ads:
"Estudo e Desenvolvimento de
Cerâmicas Porosas de Dióxido
de Titânio Aditivadas com
Proteínas de Soja"
JERUSA GOES ARAGÃO SANTANA
282
ads:
Livros Grátis
http://www.livrosgratis.com.br
Milhares de livros grátis para download.
JERUSA GOES ARAGÃO SANTANA
ESTUDO E DESENVOLVIMENTO DE CERÂMICAS POROSAS DE
DIÓXIDO DE TITÂNIO ADITIVADAS COM PROTEÍNAS DE SOJA
Dissertação apresentada à Faculdade
de Engenharia do Campus de
Guaratinguetá, Universidade Estadual
Paulista, para a obtenção do título de
Mestre na área de Projetos e
Materiais.
Orientador: Prof. Dr. Elson de Campos
Co-orientador: Prof. Dr. Flávio de Paula Santos
†
Guaratinguetá
2005
ads:
unesp
UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA
CAMPUS DE GUARATINGUETÁ
“ESTUDO E DESENVOLVIMENTO DE CERÂMICAS POROSAS DE DIÓXIDO DE
TITÂNIO ADITIVADAS COM PROTEÍNAS DE SOJA”
JERUSA GOES ARAGÃO SANTANA
ESTA DISSERTAÇÃO FOI JULGADA ADEQUADA PARA A OBTENÇÃO DO TÍTULO DE
“MESTRE EM ENGENHARIA MECÂNICA”
PROGRAMA: ENGENHARIA MECÂNICA
ÁREA: PROJETOS E MATERIAIS
APROVADA EM SUA FORMA FINAL PELO PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO
Prof. Dr. João Andrade de Carvalho Júnior
Coordenador
B A N C A E X A M I N A D O R A:
Prof. Dr. ELSON DE CAMPOS
Orientador / Unesp-Feg
Prof. Dr. EDSON COCCHIERI BOTELHO
Unesp-Feg
Prof. Dr. OLIVÉRIO MOREIRA DE MACEDO SILVA
CTA
Julho de 2005
DADOS CURRICULARES
JERUSA GOES ARAGÃO SANTANA
NASCIMENTO 21/07/61 – ARACAJU/SE
FILIAÇÃO: Dermival Meneses Aragão
Élea Góes Meneses Aragão
1981/1986 Curso de Graduação em Engenharia Civil
Universidade Federal de Sergipe – Aracaju/SE
1993/1993 Especilização “Lato Sensu” em Informática - Análise de Sistemas
Universidade Gama Filho - RJ.
Ao amigo e co-orientador Prof. Dr. Flávio de
Paula Santos, cuja existência foi abreviada de forma
brusca, dedico este trabalho.
AGRADECIMENTOS
A Deus, “pela lucidez da gratidão que me permite simplesmente agradecer” a todas as
pessoas que, de certa forma, compartilharam comigo momentos de imensa satisfação
contribuindo, e muito, para o que sou hoje como pessoa e pesquisadora;
Ao meu marido Eliel e aos meus filhos Iasmin e Gabriel pelo companheirismo,
amizade, compreensão e paciência durante a execução desse trabalho;
Aos meus familiares, principalmente D. Élea, minha mãe, que mesmo a distância
compartilhou da minha alegria e entusiasmo, entendendo a falta de tempo para estar a
seu lado;
Ao meu pai, Dermival, pelos ensinamentos ao longo da vida e cujo sofrimento físico e
espiritual serviu de aprendizado, tornando-me uma pessoa melhor;
Ao amigo e orientador Prof. Dr. Elson de Campos, pela confiança, crença, respeito,
motivação e atenção a mim dispensados, sempre acreditando no sucesso deste
trabalho;
Ao amigo e co-orientador Prof. Dr. Flávio de Paula Santos, excelente pesquisador,
cujo trabalho de doutorado despertou em mim a paixão pela pesquisa científica;
À BASF/Guaratinguetá, em especial aos Engenheiros e amigos José Carlos Rodrigues,
Tereza Cristina de A. Figueiredo, Eliéser Borges e a todo o pessoal do laboratório pelo
auxílio na realização dos ensaios reológicos;
Ao Prof. Dr. Emerson Ferreira Lucena, pela gentileza, paciência e atenção dispensadas
durante a realização dos ensaios microscópicos e cujas ponderações e ensinamentos
foram imprescindíveis na realização dessa etapa;
Ao técnico e braço direito Domingos Hasmann Neto pelo apoio em todas as etapas de
produção das amostras cerâmicas;
Ao colega e Mestre José Luiz Minatti, pelos longos debates e explicações a respeito do
comportamento dos amidos;
Aos funcionários do departamento de Materiais e Tecnologia (DMT), em especial ao
técnico Manoel Francisco dos Santos pela ajuda a mim dispensada;
Ao Prof. Dr. Francisco Cristóvão Lourenço de Melo e aos funcionários do AMR,
Divisão de Materiais do CTA, pelo apoio na realização do ensaio de platina aquecida;
A grande amiga e Profª. Márcia Rita Chini, pelo carinho, amizade e incentivo que me
conduziram à descoberta da arte de pesquisar;
Ao Prof. Dr. Luís Rogério de O. Hein, pelo apoio na parte de Ceramografia;
A FEG/UNESP cujo apoio material, profissional e humano, foi determinante na
realização deste trabalho, bem como no meu desenvolvimento acadêmico.
Se não houver frutos,
Valeu a beleza das flores.
Se não houver flores,
Valeu a sombra das folhas.
Se não houver folhas,
Valeu a intenção da semente.
Henfil (1944 – 1988)
Este trabalho contou com o apoio financeiro do CNPq através do processo nº.
133472/2004-3.
SANTANA, J. G. A. Estudo e Desenvolvimento de Cerâmicas Porosas de Dióxido
de Titânio Aditivadas com Proteínas de Soja. 2005. 145 f. Dissertação (Mestrado
em Engenharia Mecânica) – Faculdade de Engenharia do Campus de Guaratinguetá,
Universidade Estadual Paulista, 2005.
RESUMO
Este trabalho foi realizado com o objetivo de verificar a possível conformação de
cerâmicas de dióxido de titânio (TiO
2
) utilizando proteína vegetal (soja) como agente
ligante e elemento formador de poros. Para tanto, foram confeccionados corpos
cerâmicos com diferentes composições de sólidos e variações nos percentuais de
proteínas (extrato e proteína texturizada de soja). Como auxiliar de defloculação, com
o intuito de reduzir as viscosidades das dispersões estudadas, utilizou-se a sacarose. A
escolha destes materiais, além da já conhecida propriedade bactericida do dióxido de
titânio, deveu-se a características tais como: baixo custo, não toxicidade, facilidade de
obtenção e, principalmente, propriedades inertes, que conferiram ao produto final
condição de uso, sem prováveis danos a saúde. Para melhor entendimento do
comportamento das proteínas de soja, foram estudadas algumas propriedades
reológicas destes materiais, puros ou em presença da sacarose. A caracterização das
peças cerâmicas constou de medidas de rugosidade superficial e densidade aparente,
além da verificação por meio de microscopia óptica. Os resultados obtidos permitiram
conhecer as peculiaridades e comportamento das proteínas de soja, mostrando suas
capacidades de conformação, além das características distintas que concedem aos
materiais utilizados diferentes possibilidades de usos; enquanto as proteínas
texturizadas são mais apropriadas para filtros domésticos ou membranas, o extrato de
soja apresenta características mais adequadas para o desenvolvimento de cerâmicas
utilizadas como isolantes térmicos.
PALAVRAS-CHAVE: Dióxido de titânio, proteínas de soja, sacarose, conformação,
cerâmicas.
SANTANA, J. G. A. Study of the Titanium Dioxide Ceramic Paramethers
Conformed with the Addition of Soya Proteins. 2005. 145 f. Dissertação (Mestrado
em Engenharia Mecânica) – Faculdade de Engenharia do Campus de Guaratinguetá,
Universidade Estadual Paulista, 2005.
ABSTRACT
The main purpose of this work was to verify the possible formation of titanium dioxide
(TiO
2
) ceramics by using vegetable protein (soya bean) as a binder and pore forming
element. Accordingly, ceramic specimens were made from different compositions of
solids as well as variations in the percentage of proteins (soya essence and texturized
soya). Saccharose was used as a dispersion agent in order to reduce the viscosities.
Titanium dioxide and soya protein were particularly chosen. The former was for its
bactericide property; the latter was due to its low cost, no toxicity, besides being easily
acquired. However, the utmost feature is its inert property responsible for the perfect
condition of use, probably without any health risks. In order to understand the function
of soya proteins, some of their reological behavior were studied, either pure or when in
presence of saccharose. The specimens studied were characterized by superficial
roughness measurements, apparent density and the verification using optical
microscopy. The results obtained showed the peculiarities, as well as the behavior of
soya proteins, indicating their formation capacity. Besides this, it was also verified
distinct properties that allow the use of soya proteins in different ways. Whereas the
texturized soya is more appropriate for residencial filters or membranes, the soya
essence presents better performance to the development of ceramics used as thermal
insulating.
KEY-WORDS: Titanium dioxide, soya proteins, saccharose, consolidation, ceramics.
