EMULSIFICANTES PARA
ARTIGO ESPECIAL
10 coisas que tecnólogos de alimentos talvez não saibam sobre emulsificantes em polímeros
À medida que o foco no plástico aumenta, está se tornando cada vez mais importante que produtores e processadores escolham aditivos que possam ser usados em aplicações sensíveis, como embalagens de alimentos, sem preocupação com a segurança alimentar ou o meio ambiente. Como cientista de alimentos, você pode se perguntar o que os emulsionantes podem fazer em aplicações plásticas. As dez perguntas a seguir podem ter surgido na sua mente ao ouvir falar sobre emulsificantes como aditivos plásticos:
1. É uma nova aplicação?
Emulsificantes como GMS (Glicerol Monostearato) têm sido usados na indústria de polímeros por mais de trinta anos, principalmente como aditivos anti-static, mas à medida que o entendimento dos emulsificantes aumentou na indústria alimentícia, cada vez mais emulsificantes são usados em plásticos em uma grande variedade de aplicações.
2. São os mesmos emulsificantes que na comida?
Muitos dos mesmos emulsificantes usados em alimentos se mostraram eficazes como aditivos poliméricos. Por exemplo, podemos pegar um emulsificante de uma receita de margarina e incorporá-lo ao plástico para alcançar um efeito antiestático. No entanto, a química diversificada dos emulsificantes também pode ser usada para criar moléculas completamente novas e sob medida, otimizadas para cada aplicação específica em plásticos.
3. Os emulsificantes usados como aditivos poliméricos são de grau alimentício?
Uma das grandes forças do uso de emulsionantes como aditivos poliméricos é o status inerente de grau alimentício. Eles representam um grupo de aditivos seguros e não perigosos em um mundo onde a crescente atenção aos aditivos em embalagens plásticas resultou em mais regulamentação e controle sobre o que entra em contato direto com alimentos. Assim, os emulsionantes se apresentam como alternativas eficazes aos aditivos atuais de preocupação. No entanto, é possível fabricar derivados não de grau alimentício de emulsificantes que são então usados fora das aplicações de embalagem de alimentos.
4. Como os emulsionantes podem ser aditivos poliméricos – como isso funciona?
A maioria dos emulsificantes é misturada ao polímero, assim como a margarina em massa, após o que os polímeros são moldados, não em biscoitos ou muffins, mas em longas folhas ou objetos por extrusão ou moldagem por injeção. Após a produção e dependendo do emulsificante, ele migra para a superfície instantaneamente ou em poucos dias, posicionando-se na interface entre plástico e ar. Aqui, ela torna a superfície plástica mais apetitosa de água, atraindo quantidades minúsculas de água, o que ajuda a dissipar eletricidade estática, tornando a superfície antiestática, ou pode espalhar as gotículas em uma superfície enevoada formando uma película de água clara, criando um efeito antiembaçante.
5. Eles são bons? São melhores do que as alternativas aditivas atuais?
Em alguns casos, com emulsificantes ou blends especificamente projetados, é possível alcançar desempenho superior, mas em outros, eles simplesmente atendem aos padrões atuais da indústria. Além de seu desempenho, uma das maiores forças dos emulsificantes é a combinação de grau alimentício e sua natureza biológica, o que os libera de muitas das preocupações atualmente em torno dos aditivos poliméricos usados pela indústria de polímeros atualmente. E com a crescente demanda dos clientes por embalagens seguras, essa tendência só vai se intensificar à medida que a legislação continuar se tornando mais rigorosa nos próximos anos.
6. O que faz de um emulsificante um bom aditivo polimérico?
O ponto chave é a natureza anfifílica, que é tanto hidrofílica quanto lipofílica, o que também é utilizado em aplicações alimentares. No entanto, em vez de atuarem na interface óleo/água, eles migram para a superfície do polímero e depois para a interface polímero/ar. Essa migração é muito controlada pelo tipo polimérico e sua cristalinidade, mas o acúmulo químico 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 mould-release em moldagens por injeção ou quando um efeito anti-static instantâneo é necessário em processamento posterior. Glicerídeos de cadeia média e mais longa podem levar dias para chegar à superfície e, assim, provocam um efeito retardado, que por sua vez geralmente dura mais. Poligliceróis dos mesmos tipos de ácidos graxos também apresentaram desempenho muito bom em aplicações desafiadoras, como antiembaçamento em filmes de estufa, onde é necessária uma performance longa.
7. Existem desvantagens em usar emulsificantes como aditivos no plástico?
Um dos desafios para a indústria de polímeros com esses produtos é sua aparência física. Alguns são pellets que podem ser manuseados por muitos produtores, mas outros são pastosos ou líquidos. Isso significa que os produtores precisam aquecê-los e dosá-los em forma líquida, o que pode ser difícil de manusear em uma linha de extrusão se não tiverem o equipamento adequado. É também por isso que um dos maiores segmentos de clientes para emulsificantes usados como aditivos poliméricos é o dos produtores de masterbatch. Eles podem misturar os aditivos com o polímero em suas linhas de extrusão, criando uma mistura concentrada, um masterbatch, em pellets, fácil de manusear para conversores que moldam o plástico em peças utilizáveis, como cadeiras ou baldes.
