFERÊNCIAS
- Figura 1 - Relação monômero polímero LISTA DE FIGURAS
- Figura 2 - Aspectos a serem observados para o desenvolvimento de embalagens
- Figura3 - Ciclo de vida da embalagem
- Figura 4 - Elos obrigatórios dos programas de reciclagem
- Figura 5 - Simbologia brasileira de identificação de materiais
- Figura 6 - Estrutura de amilose (a) e amilopectina (b) componentes do amido
- Figura 7 - Polimerização do ε-caprolactona
- Figura8 - Fórmula estrutural geral dos Polihidróxialcanoatos – PHAs
- (ácido 3-hidroxibutírico))......................................................................... Figura 9 - Fórmula estrutural do (a) ácido 3-hidroxibutírico e (b) PHB (Poli
- Figura10 - Vias de degradação da cadeia polimérica
- Figura 11 - Ciclo da biodegradação do PHB
- pessoas)................................................................................................. Gráfico 1 - Empregados do segmento de transformados 2000/ 2008 (em mil
- Gráfico 2 - Consumo aparente de resinas termoplásticas
- Gráfico 3 - Consumo per capita no país
- por Resina Gráfico 4 - Consumo Aparente de Resinas Termoplásticas 2006 Segmentado
- Gráfico 5 - Distribuição dos materiais que compõe o resíduo sólido urbano
- descartados Gráfico 6 - Distribuição media dos plásticos encontrados no volume total de resíduos
- Gráfico 7- Coleta seletiva no Brasil (municípios)
- Gráfico 8 - População brasileira atendida pela coleta seletiva
- Gráfico 9 - Previsão de evolução do consumo de polímeros biodegradáveis
- Gráfico 10 - Previsão de evolução do consumo de polímeros biodegradáveis
- Gráfico 11 - Dimensões internas dos potes
- Gráfico 12 - Média da espessura em regiões do pote
- Gráfico 13 - Comparativo de massa
- Gráfico 14- Capacidade volumétrica dos potes
- pigmentado Gráfico 15- Média das varreduras de 250-750nm de PHB natural e PHB
- Gráfico 16 - Distribuição global das fontes de metano
LISTA DE QUADROS
Quadro 1 - Distribuição de empresas e empregados nos estados brasileiro no ano de 2008 ........................................................................................... 18 Quadro 2 - Utilização de polímeros no Brasil ........................................................... 20 Quadro 3 - Capacidade instalada de produção de resinas termoplásticas (1.000 toneladas) ................................................................................... 22 Quadro 4 - Principais tipos de embalagens plásticas para alimentos por resina e principais processos ............................................................................ 34 Quadro 5 - Principais alimentos demandantes de PEAD ........................................ 36 Quadro 6 - Principais alimentos demandantes de PEBD ........................................ 36 Quadro 7 - Principais alimentos demandantes de PS ............................................. 37 Quadro 8 - Principais alimentos demandantes de PP ............................................. 38 Quadro 9 - Principais alimentos demandantes de PVC .......................................... 38 Quadro 10 - Principais alimentos demandantes de PET ......................................... 39 Quadro 11 - Quantidade diária de lixo coletado, por unidade de destino final do lixo coletado, segundo as grandes regiões – 2000 ................................ 47 Quadro 12 - Exemplos de redução na fonte de embalagens diversas ..................... 50 Quadro 13 - Redução de peso em embalagens plásticas ................................................... 50 Quadro 14 - Aplicações para plástico reciclado proveniente de embalagens .......... 52 Quadro 15 - Potencial de substituição dos polímeros convencionais pelos biodegradáveis ....................................................................................... 75 Quadro 16 - Aplicações de polímeros biodegradáveis ............................................. 86 Quadro 17 - Grau de preferência de matérias-primas renováveis na produção de polímeros biodegradáveis ................................................................. 91 Quadro 18 - Ciclo de injeção dos potes e tampas em PHB e PP ............................ 86 Quadro 19 - Testes de resistência à compressão dinâmica das amostras acondicionadas em diferentes temperaturas e condições ...................... 86 Quadro 20 - Resultados dos testes ao impacto por queda livre a partir de 1,5 m de altura ................................................................................................. 86 Quadro 21 - Incidência de defeitos nas amostras .................................................... 86 Quadro 22 - Análise sensorial por teste triangular expandido de quatro simulantes após contato com pote de PHB ............................................ 86
1. INTRODUÇÃO
A indústria de transformados plásticos é um importante setor da economia brasileira, sendo o segmento de embalagens, sobre tudo as destinadas ao acondicionamento de alimentos, o que mais se sobressai. As embalagens são de grande importância para o consumidor e a sociedade em si, haja visto as funções que esta desempenha, como conter e proteger o produto (alimento), além de proporcionar toda a viabilidade logística durante a distribuição e armazenamento, assegura a qualidade do produto acondicionado durante sua vida de prateleira e também desempenha funções mercadológicas.