SUMÁRIO
LISTA DE FIGURAS
LISTA DE TABELAS
LISTA DE ABREVIATURA E SIGLAS
LISTA DE SÍMBOLOS
1 INTRODUÇÃO 26
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 28
2.1 MATERIAIS CERÂMICOS 28
2.1.1 Cerâmica 28
2.1.2 Processamento de materiais cerâmicos 29
2.1.2.1 Mistura dos pós 30
2.1.2.2 Gelatinização 31
2.1.2.3 Secagem 31
2.1.2.4 Pré-sinterização e sinterização 32
2.1.2.4.1 Tamanho das partículas 33
2.1.2.4.2 Agregados e aglomerados 33
2.1.2.4.3 Forma das partículas 34
2.1.2.4.4 Distribuição do tamanho das partículas 34
2.1.2.4.5 Mudanças microestruturais 34
2.2 CONFORMAÇÃO POR CONSOLIDAÇÃO 35
2.2.1 Conformação com amido 35
2.2.2 Conformação com proteínas 36
2.2.2.1 Cerâmicas porosas 36
2.2.3 Conformação de materiais com dióxido de titânio 37
2.3 PROTEÍNAS DE SOJA 39
2.3.1 Origem e produção 39
2.3.2 Processamento e uso 40
2.3.3 Proteína de soja: composição e classificação 46
2.3.4 Estrutura das proteínas 50
2.3.5 Desnaturação das proteínas 51
2.4 PROCESSAMENTO COLOIDAL DAS PROTEÍNAS DE SOJA 53
2.4.1 Classificação dos colóides 53
2.4.2 Solvatação e formação de gel 55
2.4.3 Interface ar-água 55
2.4.4 Formação de espumas 56
2.4.5 Estabilidade dos colóides 56
2.4.6 Sedimentação das partículas 57
2.5 PROPRIEDADES REOLÓGICAS 57
2.5.1 Suspensões com proteínas 57
2.5.1.1 Viscosidade dos fluidos puros 59
2.5.1.2 Viscosidade de soluções coloidais 59
2.5.1.3 Tixotropia e reopexia 60
2.5.2 Dispersões cerâmicas 61
2.5.2.1 Ação dos defloculantes 62
2.5.2.2 Auxiliar de defloculação 64
2.5.2.2.1 Sacarose 64
3 MATERIAIS E MÉTODOS 67
3.1 MATERIAIS 67
3.1.1 Dióxido de titânio 67
3.1.2 Proteínas de soja 67
3.1.3 Defloculante 68
3.1.3.1 Disperlan LA 68
3.1.4 Auxiliar de defloculação 69
3.1.4.1 Sacarose 69
3.2 ESTUDO REOLÓGICO DAS SOLUÇÕES DE PROTEÍNAS 69
3.2.1 Definição das composições 69
3.2.2 Preparação das soluções 70
3.2.3 Reologia das proteínas 71
3.2.3.1 Viscosímetro Brookfield 71
3.2.3.2 Reômetro cilíndrico 72
3.2.3.3 Medidas de pH 73
3.3 MICROSCOPIA ÓPTICA COM PLATINA AQUECIDA 75
3.4 CONFORMAÇÃO DAS CERÂMICAS DE TIO
2
COM PROTEÍNAS 75
3.4.1 Processamento das cerâmicas 75
3.4.1.1 Definição das composições 75
3.4.1.2 Preparação da barbotina 78
3.4.1.3 Gelatinização 78
3.4.1.4 Secagem 79
3.4.1.5 Calcinação, pré-sinterização e sinterização 79
3.4.1.6 Perda de massa e contração dos corpos cerâmicos 80
3.4.2 Caracterização das cerâmicas 80
3.4.2.1 Massa específica aparente 80
3.4.2.2 Rugosidade 81
3.4.3 Caracterização por microscopia quantitativa 81
3.4.3.1 Preparação das amostras 82
3.4.3.1.1 Seccionamento 82
3.4.3.1.2 Lixamento 82
3.4.3.1.3 Polimento 82
3.4.3.1.4 Ataque térmico 83
3.4.3.2 Aquisição das imagens 83
3.4.3.3 Parâmetros microscópicos 83
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES 85
4.1 REOLOGIA DAS SOLUÇÕES DE PROTEÍNAS 85
4.1.1 Análise da viscosidade utilizando viscosímetro Brookfield 85
4.1.2 Parâmetros reológicos obtidos com reômetro cilíndrico 90
4.1.3 Medição do pH 97
4.2 MICROSCOPIA ÓPTICA COM PLATINA AQUECIDA 98
4.3 CONFORMAÇÃO DAS CERÂMICAS 103
4.4 PERDA DE MASSA E CONTRAÇÃO 106
4.5 CARACTERIZAÇÃO DAS PROPRIEDADES FÍSICAS DAS
CERÂMICAS 107
4.5.1 Massa específica e porosidade aparentes 107
4.5.2 Rugosidade 109
4.6 MICROSCOPIA ÓPTICA 112
4.6.1 Análise da microestrutura 112
5 CONCLUSÕES 119
6 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS 121
REFERÊNCIAS 123
APÊNDICE A 135
APÊNDICE B 137
APÊNDICE C 143
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 2.1
-
Principais etapas utilizadas no processamento de materiais
cerâmicos. 30
FIGURA 2.2
-
Processamento da soja. 45
FIGURA 2.3
-
Estrutura química de um aminoácido. 46
FIGURA 2.4
-
Ligação peptídica entre aminoácidos. 47
FIGURA 2.5
-
Aminoácidos essenciais produzidos pela proteína de soja. 48
FIGURA 2.6
-
Seqüência das diferentes estruturas da proteína globular. 51
FIGURA 2.7
-
Desnaturação das proteínas. 52
FIGURA 2.8
-
Ilustração do processo de desnaturação e coagulação das
proteínas globulares. 53
FIGURA 2.9
-
Gráfico apresentando comportamento reopéxo e tixotrópico de
suspensões submetidas a taxa de cisalhamento constante. 61
FIGURA 2.10
-
Desidratação e hidrólise de uma molécula de sacarose. 65
FIGURA 2.11
-
Estrutura da sacarose apresentando seus grupos hidroxilas
reagentes. 65
FIGURA 3.1
-
Viscosímetro analógico Brookfield. 72
FIGURA 3.2
-
Reômetro cilíndrico utilizado na medição dos parâmetros
reológicos das proteínas de soja.
73
FIGURA 3.3
-
Equipamento utilizado para medição de pH.
74
FIGURA 3.4
-
Fluxograma apresentando as etapas de conformação das
barbotinas. 77
FIGURA 3.5
-
Moldes utilizados para confecção das peças cerâmicas
destinadas à microscopia óptica.
81
FIGURA 3.6
-
Seccionamento radial das peças destinadas à microscopia. 82
FIGURA 4.1
-
Gráficos apresentando as viscosidades das soluções contendo
proteína texturizada e extrato de soja, obtidas com taxa de
cisalhamento de 100 s
-1
, após homogeneização. 86
FIGURA 4.2
-
Gráfico apresentando a viscosidade das soluções de extrato e
proteína texturizada de soja, puros e em repouso, obtidos com
taxa de cisalhamento de 100 s
-1
. 87
FIGURA 4.3
-
Influência da sacarose na diminuição da viscosidade de
soluções contendo, respectivamente, proteína texturizada e
extrato de soja. 88
FIGURA 4.4
-
Viscosidades das soluções contendo, respectivamente, proteína
texturizada e sacarose e extrato de soja e sacarose, após as
etapas de homogeneização e repouso, obtidas com taxa de
cisalhamento de 100 s
-1
. 89
FIGURA 4.5
-
Curvas de tensão de cisalhamento e viscosidade das soluções
de proteínas puras, obtidas com taxa de cisalhamento 10.000 s
-1
.
91
FIGURA 4.6
-
Curvas de tensão de cisalhamento e viscosidade das soluções de
extrato puro e extrato contendo sacarose, obtidas com taxa de
cisalhamento 10.000 s
-1
.
92
FIGURA 4.7
-
Curvas de tensão de cisalhamento e viscosidade das soluções de
proteínas texturizadas pura e contendo sacarose, obtidas com
taxa de cisalhamento de 10.000 s
-1
.
93
FIGURA 4.8
-
Curvas de tensão de cisalhamento e viscosidade das soluções de
proteína texturizada e extrato em presença da sacarose, obtidas
com taxa de cisalhamento de 10.000 s
-1
.
94
FIGURA 4.9
-
Gráfico apresentando o comportamento das soluções de
proteínas puras, obtido com auxílio do viscosímetro e após 2 h
de repouso. 95
FIGURA 4.10
-
Gráfico apresentando o comportamento das soluções de
proteínas e sacarose, obtido com auxílio do viscosímetro e após
2 h de repouso. 96
FIGURA 4.11
-
Imagens da solução de extrato soja puro, quando submetida a
ensaio de microscopia óptica com platina aquecida.
