MSc. Elias Augusto Soares, da redação.

Poli(hidroxialcanoato) (PHA) é o nome dado à família de biopolímeros termoplásticos obtidos naturalmente por meio da fermentação de bactérias, as quais consomem matéria-prima rica em carbono e as sintetizam biologicamente. Esse material polimérico natural é classificado como um poliéster e despertou alto interesse comercial devido às suas boas propriedades, semelhantes às dos plásticos commodities, porém, com a vantagem de ser proveniente de fontes renováveis e biodegradável.

 

 

Na história dos polímeros os PHAs foram descobertos em 1888, isolados e caracterizados pela primeira vez em 1925. Na década de 1960, pesquisadores descobriram que microrganismos os produzem a partir de fontes ricas em carbono e que uma grande variedade desses seres produzem diferentes tipos de PHA.

 

Assim como outros polímeros de fontes renováveis, os PHAs são uma das alternativas para substituição de polímeros provenientes de fontes fósseis, como uma escolha mais sustentável, uma vez que são originados por meio de componentes renováveis e que proporcionam a redução na emissão de gases de efeito estufa. Atualmente, de acordo com relatórios da European Bioplastics (EUBP), os PHAs representam cerca de 1,8% da capacidade de produção global de biopolímeros, podendo atingir o patamar de 6,4% em 2026.

 

Para compreender a família dos PHAs, é possível correlacionar com a família das poliamidas (PAs). Assim como nas poliamidas, o que determina a nomenclatura de um PHA, é a composição de parte de sua estrutura. Com certas variações é possível obter PA 6, 66, 610, 410, entre muitas outras. Com diversas variações disponíveis para os PHAs é possível obter vários materiais (veja mais no box “A ciência do material”). Os mais comuns disponíveis no mercado são o poli(hidroxibutirato) (PHB) – o PHA mais popular –, poli(hidroxivalerato) (PHV) e poli(hidroxibutirato-co-valerato) (PHBV), os quais geralmente são fornecidos em pellets.

 

Como a maioria dos termoplásticos semicristalinos, esse material pode ser processado por meio de sua fusão, por diversos métodos de transformação como, por exemplo, injeção, extrusão, termoformação, formação de espumas, fibras, impressão 3D e em processos de revestimento de papel. Sua transformação pode ser realizada nos mesmos equipamentos em que se processam materiais convencionais, desde que sejam ajustadas as condições de processo às características do polímero. Entretanto, os PHAs possuem uma estreita faixa térmica de processabilidade e, dependendo do material, ele pode ser quimicamente instável a altas temperaturas. Sendo assim, o tempo de processo deve ser reduzido, utilizando uma janela curta de temperatura, mantendo a atenção para que seja submetido a baixas taxas de cisalhamento.

 

 

Quanto a variações, é comum a formulação de blendas e copolímeros com PHAs como PHB/PLA, PHB/HV, PHB com amido, entre muitas outras misturas. Além disso, alguns estudos evidenciam o aumento das suas propriedades mecânicas quando utilizado junto a fibras naturais, ou até mesmo sintéticas.

 

Um dos principais fatores que dificultam a substituição de artigos produzidos com polímeros convencionais por artigos produzidos por PHAs é o seu alto custo de produção. Entretanto, diversas técnicas de obtenção vêm sendo estudadas e desenvolvidas.

 

As aplicações típicas de PHAs incluem artigos de mesa descartáveis (copos, talheres, bandejas, pratos e recipientes para alimentos), embalagens food service, embalagens para produtos alimentícios industrializados (frascos, tampas, filmes e rótulos), filmes agrícolas para coberturas de retenção de solo (mulch), peças injetadas, sacos e sacolas, tubetes de mudas de plantas, entre outras. Outro campo de aplicação para esse material é a medicina, devido ao seu alto índice de biocompatibilidade, em seres humanos e animais, em aplicações que interagem com o organismo como, por exemplo, suturas, cápsulas gelatinosas para medicamentos, sistemas de aplicação de drogas (microcápsulas ou microesferas), pinos cirúrgicos, enxertos ósseos, escovas cirúrgicas, drenos, tecidos cirúrgicos, válvulas cardíacas e como talco de lubrificação para luvas cirúrgicas. Além destes usos, o PHA também pode ser transformado em fibras que podem ser utilizadas para a confecção de malhas, artigos de uso único biodegradáveis e em tecido-não-tecido.

 

 

Vale ressaltar que, o PHA pode ser reciclado por métodos já utilizados com outros termoplásticos como a reciclagem mecânica, química ou energética. Além disso, por mais que seja um material reciclável, biodegradável e compostável, seu descarte correto é fundamental para que se possa tirar proveito de tais vantagens. Quando descartados em ambientes naturais e biologicamente ativos (presença de bactérias e fungos), associados à temperatura e umidade adequadas, são transformados novamente em gás carbônico, água e biomassa, concluindo o ciclo de vida sem impactos negativos ao meio ambiente.

 

Os PHAs podem ser identificados pelo símbolo “♹” (sete) na simbologia da ABNT para reciclagem, devendo ser descartados nas lixeiras de cor vermelha. Confira os fabricantes e fornecedores desse polímero em nosso Guia de Bioplásticos. Para saber mais, consulte a seção de Literatura em nosso site www.arandanet.com.br/revista/pi

A ciência do material

Os PHAs, classificados como poliésteres naturais, são produzidos por uma extensa variedade de microrganismos por meio da fermentação bacteriana, método em que as bactérias consomem matéria-prima rica em carbono e as sintetizam biologicamente (biossíntese) em moléculas de um polímero natural, o PHA.

 

Este processo natural pode ser imitado em um ambiente industrial. Nos últimos anos, dezenas de iniciativas foram tomadas para tornar o PHA útil para aplicações duráveis e estruturais, como uma alternativa sustentável aos polímeros sintetizados quimicamente.

 

A estrutura molecular geral dos PHAs é apresentada na figura ao lado. Dependendo dos números de carbono nos constituintes monoméricos, os PHAs podem ser classificados como de cadeia curta (que consistem em monômeros com três a cinco átomos de carbono) e cadeia média (com seis a 14 monômeros de carbono nas unidades). Mais de 150 monômeros de PHA diferentes já foram identificados, o que faz deles o maior grupo de poliésteres naturais, e proporciona a possibilidade de sintetizar polímeros com as mais variadas propriedades.

 

Propriedades típicas*

Nome e sigla: poli(hidroxialcanoato) (PHA) – [en. polyhydroxyalkanoates]

Classificação: biopolímero

Origem: natural

Fórmula química: (C_xH_yO₂)_n

Comportamento mecânico: termoplástico

Organização molecular: semicristalino

Densidade (sólido): aproximadamente 1,2 g/cm³

Temperatura de transição vítrea (Tg): 2 a 8 °C (dependendo do monômero)

Temperatura de fusão (Tm): 160 a 175 °C (dependendo do monômero)

Temperatura de processamento: 160 a 200 °C (dependendo do material e do processo)

Secagem: tempo e temperatura de secagem variam de acordo com material e processo

 

*Os dados atribuídos às propriedades do polímero são valores médios obtidos na literatura e junto a fornecedores de materiais.

(Fotos ilustrativas. Fontes: wirestock, Tatiana Goskova, mrsiraphol, freestockcenter, freepik e jcomp, via Freepik)

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