Outra desvantagem é a necessidade de atingir a concentração certa. Isso geralmente não é um problema, mas infelizmente não é, para que o efeito melhore quanto mais você coloca, assim como um emulsificante demais pode criar uma migalha indesejada no bolo ou deixar o chocolate muito viscoso. No caso dos aditivos poliméricos, excesso de emulsificante causa migração excessiva para a superfície, criando uma camada visível e oleosa na superfície plástica – muito parecida com gordura que floresce em chocolates. No caso, por exemplo, de uma cafeteira preta e brilhante, você não gostaria de uma camada leitosa assim na superfície e, quando o produto começa a florescer, ele não produz mais o efeito antiestático ou antiembaçante. Portanto, é importante não usar excessos ao usar emulsificantes como aditivos poliméricos.
8. Quais aplicações?
Os emulsificantes apresentam excelente desempenho em várias aplicações em plásticos.
- Anti-static: Aqui, ela previne o acúmulo de estática durante a produção, manuseio e uso de produtos plásticos. O acúmulo de estática pode ser um risco durante a produção, pois pode resultar em uma descarga eletrostática repentina que atinge o pessoal ou causa um curto-circuito nas máquinas. 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 o selar corretamente a embalagem ou faz com que o produto pareça sujo e pouco convidativo
- Anti-fogging: onde melhoram a apresentação visual do produto ao espalhar a água em um filme fino e transparente, em vez de pequenas gotas obstruindo a visão. Assim, ele não remove as gotas de água, mas retém a água na superfície plástica em uma película fina, o que também ajuda a evitar a formação de uma poça de água no fundo, por exemplo, de um saco de salada
- Mould release: onde impede a adesão do plástico aos moldes/ferramentas metálicas usadas, por exemplo, na moldagem por injeção, tornando o processamento mais rápido, eficiente e com menos defeitos. Aqui, os emulsionantes lubrificam a superfície plástica 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, pois textura, estabilidade da emulsão e teor de água não são usados na avaliação de aditivos poliméricos.
Após ser processado em um filme ou em uma peça moldada por injeção, o desempenho antiestático do produto final é avaliado por meio do tempo de decaimento estático ou resistividade superficial. O tempo de decaimento estático é uma expressão de quanto tempo a superfície leva para descarregar de 5000 volts para 500 volts, ou seja, 10% da carga. Um polímero puro nem sequer conseguirá carregar até os 5000 volts necessários para iniciar o experimento, e um bom aditivo antiestático mostrará um tempo de decaimento estático em menos de 2 segundos. Na resistividade superficial, uma corrente é passada por dois eletrodos a uma dada distância na superfície da peça plástica e a resistência da superfície é determinada na área medida. Uma superfície antiestática está na faixa de 1010-10 11 ohm/quadrado, enquanto o polímero puro é isolante com resistividade superficial de 1012 ohm/quadrado e superior.
O desempenho antiembaçador dos filmes plásticos é avaliado visualmente numa escala de A a E, onde A é completamente embaçado com gotículas muito pequenas e E é um filme transparente sem gotas. O filme é fixado em um recipiente com água e a avaliação é então realizada a 5 °C em ambiente refrigerado, para simular armazenamento a frio, por exemplo, saladas e carnes, ou em banho-maria a 60 °C para simular aplicações quentes, como refeições recém-cozidas.
10. Podem ser usados em plásticos biobaseados ou biodegradáveis?
Emulsificantes de origem vegetal são especialmente adequados tanto para plásticos bio-baseados quanto biodegradáveis. Aqui, é importante distinguir entre os dois tipos de "bio" plásticos.
Bio-baseado significa originar-se de materiais bio-baseados com alto teor de carbono, como a cana-de-açúcar. Esse tipo pode ser transformado em uma cópia exata de seus equivalentes fósseis, como o PE (polietileno), que não são biodegradáveis. Assim, emulsificantes podem ser um aditivo eficaz e seguro em plásticos biobaseados, assim como em seus equivalentes baseados em fósseis.
PLA (ácido polilático) é um exemplo de polímero que é tanto bio-baseado quanto biodegradável. A biodegradabilidade do PLA é inerente, devido à sua espinha dorsal éster, que, assim como os emulsificantes, se decompõe em compostos não nocivos sob hidrólise. Isso torna os emulsionantes um candidato óbvio para aditivos, pois são totalmente biodegradáveis e seguros para o meio ambiente.
Portanto, os emulsíveis são uma excelente escolha tanto para plásticos biobaseados quanto biodegradáveis, que é um segmento crescente na indústria de plásticos, já que os consumidores estão exigindo alternativas mais verdes, livres de combustíveis fósseis. Recentemente, cientistas estão até trabalhando em polímeros à base deCO2 do ar, para ajudar a limpar a atmosfera do excesso deCO2, que é a matéria-prima perfeita para polímeros à base de carbono.