99
FIGURA 4.12
-
Imagens da solução de extrato de soja e sacarose, quando
submetida a ensaio de microscopia óptica com platina aquecida. 100
FIGURA 4.13
-
Imagens da solução de proteína texturizada de soja pura, quando
submetida a ensaio de microscopia óptica com platina aquecida. 101
FIGURA 4.14
-
Imagens da solução de proteína texturizada de soja e sacarose,
quando submetida a ensaio de microscopia óptica com platina
aquecida. 102
FIGURA 4.15
-
Cerâmicas de TiO
2
conformadas com extrato e proteína
texturizada de soja. 105
FIGURA 4.16
-
Porosidade aparente das cerâmicas de TiO
2
conformadas com
proteína texturizada e extrato de soja. 109
FIGURA 4.17
-
Rugosidade média das cerâmicas de TiO
2
conformadas com
proteína texturizada e extrato de soja. 111
FIGURA 4.18
-
Imagens representativas das amostras cerâmicas de TiO
2
conformadas com 40% de sólidos, sendo 10% de agente ligante
e elemento formador de poros [60% de proteína texturizada ou
extrato]. 113
FIGURA 4.19
-
Imagens representativas das amostras cerâmicas de TiO
2
conformadas com 35% de sólidos, sendo 10% de agente ligante
e elemento formador de poros [70% de proteína texturizada ou
extrato]. 113
FIGURA 4.20
-
Imagens representativas das amostras cerâmicas de TiO
2
conformadas com 35% de sólidos, sendo 10% de agente ligante
e elemento formador de poros [80% de proteína texturizada ou
extrato]. 114
FIGURA 4.21
-
Imagens representativas das amostras cerâmicas de TiO
2
conformadas com 35% de sólidos, sendo 10% de agente ligante
e elemento formador de poros [90% de proteína texturizada ou
extrato]. 114
FIGURA 4.22
-
Fração porosa das cerâmicas de TiO
2
conformadas com proteína
texturizada e extrato de soja. 116
FIGURA 4.23
-
Tamanho médio dos poros das cerâmicas de TiO
2
conformadas
com proteína texturizada e extrato de soja. 117
FIGURA A.1
-
Tipos de reômetros comumente utilizados. 135
FIGURA B.1
-
Imagens da superfície de amostras de TiO
2
e sacarose contendo,
respectivamente, extrato e proteína texturizada de soja, obtidas
com estereoscópio Leica GZ6. 137
FIGURA B.2
-
Histograma de amostras de TiO
2
e sacarose contendo,
respectivamente, extrato e proteína texturizada de soja. 138
FIGURA B.3
-
Contraste das amostras de TiO
2
e sacarose contendo,
respectivamente, extrato e proteína texturizada de soja. 139
FIGURA B.4
-
Equalização do histograma das amostras de TiO
2
e sacarose
contendo, respectivamente, extrato e proteína texturizada de.
soja. 139
FIGURA B.5
-
Segmentação da imagem de uma amostra de TiO
2
e sacarose,
contendo, respectivamente, extrato e proteína texturizada de
soja. 140
FIGURA B.6
-
Limiarização da imagem de uma amostra de TiO
2
e sacarose
contendo, respectivamente, extrato e proteína texturizada de
soja. 140
FIGURA B.7
-
Calibração da imagem de uma amostra de TiO
2,
sacarose e
extrato de soja. 141
FIGURA C.1
-
Imagens apresentando as cerâmicas de TiO
2
conformadas,
respectivamente, com extrato de soja e sacarose e extrato puro,
quando submetidas a gelatinização à temperatura de 80 ºC. 144
FIGURA C.2
-
Imagens apresentando as cerâmicas de TiO
2
conformadas,
respectivamente, com extrato de soja e sacarose e extrato puro,
quando submetidas a gelatinização à temperatura de 100 ºC. 145
LISTA DE TABELAS
TABELA 2.1
-
Principais tipos de dispersões coloidais. 54
TABELA 3.1
-
Composição da proteína texturizada e do extrato de soja
acordo com informação do fabricante. 68
TABELA 3.2
-
Composição do Cristalçucar União fornecido pela
Copersucar. 69
TABELA 3.3
-
Composições utilizadas no estudo reológico da proteína
texturizada de soja. 70
TABELA 3.4
-
Composições utilizadas no estudo reológico do extrato de
soja. 70
TABELA 3.5
-
Resumo dos valores utilizados na escala de pH e pOH. 74
TABELA 4.1
-
Valores das viscosidades das proteínas obtidos por
intermédio do viscosímetro Brookfield. 90
TABELA 4.2
-
Parâmetros reológicos das soluções de proteínas puras ou
adicionadas a sacarose. 96
TABELA 4.3
-
Valores de pH das soluções de proteínas, obtidas após
homogeneização e repouso. 97
TABELA 4.4
-
Composições cerâmicas contendo proteína texturizada de
soja. 104
TABELA 4.5
-
Composições cerâmicas contendo extrato de soja. 104
TABELA 4.6
-
Perda de massa e contração das amostras cerâmicas
compostas por proteína texturizada e extrato de soja. 106
TABELA 4.7
-
Massa específica e porosidade aparentes das cerâmicas de
TiO
2
conformadas com proteína texturizada de soja. 108
TABELA 4.8
-
Massa específica e porosidade aparentes das cerâmicas de
TiO
2
conformadas com extrato de soja. 108
TABELA 4.9
-
Rugosidades das amostras de TiO
2
conformadas com
proteína texturizada de soja. 110
TABELA 4.10
-
Rugosidades das amostras de TiO
2
, conformadas com
extrato de soja. 110
TABELA 4.11
-
Parâmetros microscópicos obtidos com amostras
cerâmicas de TiO
2
, conformadas com proteína texturizada
de soja. 115
TABELA 4.12
-
Parâmetros microscópicos obtidos com amostras
cerâmicas de TiO
2
conformadas com extrato de soja. 115
TABELA C.1
-
Resultados dos ensaios de rugosidades das cerâmicas de
TiO
2
conformadas com extrato de soja, em diferentes
temperaturas de gelatinização. 143
TABELA C.2
-
Resultados dos ensaios de porosidade e massa específica
aparentes das cerâmicas de TiO
2
conformadas com extrato
de soja, em diferentes temperaturas de gelatinização. 144
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
ABC - Associação Brasileira de Cerâmica
ACS - AMERICAN CHEMICAL SOCIETY
ANVISA
-
Agência Nacional de Vigilância Sanitária
ASTM - American Society for Testing and Materials
CONAB - Companhia Nacional de Abastecimento
CTA - Centro Tecnológico Aeroespacial
EMBRAPA - Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária
FBCI
-
Food Biotech Communication Initiative
IF - Instituto de Física
INPE - Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais
PIB - Produto Interno Bruto
UFRJ - Universidade Federal do Rio de Janeiro
LISTA DE SÍMBOLOS
γ
deformação ou fluxo
γ
& taxa de cisalhamento; taxa de deformação
ap
η
viscosidade aparente
η
viscosidade
ç
i
viscosidade inicial
ç
f
viscosidade final
ç
mín.
viscosidade mínima
ç
máx.
viscosidade máxima
µm micrometro = 10
-6
m
ñ
A
massa específica aparente
τ
tensão
cis
τ
tensão de cisalhamento
ô
i
tensão de cisalhamento inicial
ô
f
tensão de cisalhamento final
ô
mín.
tensão de cisalhamento mínima
ô
máx.
tensão de cisalhamento máxima
ºC graus Celsius
A
A
absorção da água
cm centímetro
D. pad desvio padrão
g grama
GPa Giga Pascal = 10
9
Pascals
+
H
íon hidrogênio
h hora
ha hectare
K kelvin
M molar
massa% percentual em massa
min minuto
mín. mínimo
mL mililitro
mm milímetro
MPa Mega Pascal = 10
6
Pascals
mPa mili Pascal = 10
-3
Pascals
nm nanometro = 10
-9
m
−
OH
íon hidroxila
P
A
porosidade aparente
pH potencial de hidrogênio
R
a
rugosidade média
R
t
rugosidade total
s segundo
Tam. médio tamanho médio dos poros
TiO
2
dióxido de titânio
vol% percentual em volume
W watt
1 INTRODUÇÃO
Um dos maiores desafios do homem moderno é a descoberta e o
desenvolvimento de materiais alternativos que substituam aqueles existentes na
natureza. Aliados a isso, o fator econômico e os danos irreparáveis ao meio ambiente
induzem a uma corrida incessante por novas descobertas, utilizando o conhecimento e
a tecnologia de ponta. Essa tendência vem sendo observada em vários setores: na
medicina, por meio da utilização de biomateriais; na engenharia, com a utilização de
isolantes térmicos confeccionados com cerâmicas alternativas; na indústria
farmacêutica, por meio do uso de materiais sintéticos que substituam similares
naturais; dentre outros.
Seguindo tal premissa, esse trabalho foi desenvolvido com o objetivo de verificar
a possível conformação de cerâmicas de dióxido de titânio (TiO
2
) utilizando proteínas
vegetais como agente ligante e elemento formador de poros. A metodologia adotada
faz parte de uma linha de pesquisa já estabelecida na UNESP de Guaratinguetá, onde
cerâmicas de TiO
2
são conformadas utilizando materiais orgânicos, por exemplo, o
amido, como agente ligante.
