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10 coisas que os tecnólogos de alimentos podem não saber sobre emulsificantes em polímeros

À medida que o foco no plástico aumenta, torna-se cada vez mais importante para os produtores e processadores escolher aditivos que possam ser usados em aplicações sensíveis, como embalagens de alimentos, sem se preocupar com a segurança alimentar ou o meio ambiente. Como cientista de alimentos, você pode se perguntar o que os emulsificantes podem fazer em aplicações de plástico. As dez perguntas a seguir podem ter surgido em sua mente ao ouvir sobre emulsificantes como aditivos plásticos:

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1. É um novo aplicativo?

Emulsificantes como o GMS (Monoestearato de Glicerol) têm sido usados na indústria de polímeros há mais de trinta anos, principalmente como aditivos antiestático, mas à medida que a compreensão dos emulsificantes aumentou na indústria alimentícia, mais e mais emulsificantes são usados em plásticos em uma grande variedade de aplicações.

2. São os mesmos emulsionantes usados em alimentos?

Muitos dos mesmos emulsificantes usados em alimentos provaram ser eficazes como aditivos para polímeros. Como exemplo, podemos pegar um emulsificante de uma receita de margarina e incorporá-lo ao plástico para obter um efeito antiestático. No entanto, a diversidade química dos emulsificantes também pode ser usada para criar moléculas completamente novas e sob medida, otimizadas para cada aplicação específica em plásticos.

3. Os emulsificantes são usados como aditivos para polímeros são de grau alimentício?

Um das grandes vantagens de usar de emulsificantes como aditivos para polímeros é o seu status inerente de grau alimentício. Eles representam um grupo de aditivos seguros e não perigosos em um mundo onde a crescente atenção sobre os aditivos em embalagens plásticas resultou em mais regulamentação e controle sobre o que entra em contato direto com os alimentos. Assim, os emulsificantes se apresentam como alternativas eficazes aos aditivos atuais que geram preocupação. No entanto, é possível produzir derivados de emulsificantes que sejam de grau alimentício, os quais são então utilizados fora das aplicações de embalagem para alimentos.

4. Como os emulsificantes podem ser aditivos para poliméros – como isso funciona?

A maioria dos emulsificantes é misturada ao polímero, de forma semelhante à margarina em uma massa, após o que os polímeros são moldados, não em biscoitos ou muffins, mas em longas chapas ou objetos por meio de extrusão ou moldagem por injeção. Após a produção e dependendo do emulsificante, ele migrará para a superfície instantaneamente ou dentro de alguns dias, posicionando-se na interface entre o plástico e o ar. Aqui, tornará a superfície do plástico mais hidrofílica, atraindo quantidades minúsculas de água, o que ajuda a dissipar a eletricidade estática, tornando a superfície antiestática, ou poderá espalhar as gotículas em uma superfície embaçada em um filme de água transparente, conferindo um efeito antiembaçante.

5. Eles são bons / Eles são melhores do que as alternativas aditivas atuais?

Em alguns casos, com emulsificantes ou misturas especificamente desenvolvidos, é possível alcançar um desempenho superior, mas em outros, eles simplesmente atendem aos padrões atuais da indústria. Além do desempenho, uma das maiores vantagens dos emulsificantes é a combinação do grau alimentício com sua natureza de base biológica, o que os livra de grande parte das preocupações que atualmente cercam os aditivos poliméricos usados pela indústria de polímeros. E com o aumento da demanda dos clientes por embalagens seguras, essa tendência só se fortalecerá à medida que a legislação continuar a se tornar mais rigorosa nos próximos anos.

6. O que torna um emulsificante um bom aditivo para polímero?

A chave é a natureza anfifílica, ou seja, ser ao mesmo tempo hidrofílica e lipofílica, característica também utilizada em aplicações alimentícias. No entanto, em vez de atuar na interface óleo/água, eles migram para a superfície do polímero, para a interface polímero/ar. Essa migração é fortemente controlada pelo tipo de polímero e sua cristalinidade, mas a composição química do emulsificante também desempenha um papel importante. Glicerídeos de cadeia mais curta migram para a superfície quase instantaneamente durante o processamento, o que os torna bons para desmoldagem em moldagem por injeção ou quando é necessário um efeito antiestático imediato em etapas posteriores. Glicerídeos de cadeia média e longa podem levar dias para atingir a superfície e, assim, proporcionar um efeito retardado, que por sua vez geralmente dura mais. Poligliceróis dos mesmos tipos de ácidos graxos também demonstraram desempenho muito bom em aplicações desafiadoras, como o efeito antiembaçante em filmes para estufas, onde é necessário um desempenho prolongado.

Depois de ser processado em um filme ou peça moldada por injeção, o desempenho antiestático do produto final é avaliado por meio do tempo de decaimento estático ou resistividade da superfície.

7. Há alguma desvantagem em usar emulsificantes como aditivos em plástico?

Um dos desafios para as indústrias de polímeros com esses produtos é sua aparência física. Alguns são pellets que podem ser manuseados por muitos produtores, mas alguns são pastosos ou líquidos. Isso significa que os produtores devem aquecê-los e dosá-los como um líquido, o que pode ser difícil de manusear em uma linha de extrusão se não tiverem o equipamento certo. É também por isso que um dos maiores segmentos de clientes de emulsificantes usados como aditivos poliméricos são os produtores de masterbatch. Eles podem misturar os aditivos com o polímero em suas linhas de extrusão, criando uma mistura concentrada, um masterbatch, em pellets que é fácil de manusear para conversores que moldam o plástico em peças utilizáveis, como cadeiras ou baldes.