Os plásticos em geral, devido a suas propriedades, são excelentes matérias para o fabrico de embalagens alimentícias, por isso são amplamente, e em demandas cada vez maiores, utilizados pela a indústria de transformados. No entanto a maior parte dos polímeros utilizados na fabricação de embalagens são petro baseados e possuem alta estabilidade e demoram a se degradarem, ocasionando dificuldades no gerenciamento destes resíduos.
As alternativas para o gerenciamento destes resíduos devem priorizar, a redução na origem, a reutilização, reciclagem, incineração com recuperação de energia e em último caso deposição em aterros, bem como a busca por alternativas inovadoras e eficazes, além de que, estas, alternativas estão condicionadas a fatores como viabilidade técnica e peculiaridades locais, sendo assim, elas se tornam complementares umas as outras, e não excludentes. É neste contexto que as embalagens, com fins alimentícios produzidas com o polímero PHB, surge como alternativa complementar às demais, já utilizadas amplamente, como forma de minimizar os impactos destes resíduos.
Toda via, o problema que se coloca, é que se de fato, essa pode ser uma boa alternativa ao gerenciamento de resíduos provenientes de embalagens plásticas?
A hipótese colocada é que devido às propriedades do polímero PHB, este pode de fato, ser utilizado na fabricação de embalagens com fins
alimentícios, sendo que, quando essas embalagens são destinadas à ambientes biologicamente ativos, estas sofrem biodegradação, causada por fungos e bactérias, tendo como principais produtos dessa biodegradação a formação de gás carbônico, água, matéria orgânica (composto) e por vezes, gás metano, sendo que estes dois últimos influenciam diretamente as diretrizes de gerenciamento destas embalagens.
Sendo assim, este trabalho tem por objetivo mostrar a possibilidade, do uso de embalagens alimentícias produzidas com o polímero PHB, serem tratadas como alternativa de gerenciamento, dos resíduos provenientes do descarte pós-consumo de embalagens. Para tanto, foi utilizado o método de pesquisa bibliográfica para revisão de literatura, sendo consultadas diversas referências, especializadas nos assuntos abordados, tais como livros, trabalhos científicos, internet, instituições, artigos, revisão, etc.
XX foi profundamente caracterizada pelo surgimento de materiais poliméricos, os quais constituem atualmente boa parte dos materiais utilizados pelo homem (INNOCENTINI-MEI; MARIANI, 2005).
Ao nosso redor encontramos os polímeros sintéticos sendo usados em inúmeras formas, inclusive em algumas aplicações para as quais anteriormente eram usados outros materiais, como metal, vidro e madeira (SQUIO; ARAGÃO, 2004). O sucesso desse material é intrínseco as suas diversas propriedades: por serem inertes, são amplamente utilizados para embalar alimentos, bebidas e remédios, esta propriedade também é fundamental para que os plásticos sejam amplamente utilizados pela indústria de brinquedos, utilidades domésticas e indústrias do ramo hospitalar e farmacêutico, para fabricação, por exemplo, de seringas, bolsas de sangue e de soro etc, além disso, os plásticos possuem propriedades dificilmente encontradas em outros materiais: são ótimos isolantes térmico-acústicos, maus condutores de eletricidade, resistentes ao calor. Propriedades como leveza, resistência e flexibilidade, possibilitam que estes materiais sejam empregados em aplicações de designer e auto desempenho, casos das indústrias automobilística, aeroespacial e arquitetura. Alem dessas propriedades os plásticos, apresentam ainda, excelente relação custo/benefício (PLASTIVIDA, 2009a).
Os avanços tecnológicos dos séculos XX e XXI, Também estão ampliando o campo de aplicações dos polímeros, dentre os mais recentes avanços, destacam-se os polímeros biocompatíveis, os quais as aplicações são destinadas a área médica, e a convergência das tecnologias tradicionais, aplicada aos materiais poliméricos, e a nanotecnologia, possibilitando o surgimento de plásticos com novas características.
No Brasil, o plástico é um importante setor da economia. O setor de plásticos detém posição de destaque na economia do País, respondendo por cerca de 1,45% do Produto Interno Bruto (PIB) nacional. Dados do Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE) apontam que este segmento econômico representava 3% do total de indústrias instaladas no Brasil em 2007 (ABIPLAST, 2009, p. 3). Desta forma, o setor de plásticos, que abrange como formadores principais, o segmento de transformação plástica e o segmento de resinas termoplásticas, tem como característica a utilização de mão obra intensiva,
sendo a maior parte dos empregos alocados no segmento de transformação plástica (ABIPLAST, 2008).O gráfico 1 mostra os empregados do segmento de transformados no período 2000 à 2008 (em mil pessoas)
Gráfico 1 – Empregados do segmento de transformados 2000/ 2008 (em mil pessoas) Fonte: Abiplast (2008, p.3) Tanto no que diz respeito ao número de empregados, quanto ao número de empresas, o destaque é a indústria de embalagens, que concentra a maior parte das indústrias e dos empregos, do setor de plásticos, em todo o país (ABIPLAST, 2008).
O quadro 1 mostra a distribuição das empresas e do número de empregados no Brasil no ano de 2008.
Quadro 1 – Distribuição de empresas e empregados nos estados brasileiro no ano de 2008 Fonte: Abiplast, (2008, p.4)