Inicialmente, vários materiais foram adicionados às proteínas para verificação da
capacidade de conformação destas. Utilizou-se com esse intuito, aluminas (A2-SG e
A-1000) e dióxido de titânio com 96,5% de pureza. Diante da possibilidade de
conformação, partiu-se para uma etapa posterior, onde outros materiais foram
adicionados à proteína, dentre eles, o amido de batata. Todos esses materiais
produziram cerâmicas com características próprias, apresentando em comum, a
elevada viscosidade da dispersão.
Após várias tentativas e baseando-se em um trabalho realizado por Minatti et al.
(2004) utilizando cascas de beterraba, introduziu-se a sacarose à mistura, cujos
resultados positivos permitiram a conformação de peças com diferentes percentuais de
proteínas.
O presente trabalho foi planejado de forma a ser executado de maneira
sistemática, adotando as etapas a seguir correlacionadas. Além deste Capítulo de
27
Introdução outros 5 Capítulos e 3 Apêndices contêm informações necessárias para o
entendimento dos assuntos abordados.
Uma descrição detalhada a respeito da soja (produção, uso, constituição, etc.),
bem como as propriedades e características dos demais materiais utilizados, são
apresentadas no Capítulo 2.
O Capítulo 3 faz um relato detalhado das composições cerâmicas adotadas neste
trabalho, mostrando todo o processo de conformação das dispersões, os ensaios
reológicos, físicos e microscópicos realizados, necessários para obtenção dos
parâmetros de interesse.
O Capítulo 4 mostra os resultados obtidos a partir dos ensaios realizados e faz
uma breve análise do comportamento reológico das proteínas de soja.
Os Capítulos 5 e 6 apresentam, respectivamente, as conclusões e sugestões de
trabalhos futuros com os materiais empregados.
O Apêndice A faz um breve relato a respeito da utilização e tipos de reômetro. Já
os Apêndices B e C exibem, respectivamente, as etapas do processamento de imagens
utilizadas neste trabalho e as características físicas e microscópicas de cerâmicas
gelatinizadas a diferentes temperaturas.
28
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 MATERIAIS CERÂMICOS
2.1.1 Cerâmica
A palavra “Cerâmica” é proveniente do grego keramikós, significando “matéria-
prima queimada”. Segundo Kingery; Bowen e Uhlmann (1976), cerâmica é a arte,
ciência e tecnologia de fabricar e usar peças sólidas, que apresenta como componente
essencial materiais inorgânicos não metálicos, sendo compostas em grande parte por
eles.
Read (1968) define cerâmica como a mais simples e, ao mesmo tempo, a mais
difícil de todas as artes. A mais simples, por ser a mais elementar; a mais difícil, por
ser a mais abstrata. Historicamente, encontra-se entre as artes mais primitivas. Os
vasos mais antigos que se conhecem eram modelados à mão em barro cru, tal qual
eram extraídos da terra e secos ao Sol e ao vento. Quando o homem descobriu o fogo,
aprendeu a tornar seus vasos rijos e duradouros. Quando inventou a roda e como
oleiro, ele pôde acrescentar ritmo e movimento ascensional ao seu conceito de forma.
Estavam presentes, pois, todos os elementos essenciais da mais abstrata de todas as
formas de arte. Esta foi evoluindo até que, no século V a.C., se tornou a arte
representativa da cultura grega e posteriormente da cultura chinesa (READ, 1968;
RIBEIRO JUNIOR, 1997).
Os tipos perfeitos de cerâmica, representados nas artes da Grécia e da China, têm
os seus equivalentes aproximados em outras regiões: no Peru e no México; na
Inglaterra e na Espanha medievais; na Itália do Renascimento; na Alemanha do século
XVIII (READ, 1968). No Brasil são muito conhecidas as Cerâmicas produzidas pelos
índios marajoaras.
Há cinqüenta anos atrás, os materiais cerâmicos mais importantes utilizavam a
argila como matéria-prima e eram conhecidos como cerâmicas tradicionais. Desse
grupo faziam parte os azulejos, louças, telhas e a porcelana. Com o desenvolvimento
tecnológico, as cerâmicas passaram a ser pesquisadas de modo a se compreender a
29
natureza dos materiais que a compõem e que são responsáveis pelas suas propriedades
únicas, possibilitando o surgimento de uma nova geração de materiais e o termo
cerâmica passou a ter um significado mais amplo (CALLISTER, 2002).
Segundo a Associação Brasileira de Cerâmica, ABC (2002), a abundância de
matérias-primas naturais, fontes alternativas de energia e disponibilidade de tecnologia
nos equipamentos industriais foram fatores determinantes na evolução das indústrias
brasileiras, permitindo-lhes a fabricação de produtos cerâmicos de qualidade.
A indústria cerâmica brasileira tem um papel importante na economia do país,
tendo participação na ordem de 1,0% do PIB (Produto Interno Bruto), o que equivale a
cerca de 6 bilhões de dólares. Atualmente esta indústria é muito diversificada,
compreendendo os seguintes segmentos: cerâmica vermelha, materiais de
revestimento, materiais refratários, louças sanitárias, isoladores elétricos de porcelana,
filtros cerâmicos de água para uso doméstico, cerâmica térmica, cerâmica artística
(decorativa e utilitária), louça de mesa, materiais biocompatíveis e isolantes térmicos
(ABC, 2002).
2.1.2 Processamento de materiais cerâmicos
Os materiais cerâmicos são submetidos a etapas de processamento, nas quais a
peça é conformada a partir de sistemas particulados (pós) (PANDOLFELLI et al.,
2000). Conforme apresentado na Figura 2.1, diversas técnicas podem ser empregadas
para conformar os pós-cerâmicos, tais como:
30
Figura 2.1 - Principais etapas utilizadas no processamento de materiais cerâmicos
(PANDOLFELLI et al., 2000).
A seguir, serão abordadas as etapas que serviram de base, neste trabalho, para
processamento dos materiais cerâmicos, desde a mistura dos pós até a obtenção do
produto final.
2.1.2.1 Mistura dos pós
Uma técnica que envolve a dispersão do pó cerâmico em um meio líquido
(barbotina) foi desenvolvida utilizando moldes impermeáveis. Isto possibilitou um
melhor controle da contração durante a sinterização e das dimensões finais dos corpos-
de-prova (NORTON, 1973; LYCKFELDT; FERREIRA, 1998). Essa técnica,
conhecida como conformação direta, foi aprimorada na Universidade de Aveiro,
31
Portugal, em 1998. Nela, a solução cerâmica é consolidada sem compactação do pó ou
remoção do líquido (LYCKFELDT; BRANDT; LESCA, 2000).
Após as etapas de mistura dos pós, homogeneização e fluidez em concordância
com a técnica de conformação adotada, a dispersão resultante passou pelas seguintes
etapas de processamento: gelatinização, secagem, pré-sinterização e sinterização.
2.1.2.2 Gelatinização
Na etapa de gelatinização, o material é deixado em estufa por tempo e
temperatura determinados, até formar um gel, que confere à dispersão certa rigidez.
Este processo é proveniente da quebra irreversível das ligações entre as partículas,
com desenvolvimento de novas ligações entre as mesmas, e ocorre em materiais
denominados hidrocolóides.
Definem-se como hidrocolóides os polímeros de cadeia longa, de alto peso
molecular, extraídos de plantas marinhas, sementes, exudados de árvores e de
colágeno animal. São exemplos de hidrocolóides as algas, os amidos, as proteínas de
origem animal e vegetal, etc. O interesse por esses materiais está baseado no seu
comportamento reológico, isto é, viscosidade, habilidade de formar gel e seus efeitos
estabilizantes (PENNA, 2002).
A etapa de gelatinização será abordada mais detalhadamente, quando
mencionados os processos de conformação do amido (item 2.2.1) e de desnaturação
das proteínas (item 2.3.5).
2.1.2.3 Secagem
A secagem é uma etapa importante em processos que utilizam a dispersão dos
pós em grandes quantidades de água. Nesta etapa, a água é eliminada por evaporação,
devendo ser adotados temperatura e tempo corretos para se evitar problemas tais como
trincas ou empenamentos provenientes da contração desigual da peça (VAN VLACK,
1973). Os problemas relacionados a trincas surgem quando as superfícies das amostras
se contraem mais rapidamente que suas respectivas camadas internas. Com isso, as
32
tensões de tração aparecem nas zonas com secagem mais rápidas e as tensões de
compressão, nas zonas de maior umidade. Se tais tensões aparecem enquanto o
produto ainda está plástico, pode ocorrer empenamento (VAN VLACK, 1973).
2.1.2.4 Pré-sinterização e sinterização
Depois de secas, as amostras cerâmicas são submetidas às etapas de pré-
sinterização e sinterização. A primeira, opcional, é utilizada com o objetivo de
eliminar materiais orgânicos (calcinação). Já na sinterização, ocorre agregação de
partículas sólidas, por aquecimento em temperatura abaixo da temperatura de fusão.
Esta etapa traz alterações significativas ao produto cerâmico como, por exemplo,
redução de área, redução do volume e aumento da resistência mecânica (VAN
VALCK, 1973; HOTZA, 2001).
O processo de sinterização ocorre em três diferentes estágios, classificados de
acordo com o contato existente entre as partículas.