Outra desvantagem é a necessidade de acertar a concentração correta. Na maioria das vezes isso não é um problema, mas, infelizmente, não é verdade que o efeito melhora quanto mais se adiciona, assim como muito emulsificante pode criar um miolo indesejado em um bolo ou tornar o chocolate muito viscoso. No caso dos aditivos para polímeros, excesso de emulsificante causará migração excessiva para a superfície, criando uma camada gordurosa visível na superfície do plástico – semelhante ao florescimento de gordura em chocolates. No caso, por exemplo, de uma cafeteira preta e brilhante, você não gostaria de uma camada esbranquiçada como essa na superfície e, nesse ponto, quando o produto começa a florescer, ele deixa de proporcionar o efeito antiestático ou antiembaçante. Portanto, é importante não exagerar na dose ao usar emulsificantes como aditivos para polímeros.

8. Quais aplicações?

Os emulsificantes apresentam excelente desempenho em diversas aplicações em plásticos.

Antiestático: Aqui, evita o acúmulo de estática durante a produção, manuseio e uso de produtos plásticos. O acúmulo de estática pode ser um perigo durante a produção, pois pode resultar em uma descarga eletrostática repentina que pode atingir o pessoal ou causar curto-circuito no maquinário. Durante o manuseio e uso, a eletricidade estática pode tornar os produtos plásticos praticamente impossíveis de separar ou causar atração de poeira, o que dificulta a vedação adequada da embalagem ou faz com que o produto pareça sujo e pouco convidativo
Antiembaçante: onde melhoram a apresentação visual do produto, espalhando a água em uma película fina e transparente em vez de ter pequenas gotículas obscurecendo a visão. Assim, não remove as gotículas de água, mas retém a água na superfície do plástico em uma película fina que também ajuda a evitar a formação de uma poça de água no fundo de, por exemplo, um saco de salada
Desmoldante: onde impede a adesão do plástico às matrizes/ferramentas metálicas utilizadas, por exemplo, na moldagem por injeção, tornando o processamento mais rápido, eficiente e com produtos menos defeituosos. Aqui, os emulsificantes lubrificam a superfície do plástico em uma camada fina sem afetar a vedação ou impressão subsequente no produto

9. Como o desempenho é avaliado?

O desempenho dos emulsificantes em várias aplicações é avaliado de forma bastante diferente da indústria alimentícia, já que textura, estabilidade da emulsão e teor de água não são utilizados na avaliação de aditivos para polímeros.

Após serem processados em um filme ou peça moldada por injeção, o desempenho antiestático do produto final é avaliado por meio do tempo de decaimento estático ou da resistividade superficial. O tempo de decaimento estático é uma medida de quanto tempo leva para a superfície descarregar de 5000 volts para 500 volts, ou seja, 10% da carga. Um polímero puro nem sequer consegue atingir os 5000 volts necessários para iniciar o experimento, enquanto um bom aditivo antiestático apresentará um tempo de decaimento estático inferior a 2 segundos. Na resistividade superficial, uma corrente é aplicada através de dois eletrodos a uma distância determinada na superfície da peça plástica, e a resistência da superfície é determinada na área medida. Uma superfície antiestática está na faixa de 10¹⁰–10¹¹ ohms/quadrado, enquanto o polímero puro é isolante, com resistividade superficial de 10¹² ohms/quadrado ou mais.

O desempenho antiembaçante de filmes plásticos é avaliado visualmente em uma escala de A a E, onde A é completamente embaçado com gotículas muito pequenas e E é um filme transparente sem gotículas. O filme é fixado a um recipiente com água e a avaliação é realizada a 5 °C em ambiente refrigerado, para simular armazenamento a frio de, por exemplo, saladas e carnes, ou em banho-maria a 60 °C para simular aplicações quentes, como refeições recém-cozidas.

10. Eles podem ser usados em plásticos de base biológica ou biodegradáveis?

Os emulsificantes à base de plantas são especialmente adequados para plásticos de base biológica e biodegradáveis. Aqui, é importante distinguir entre os dois tipos de "bio" plásticos.

Meios de base biológica originários de materiais de base biológica com alto teor de carbono, como cana-de-açúcar. Esse tipo pode ser transformado em uma cópia exata de suas contrapartes de base fóssil, como o PE (polietileno), que não são biodegradáveis. Assim, os emulsificantes podem ser um aditivo eficaz e seguro em plásticos de base biológica, assim como em seus equivalentes de base fóssil.

O PLA (ácido polilático) é um exemplo de polímero de base biológica e biodegradável. A biodegradabilidade do PLA é inerente, devido à sua estrutura de éster, que, como os emulsificantes, se decompõe em compostos não nocivos sob hidrólise. Isso torna os emulsificantes um candidato óbvio para aditivos, pois são totalmente biodegradáveis e seguros para o meio ambiente.

Portanto, os emulsificantes são uma excelente escolha para plásticos de base biológica e biodegradáveis, que é um segmento crescente na indústria de plásticos, pois os consumidores estão exigindo alternativas mais ecológicas, livres de combustíveis fósseis. Recentemente, os cientistas estão trabalhando em polímeros baseados em CO₂ do ar, para ajudar a limpar a atmosfera do excesso de CO₂, que é a matéria-prima perfeita para polímeros à base de carbono.