O estágio inicial é caracterizado pelo rápido crescimento do pescoço ocasionado
pelo processo de difusão da matéria. Nesta etapa, como a retração do corpo é pequena,
os grãos apresentam tamanhos próximos aos das partículas originais (GERMAN,
1994; OLIVEIRA, 1995).
No estágio intermediário há um maior contato entre as partículas, com
diminuição da porosidade e conseqüente retração da peça, bem como crescimento dos
grãos (OLIVEIRA, 1995).
No estágio final da sinterização, os poros se retraem e se tornam isolados nos
contornos dos grãos, podendo ser totalmente eliminados (completa densificação) ou
envolvidos e aprisionados no interior dos grãos, no caso de crescimento anormal
destes (PALLONE, 1995; OLIVEIRA, 1995).
Existem basicamente dois tipos de sinterização: por fase sólida e por fase líquida
(subdividida, de acordo com o percentual de líquido existente, em sinterização vítrea
viscosa ou sinterização compósita viscosa) (GERMAN, 1994; SILVA; ALVES
JÚNIOR, 1998).
33
Na sinterização por fase sólida os constituintes da amostra permanecem sólidos
durante todo o processo. Já a sinterização por fase líquida ocorre devido à formação de
líquido na estrutura, podendo este ser proveniente da fusão de um dos componentes do
sistema ou decorrente da reação de, pelo menos, dois componentes do sistema
(SILVA; ALVES JÚNIOR, 1998). Em ambos os tipos, a força motora para a
ocorrência da fase de sinterização é a diminuição da energia livre superficial das
partículas, que ocorre de acordo com os estágios definidos anteriormente (VAN
VLACK, 1973; SILVA; ALVES JÚNIOR, 1998).
Os dois processos de sinterização acima descritos podem produzir densificação
total ou parcial da estrutura. A sinterização por fase sólida permite a obtenção de
estrutura com porosidade controlada, enquanto o processo de sinterização por fase
líquida permite a obtenção de uma densificação total (SILVA; ALVES JÚNIOR,
1998).
Neste trabalho, com o objetivo de produzir cerâmicas porosas, utilizou-se o
processo de sinterização por fase sólida, razão pela qual serão abordadas mais
detalhadamente as variáveis (tamanho de partículas, agregados e aglomerados, forma
das partículas, distribuição do tamanho e microestrutura) que influenciam na
densificação e na microestrutura das amostras conformadas.
2.1.2.4.1 Tamanho das partículas
Partículas com tamanhos reduzidos proporcionam uma densificação mais rápida
do material em menores tempo e temperatura de sinterização. Essa hipótese é
comprovada pela Lei de Herring aplicada a dois ou mais sistemas de partículas sólidas
idênticas, porém com dimensões diferentes (YAN, 1987). No entanto, o sucesso na
sinterização das partículas requer a remoção de agregados e aglomerados.
2.1.2.4.2 Agregados e aglomerados
São grupos de partículas ligados quimicamente por forças superficiais existentes,
sendo mais pronunciados em pós com tamanho de partículas pequenas. Surgem em
34
várias etapas do processamento com os aglomerados apresentando ligações fracas,
enquanto os agregados, ligações fortes (YAN, 1987).
A resistência das ligações dos agregados aumenta com a temperatura, assim
como o tamanho do pescoço de sinterização. Por isso, forças mecânicas são
frequentemente usadas para quebrar os agregados durante o processo de moagem.
Tratamentos de desaglomeração, também são importantes, pois melhoram a
sinterização do pó cerâmico. Dentre os equipamentos utilizados para esse fim, cita-se,
por exemplo, o moinho de bolas (YAN, 1987).
2.1.2.4.3 Forma das partículas
A forma das partículas influencia na densificação do material. Pós com formato
equiaxial (mesma medida em todos os eixos) e, portanto, com morfologia mais
definida, proporcionam elevada densificação do material, com menores temperaturas
de calcinação e sinterização envolvidas (YAN, 1987).
2.1.2.4.4 Distribuição do tamanho das partículas
O efeito da distribuição do tamanho das partículas sobre a densificação final pode
ser observado pela análise entre as forças de arraste dos poros e a força de condução
do crescimento dos grãos, em compactos com diferentes tamanhos de poros (YAN,
1987). Assim, materiais que apresentam uma estreita faixa de distribuição de
partículas apresentam uma maior densificação quando comparadas àqueles que
possuem uma distribuição não uniforme de partículas (YAN, 1987).
2.1.2.4.5 Mudanças microestruturais
O processo de sinterização traz mudanças na microestrutura de um material.
Conforme já mencionado anteriormente, o aparecimento de poros isolados e a lenta
taxa de densificação indicam o estágio final de sinterização.
35
A resistência de um material relaciona-se inversamente com a sua porosidade e
seu tamanho de grão. Como uma queima prolongada reduz a porosidade mais aumenta
o tamanho do grão, é desejável limitar a porosidade do material, através do controle
dos tamanhos das partículas. Desse modo, a porosidade é minimizada sem queima
excessiva (VAN VLACK, 1973).
2.2 CONFORMAÇÃO POR CONSOLIDAÇÃO
2.2.1 Conformação com amido
O processo de conformação por consolidação, utilizando o amido como agente
ligante e formador de poros (starch consolidation), está baseado em algumas
propriedades apresentadas por este material, tais como: capacidade de formar gel
quando aquecido, capacidade de espessamento, aderência e formação de filmes, baixo
custo, grande disponibilidade, facilidade de armazenamento e manipulação
(MARINELLI, et al., 2000; ALBERNAZ; PONTES, 2002).
As capacidades de gelificação e aderência do amido ocorrem em virtude da
presença de amilose (polissacarídeo de cadeia linear) e amilopectina (polissacarídeo de
cadeia ramificada) em sua constituição (SANTOS, 2002).
O amido granular é normalmente branco, denso e insolúvel em água à
temperatura ambiente (CAMPOS, 2001). Quando aquecido a uma temperatura entre
55 e 80 ºC (dependendo do tipo e concentração do amido), as ligações entre as
moléculas são enfraquecidas e ocorre o rompimento de algumas ligações de
hidrogênio, causando o intumescimento do grão e a aglomeração das partículas, com
conseqüente formação do sólido cerâmico (LYCKFELDT; FERREIRA, 1998;
CAMPOS, 2001; SANTOS, 2002). Durante este processo ocorre um rápido e
irreversível inchaço dos grãos como conseqüência da absorção da água, resultando em
um acentuado aumento no seu tamanho (LYCKFELDT; FERREIRA, 1998;
CAMPOS, 2001).
Após a queima do amido, deixando vazios que possivelmente formarão poros, a
matriz cerâmica é sinterizada sendo obtido um material com características
36
relacionadas ao amido utilizado na dispersão (forma, quantidade e tamanho dos poros)
(CAMPOS, 2001; SANTOS, 2002).
2.2.2 Conformação com proteínas
2.2.2.1 Cerâmicas porosas
O processo de conformação com proteínas por meio da técnica da consolidação
direta é relativamente novo. Em estudos recentes, utilizando proteínas globulares como
albumina existente no plasma do sangue e na clara do ovo, foram obtidas cerâmicas
densas (LYCKFELDT; BRANDT; LESCA, 2000).
Nesse trabalho, utilizando também a técnica da consolidação, proteínas de origem
vegetal (proteína texturizada e extrato de soja) foram adicionadas com a finalidade de
verificar sua capacidade de conformação e possível utilização como agente ligante e
elemento formador de poros.
A presença dos poros em cerâmicas é decorrente das condições do processamento
usualmente empregado e pode ter conseqüências positivas ou não em relação ao
desempenho desses materiais. Em relação ao comportamento mecânico, a presença de
poros comumente implica em diminuição da resistência mecânica (VASCONSELOS,
1997). No entanto, quando controlada, a porosidade é essencial para o desempenho das
cerâmicas destinadas a usos como filtros, materiais isolantes, membranas, materiais
para sistemas energéticos, biomateriais, materiais com funções espaciais, dentre outros
(VASCONSELOS, 1997; LYCKFELDT; FERREIRA, 1998; FUJI; TAKAHASHI,
2002).
Na matriz cerâmica a estrutura dos poros está diretamente ligada à sua aplicação.
Em isolantes térmicos é desejável uma porosidade fechada (ou poros isolados), pois os
poros dificultam a propagação de calor. Já os filtros e membranas devem ter uma
porosidade aberta (ou poros interconectados) que permitam a penetração, por exemplo,
da água, no interior da peça. No caso dos materiais para uso em implantes, a
porosidade deve ser adequada para promover a integração com o tecido biológico
(LYCKFELDT; FERREIRA, 1998; CAMPOS, 2001).
37
Existem vários métodos para obtenção de cerâmicas porosas, dentre os quais se
destacam: esponja polimérica, “foaming” (adição de um agente espumante a mistura),
aditivos orgânicos fugitivos e/ou interações de partículas (LYCKFELDT; FERREIRA,
1998; CAMPOS, 2001). Estas técnicas normalmente envolvem dispersões do pó em
líquido e a moldagem é feita por colagem, injeção ou tape casting (CAMPOS, 2001).
2.2.3 Conformação de materiais com dióxido de titânio
O titânio foi descoberto em 1791 por William Gregor quando investigava a areia
magnética existente em Menachan Valley, Cornwall, Inglaterra, tendo denominado-o
de “menachin” (ENCYCLOZINE, 1998; KROGT, 1999).
Três anos mais tarde, Klaproth descobriu o que supunha ser uma nova forma no
rutilo. Chamou-o "titânio" (do latim titans, os filhos da Terra) e mostrou que era
idêntico ao "menachin" de Gregor. O metal foi pela primeira vez isolado numa forma
impura em 1825. Em 1910 o titânio puro foi preparado por meio do aquecimento do
tetracloreto de titânio e sódio em uma bomba de aço (ENCYCLOZINE, 1998;
KROGT, 1999).
Em termos de abundância na crosta da Terra, é o nono elemento e está quase
sempre presente em rochas ígneas e em sedimentos derivados (ENCYCLOZINE,
1998; KROGT, 1999).
O dióxido de titânio puro (TiO
2
) é um sólido cristalino incolor e estável. Existe
em três formas fundamentais: rutilo tetragonal, anatase e brookite ortorrômbica, sendo
apenas as duas primeiras comercialmente produzidas (GUERREIRO; BANNWART,
2000; SANTOS et al., 2002).
De uma maneira geral, o dióxido de titânio possui massa específica média de 4,25
g/cm
3
e limite de cisalhamento variando entre 69 e 103 MPa. Além disso, apresenta
módulo de elasticidade de aproximadamente 283 GPa e condutividade térmica de 8,8
W/mK, a 400 K. Em termos de características físicas, possui ponto de fusão em torno
de 1855 ºC e ligações predominantemente iônicas (SANTOS, 2002).
Na configuração rutílica, possui arranjo cúbico compacto, com o número de
coordenação do titânio sendo 6 e valência +4 (SANTOS, 2002). Cristalizado, o rutilo é
38
empregado na fabricação de pedras preciosas artificiais que imitam o diamante
(INSTITUTO DE FÍSICA - IF, 2004).
O alto índice de refração dos cristais de rutilo é a principal razão para seu uso
preferencial em relação aos cristais de anatase. Este é usado apenas em algumas
aplicações específicas, para os quais é selecionado pela sua tonalidade azulada, sua
propriedade de agir como branqueador óptico ou sua baixa abrasividade
(GUERREIRO; BANNWART, 2000).
Cerca de 85% dos concentrados provenientes dos minérios de titânio são
direcionados para a produção de dióxido de titânio (TiO
2
). Atualmente, os
consumidores de pigmentos de titânio no país encontram-se divididos nos seguintes
setores: tintas e vernizes (70%), plásticos (20%), celulose e outras aplicações (10%).
Os 15% restantes são utilizados na fabricação de titânio metálico, eletrodos, soldas e
outros (MAIA, 2004). O Brasil possui as maiores reservas de TiO
2
na forma de
anatase concentradas nos Estados de Minas Gerais e Goiás. Já os depósitos mais
importantes de rutilo situam-se nos Estados da Paraíba (Mataraca), Rio de Janeiro
(São Francisco de Itaboapoana) e Rio Grande do Sul (São José do Norte) (MAIA,
2004).
Dentre os materiais destinados à utilização como biomaterial, o dióxido de titânio
(TiO
2
) é o que mais desperta interesse na comunidade científica. Isso ocorre devido a
sua capacidade de esterilização quando devidamente estimulado por radiação
ultravioleta, com comprimento de onda aproximadamente igual à radiação emitida
pelo Sol (WEI et al., 1994; SANTOS et al., 2002).
Para assegurar que determinado material apresente características de um
biomaterial, testes devem ser realizados no intuito de se verificar a sua influência
quando em contato com tecidos, epiderme, etc. Com essa finalidade, Santos (2002)
estudou a biocompatibilidade do dióxido de titânio (rutilo) por meio da realização de
testes in vivo com a implantação de pinos cilíndricos em coelhos.
39
2.3 PROTEÍNAS DE SOJA
2.3.1 Origem e produção
A soja [(Glycine max), família das leguminosas, sub-família Papilionoidae] é
uma das principais fontes de proteína e óleo vegetal do mundo (BERK,
1992). É rica
em proteínas, isoflavonas, ácidos graxos insaturados e, segundo pesquisas na área
médica, tem ação na prevenção de doenças crônico-degenerativas. Também é uma
excelente fonte de minerais como ferro, potássio, fósforo, cálcio e vitaminas do
complexo B (EMPRESA BRASILEIRA DE PESQUISA AGROPECUÁRIA -
EMPRAPA, 2004).
Originada da região leste da China (século XI a.C.), foi introduzida
posteriormente na Indonésia, no Japão e na Coréia. No Ocidente, surgiu a partir do
século XVIII, quando sementes foram plantadas na Europa. No continente americano,
o primeiro relato data de 1765, com registro de plantio na Geórgia (AGROMIL, 2004).
No Brasil, as primeiras notícias da soja datam de 1891 quando foi plantada na
Estação Agronômica de Campinas, para teste como planta forrageira. Seu plantio para
produção de grãos foi realizado em 1941 no Rio Grande do Sul, quando foram
cultivadas 450 toneladas. No estado do Paraná, a soja foi introduzida por agricultores
gaúchos que emigraram para o sudoeste e então para o oeste do Estado (AGROMIL,
2004). A expansão da soja no Brasil aconteceu nos anos 70, com o interesse crescente
da indústria do óleo e a demanda do mercado internacional. Até 1975, toda a produção
brasileira era realizada com cultivares e técnicas importadas dos Estados Unidos, com
a produção nacional dos grãos se concentrando na Região Sul (EMBRAPA, 2004).
A revolução sócio-econômica e tecnológica protagonizada pela soja no Brasil
pode ser comparada ao fenômeno ocorrido com a cana-de-açúcar no Brasil Colônia e
do café no Brasil Império. Ela representa 10% do total das receitas cambiais brasileiras
e seu crescimento acelerado determinou uma cadeia de mudanças sem precedentes na
história do País. Entre outros benefícios, a soja foi responsável pela aceleração da
mecanização das lavouras brasileiras, pela modernização do sistema de transportes,
pela expansão da fronteira agrícola, pela profissionalização e incremento do comércio
40
internacional, pela modificação e enriquecimento da dieta alimentar dos brasileiros
(AGROMIL, 2004).
Atualmente, o Brasil encontra-se entre os maiores produtores mundiais sendo
superado somente pelos Estados Unidos e à frente da Argentina e China (AGROMIL,
2004).
Os principais importadores de soja em grãos e farelo brasileiros são países da
Comunidade Européia (Países Baixos, Alemanha, Espanha e Itália) e Japão. Quanto ao
óleo, os maiores importadores são China, Irã e Paquistão (GIORDONO, 1999).
Apesar de ser uma cultura própria de regiões de climas temperados e
subtropicais, graças ao trabalho desenvolvido por pesquisadores da EMBRAPA, hoje a
soja pode ser plantada em qualquer ponto do território nacional. Isto foi possível
devido ao desenvolvimento de cultivares com adaptação às condições climáticas das
principais regiões do País. Atualmente, existem 170 tipos de cultivares disponíveis,
que correspondem a cerca de 60% do mercado brasileiro de sementes (EMBRAPA,
2004).
Dentre as culturas produtoras de grãos (por exemplo, milho, trigo, arroz), a soja,
foi a que mais cresceu tanto no Brasil, quanto a nível mundial. De 1970 a 2003, o
aumento da sua produção global foi da ordem de 333% (de 43,7 para 189,2 milhões de
toneladas) (EMBRAPA, 2004).
Segundo a CONAB, Companhia Nacional de Abastecimento, em 2004, a
produção nacional de soja foi de aproximadamente 53 milhões de toneladas, sendo os
maiores produtores os Estados de Mato Grosso (produção de 15 milhões de toneladas)
seguido do Paraná (produção de 10 milhões de toneladas).
2.3.2 Processamento e uso
Nos países orientais a soja é usada na elaboração de pratos tradicionais, como por
exemplo, tempeh, o tofu, molho de soja, dentre outros. Já no Ocidente, sua produção é
destinada à fabricação do óleo, ração animal e, em menor escala, como ingrediente
protéico (RENKEMA, 2001).
41
Aproximadamente 60% de todos os produtos alimentícios industrializados
contêm ingredientes derivados de soja.
O processo de obtenção de produtos derivados de soja começa com o
esmagamento dos grãos para produção do farelo e do óleo bruto. Após passar por
processos de secagem, para retirada de umidade e limpeza, o grão é quebrado e
prensado em pequenas lâminas, que, transformados em massa, são lavadas com
solvente derivado de petróleo (hexano) (PAULA; FAVERET FILHO, 1998). Este
solvente, posteriormente, é removido pelo calor e vácuo e a massa restante, após
secagem, resulta no farelo.
O farelo é utilizado como suplemento rico em proteínas para criação de gado,
suínos e aves domésticas. É também usado como alimento de peixes, na produção de
ração para animais domésticos e como substituto de leite para bezerros (FOOD
BIOTECH COMMUNICATION INITIATIVE - FBCI, 2004). Para consumo humano,
ele é moído e peneirado, dando origem à farinha de soja desengordurada com baixas
percentagens de gorduras e fibras (TEIXEIRA, 2004). Segundo a Bunge Alimentos
(2004), a farinha de soja é a base para os três principais produtos de proteína de soja:
proteína texturizada (mín. 50% de proteína), proteína concentrada (mín. 70%) e
proteína isolada (mín. 90% de proteína). Ela é utilizada como agente de consistência
para produtos derivados de carnes, tais como embutidos e patês, e como fonte protéica
(AGÊNCIA NACIONAL DE VIGILÂNCIA SANITÁRIA – ANVISA, 2004).
Por apresentar fatores antinutricionais que naturalmente estão presentes na soja
(inibidor de tripsina, estaquiose, rafinose, e fitato), tanto o farelo como os ingredientes
protéicos originados são sempre cozidos antes do consumo (BERK, 1992; AGROMIL,
2004). Esta medida evita que os inibidores de tripsina, por exemplo, impeçam a ação
de enzimas digestivas tornando a digestão da soja crua extremamente difícil (BERK,
1992).
A proteína texturizada de soja, também conhecida como proteína vegetal
texturizada, é um produto protéico que pode ser obtido por “extrusão” ou “fiação”. No
primeiro caso ela apresenta teores mais baixos de proteínas sendo utilizadas no preparo
de hamburgers, bolinhos de carne e outros produtos derivados de carne. No segundo
caso, ela apresenta elevado teor de proteína e é utilizada na fabricação de produtos
42
semelhantes à carne (bife), presunto, entre outros, devido à sua estrutura fibrosa mais
definida (PRACIANO, 2004).
Segundo a ANVISA (2004), a proteína texturizada é obtida a partir de uma ou
mais, das seguintes matérias primas: proteína concentrada de soja, proteína isolada de
soja e farinha desengordurada de soja. Uma vez processadas e desidratadas, essas
matérias-primas originam substâncias com textura esponjosa, que podem ou não, ser
aromatizadas para maiores semelhanças com a carne.
A proteína concentrada de soja é o produto protéico produzido por remoção
parcial dos carboidratos e minerais solúveis. É utilizada em rações animais e como
ingrediente na elaboração de alimentos (FBCI, 2004).
Os isolados de soja, por sua vez, são produzidos por meio de um processo que
utiliza extração aquosa e aquecimento mínimo, sendo praticamente livres de
carboidratos e de gorduras (THE SOLAE COMPANY, 2004). São utilizados em
barras de cereais, bebidas prontas, cereais e, principalmente, como emulsificante para
a indústria de embutidos de carne, patês e como fonte protéica (ANVISA, 2004).
Dentre os produtos protéicos, é o mais rentável, pois movimenta, anualmente, US$ 2
bilhões em todo o mundo.
A obtenção do óleo é conseguida por meio do esmagamento dos grãos que
passam por um processo de degomagem (processamento para retirada de goma) e
resultam num óleo de cor amarela intensa. Este passa a ser a matéria prima para o
refino que, por meio do processo de neutralização e branqueamento, resulta, após
desodorização, no óleo refinado de cozinha. Caso siga o caminho da hidrogenação, o
produto vai ser transformado em margarinas, cremes e gorduras também comestíveis
(GIORDONO, 1999).
A lecitina, encontrada naturalmente nos grãos de soja, é obtida pela extração da
goma do óleo bruto através do processo de precipitação de vapor (FBCI, 2004; THE
SOLAE COMPANY, 2004). É empregada como emulsificador na produção de
produtos ricos em gorduras e óleos, como o chocolate, a margarina e os produtos de
panificação. Pode ser usada como agente estabilizador em banhas e como umectante
para, por exemplo, cosméticos (THE SOLAE COMPANY, 2004).
43
Os grãos inteiros de soja podem ser assados, tostados ou ingeridos como broto de
soja. Servem também para produção do leite de soja, sobremesas, iogurte, sorvete, tofu
e molhos (THE SOLAE COMPANY, 2004).
O extrato (leite) de soja em pó é obtido pela extração aquosa da farinha de soja
desengordurada e submetida a tratamento térmico para inativação de fatores
antinutricionais. A fração solúvel é concentrada e, em seguida, seca. Apresenta-se na
forma de pó fino, cor amarela clara e solúvel em água. É utilizado no preparo de
cremes, maioneses, vitaminas, ricota, achocolatados, etc. (HIKARI, 2004).
Outra forma de obtenção do extrato é a partir de emulsão aquosa resultante da
desidratação dos grãos de soja, convenientemente limpos, triturados, cozidos e
filtrados. É utilizado como ingrediente na preparação de sucos, sendo adicionados a
essências ou aromas disponíveis no mercado (CABRAL; CASTRO, 1994).
A casca da soja é retirada durante o descascamento inicial dos grãos e contém
material fibroso. É usada como fibras dietéticas de cereais matinais e de certos lanches
prontos (THE SOLAE COMPANY, 2004).
A Figura 2.2 fornece uma visão global do processamento da soja mostrando a
diversidade de produtos gerados por ela.
A grande lucratividade e a facilidade de plantio das cultivares desenvolvidas
foram fatores determinantes para o plantio da soja na região amazônica. Entre 1996 a
2004, a área de cultivo, nesta região, aumentou de 25.000/ha para 317.000/ha (DROS,
2004). Segundo pesquisa realizada pelo Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais
(INPE), entre agosto de 2002 a agosto de 2003, o desmatamento da Floresta
Amazônica foi de 25 mil quilômetros quadrados. Os responsáveis por essa agressão
foram as extrações de madeiras e as queimadas para obtenção da área de pastagens e
plantio de soja (DANTAS; FONTELES, 2004; DROS, 2004). Apontada por
ambientalistas como responsável pelo aumento do desmatamento, o plantio de soja é
vista por pesquisadores como uma solução para a recuperação de milhões de hectares
desmatados na Amazônia. Isso ocorre porque, nas raízes da soja, assim como em
outras plantas leguminosas, formam-se nódulos que contêm a bactéria Rhizobium,
responsável pela fixação do nitrogênio do ar. Este, após colheita da soja, deixa
44
nutrientes no solo tornando-o fértil e adequado para outras lavouras (LIMA; LOPES;
LEMOS, 1998; FBCI, 2004).
Nos Estados Unidos, uma em cada três pessoas consome algum alimento à base
de soja. No Brasil, seu consumo é pequeno em virtude do seu sabor desagradável, ou
mesmo inexistente. Essa característica peculiar é decorrente da presença de enzimas
denominadas lipoxigenases que, em contato com a água fria, iniciam uma reação que
produz compostos como aldeídos, cetonas e álcoois, responsáveis pelo sabor
desagradável. Para evitá-lo, deve-se antes do preparo da soja, submetê-la a um choque
térmico (EMBRAPA, 2004).
Até agora foram fornecidas informações gerais a respeito do uso, características
particulares e de mercado da soja. Os itens 2.3.3 e 2.3.4 contêm informações sobre
suas propriedades químicas e estrutura molecular, fundamentais, para o conhecimento
e entendimento do seu comportamento, quando utilizada como agente ligante e
elemento formador de poros.
Figura 2.2 – Processamento da soja (fluxograma adaptado da THE SOLAE COMPANY, 2004)
Lâminas
de soja
Condicionamento
Laminação
Soja
quebrada
Limpeza, moagem
remoção de cascas
Grãos de
soja
Cascas
de soja
Extração com
solvente
Extração com
solvente
Óleo
bruto
Degomagem
Refinação e
hidrogenação
Refinação e
hidrogenação
Óleo
refinado
Remoção do
solvente
Secagem e cozimento
Lecitinas
Lâminas
desengorduradas
Farelo
Moagem, classificação e
peneiramento
Mistura, texturização,
secagem e classificação
Proteína texturizada de
soja
Proteína texturizada de
soja
Remoção dos
carboidratos e minerais
solúveis
Remoção dos
carboidratos e minerais
solúveis
Farinha
desengordurada
Farinha
desengordurada
Extração de
proteína
Fibra de soja
Proteína
concentrada
Tratamento térmico
Precipitação
da proteína
Carboidratos
solúveis
Proteína
concentrada de soja
Extrato de soja
Secagem
Proteína
isolada de soja
45
Texturização, secagem,
classificação
46
2.3.3 Proteínas de soja: composição e classificação
Neste trabalho, foram estudadas mais detalhadamente as proteínas cujas
propriedades explicam o comportamento da soja.
A palavra proteína provém do Grego proteios que significa primeiro ou “o mais
importante” (CASTRILLO, 2004; GALLO, 2004). As proteínas são polímeros de alto
peso molecular (hidrocolóides), que podem ser dissolvidas ou dispersadas em água
quente ou fria e desempenham funções como espessantes, gelificantes, emulsificantes,
estabilizantes e formadoras de filmes (PENNA, 2002). São formadas basicamente por
carbono, hidrogênio, oxigênio e nitrogênio; algumas podem conter, também, enxofre,
fósforo e, em menor proporção, ferro, cobre, magnésio e iodo. Esses elementos
químicos se agrupam para formar unidades estruturais chamadas aminoácidos
(CASTRILLO, 2004). Os aminoácidos são unidades elementares que formam a
proteína e se caracterizam por possuir um grupo carboxílico (-COOH), um grupo
amino (-NH
2
) e um átomo de hidrogênio, ligados a um carbono central. As cadeias
laterais ou grupo “R” dão aos aminoácidos características próprias diferindo-os uns
dos outros (GALLO, 2004).
A Figura 2.3 mostra a estrutura química de um aminoácido.
Figura 2.3 - Estrutura química de um aminoácido (GALLO, 2004).
A ligação -CO-NH- (amida) que se forma entre aminoácidos é conhecida como
ligação peptídica ou laço peptídico (SOLOMONS, 2002). Ela é decorrente da reação
existente entre o grupo carboxílico de um aminoácido com o grupo amino de outro,
havendo perda de uma molécula de água e formação da ligação covalente amida
(GALLO, 2004). Assim, para formar peptídeos, os aminoácidos se entrelaçam,
formando cadeias com tamanho e seqüência variável (CASTRILLO, 2004). As
47
propriedades de uma proteína são determinadas pelo número e espécie de resíduos de
aminoácidos, bem como pela seqüência desses compostos na molécula (BOBBIO;
BOBBIO, 1989).
As cadeias de aminoácidos são designadas por meio da utilização de prefixos
convencionais, como dipeptídeos (cadeia com 2 aminoácidos), tripeptídeos (3
aminoácidos), oligopeptídeos (quantidade de aminoácidos menor que 10), polipetídeos
(cadeias com quantidade de aminoácidos maior que 10), etc. (BOYD; MORRISON,
1973; CASTRILLO, 2004).
Na Figura 2.4 é apresentada formação da ligação peptídica existente entre os
aminoácidos.
Figura 2.4 - Ligação peptídica entre aminoácidos (GALLO, 2004).
Alguns aminoácidos, chamados não essenciais ou naturais, podem ser
sintetizados no organismo, como: alanina, ácido aspártico, ácido glutâmico e a
asparagina. Outros, não sintetizados no organismo em quantidades suficientes, são
chamados de aminoácidos essenciais e devem ser fornecidos por meio da alimentação.
A proteína da soja provê esses 9 aminoácidos. São eles: valina, leucina, isoleucina,
metionina, fenilalanina, triptófano, lisina, histidina e treonina (GARIB, 2002;
LAJOLO; TIRAPEGUI, 2005).
48
Existem ainda os aminoácidos denominados condicionalmente essenciais, que
são aqueles que podem ser essenciais em determinadas condições clínicas, como:
glicina, prolina, tirosina, serina, cisteína e cistina, taurina, arginina, histidina e
glutamina. No total, entre essenciais, não-essenciais e condicionalmente essenciais
existem vinte e um aminoácidos que se unem em diversas combinações para formarem
as proteínas (GARIB, 2002).
Na Figura 2.5 são apresentados os aminoácidos essenciais encontrados na
proteína de soja.
Figura 2.5 - Aminoácidos essenciais produzidos pela proteína de soja, em que se
observa a parte variável (em tom azul) e a parte em comum (em preto)
dos mesmos (CASTRILLO, 2004).
Os aminoácidos essenciais são classificados, segundo a polaridade apresentada
por sua cadeia lateral, em: não polares (hidrofóbicos) - valina, leucina, isoleucina,
metionina, fenilalanina, triptófano; polares sem carga (hidrofílicos) - treonina;
polares carregados positivamente (hidrofílicos) - histidina e lisina (BOBBIO;
BOBBIO, 1989; GALLO, 2004).
De extrema importância para as necessidades fisiológicas do ser humano, a soja é
o único vegetal que oferece um perfil protéico completo (FERNANDES, 1996). Seus
grãos possuem em sua constituição 30% de carboidrato (dos quais 15% são fibras),
49
18% de óleo (85% não saturado), 14% de umidade e 38% de proteína (THE SOLAE
COMPANY, 2004). Albuminas (10%) e globulinas (90%) compõem as proteínas
globulares do grão de soja (RENKEMA, 2001).
Quanto à forma molecular, as proteínas podem ser divididas em globulares e
fibrosas. As proteínas fibrosas são insolúveis em água (BOYD; MORRISON, 1973;
MAZARIEGOS, 2004). As globulares são solúveis em água ou em soluções aquosas
de ácidos, bases ou sais e formam dispersões coloidais (MAZARIEGOS, 2004). Suas
cadeias polipetídicas estão fortemente enroladas em uma forma globular ou esférica
(BOYD; MORRISON, 1973; GALLO, 2004).
De acordo com a sua solubilidade, as proteínas globulares se subdividem em
globulinas, glutelinas, albuminas, prolaminas e histonas (BOYD; MORRISON, 1973).
As globulinas são praticamente insolúveis em água, mas solúveis em soluções de
sais neutros (BOYD; MORRISON, 1973; BOBBIO; BOBBIO, 1989; GALLO, 2004).
Coagulam pela ação do calor (MAZARIEGOS, 2004). A glicinina e a â-conglicinina,
dentre as globulinas, são as mais importantes proteínas da soja (RENKEMA, 2001).
As albuminas são solúveis em água e em soluções fracamente ácidas ou alcalinas
(BOYD; MORRISON, 1973; BOBBIO; BOBBIO, 1989; GALLO, 2004). Assim como
as globulinas, coagulam pela ação do calor (BOBBIO; BOBBIO, 1989;
MAZARIEGOS, 2004).
Nas proteínas globulares, as cadeias laterais dos aminoácidos hidrofóbicos
tendem a se agregar no interior da molécula, apartadas do meio aquoso circundante
(BOYD; MORRISON, 1973). Essas interações são as principais responsáveis pela
estrutura terciária das proteínas (SOLOMONS, 2002).
Os grupos hidrofílicos, encontrados frequentemente na superfície da proteína,
envolvem-se quando embebidos na água (BOYD; MORRISON, 1973; GALLO,
2004). As áreas de contato entre as moléculas são pequenas e as forças
intermoleculares são comparativamente fracas (BOYD; MORRISON, 1973). Alguns
grupos podem ser encontrados no interior das proteínas, unidos a outros resíduos
semelhantes por ligações de hidrogênio (SOLOMONS, 2002). Geralmente, os grupos
carregados positivamente estão na superfície da proteína em contato com o solvente
aquoso (SOLOMONS, 2002).
50
A solubilidade das proteínas depende do número de grupos hidrofílicos e
hidrofóbicos e da distribuição desses grupos nas moléculas (BOBBIO; BOBBIO,
1989).
2.3.4 Estrutura das proteínas
A estrutura de uma proteína determina a sua atividade biológica. Cada molécula
de proteína tem uma forma tridimensional definida, denominada conformação, que se
divide em quatro níveis de organização estrutural: primária, secundária, terciária e
quaternária (BOYD; MORRISON, 1973; MUNIZ, 2001; MAZARIEGOS, 2004).
A estrutura primária corresponde à seqüência de aminoácidos na proteína
(BOBBIO; BOBBIO, 1989; GALLO, 2004). Ela mostra a disposição da cadeia
peptídica e a ordem em que os aminoácidos se encontram (GALLO, 2004).
A secundária corresponde ao modo segundo o qual as cadeias se dispõem
espacialmente, com ligações de hidrogênio a unir diferentes cadeias ou diferentes
partes da mesma cadeia (BOYD; MORRISON, 1973).
A estrutura terciária se refere à dobra e enrolamentos das cadeias peptídicas no
espaço tridimensional, resultando em uma estrutura complexa e mais compacta para as
proteínas (BOBBIO; BOBBIO, 1989; GALLO, 2004). Na maioria das proteínas, o
enrolamento das cadeias acontece de modo a expor o número máximo de grupos
polares (hidrofílicos) ao ambiente aquoso e acomodar o número máximo de grupos
apolares (hidrofóbicos) em seu interior (SOLOMONS, 2002).
A estrutura quaternária ocorre quando a proteína é formada por duas ou mais
cadeias peptídicas associadas (BOBBIO; BOBBIO, 1989).
A Figura 2.6 apresenta a seqüência das diferentes estruturas de uma proteína
globular, desde a estrutura primária até sua forma final, estrutura quaternária, onde há
o envolvimento de 4 cadeias polipeptídicas.
51
Figura 2.6 - Seqüência das diferentes estruturas da proteína globular (NELSON; COX,
2000).
2.3.5 Desnaturação das proteínas
Quando submetidas a determinadas condições (aquecimento, agitação, radiação,
diferença de pH, etc.), as proteínas sofrem mudanças nas suas propriedades
fisiológicas, que não afetam a seqüência dos aminoácidos, mas causam transformações
na sua molécula (BOBBIO; BOBBIO, 1989). Essas mudanças, denominadas
desnaturações (BOYD; MORRISON, 1973; LYCKFELDT; BRANDT; LESCA,
2000; RENKEMA, 2001) ou desorganizações (GALLO, 2004), ocorrem antes da
formação do gel. Aparentemente a desnaturação tem como resultado uma mudança na
conformação, rompendo ligações que a estabilizam, causando desenrolamento das
cadeias peptídicas e, em conseqüência, as proteínas se tornam menos solúveis e
quimicamente mais reativas (BOBBIO; BOBBIO, 1989).
A Figura 2.7 apresenta um esboço do processo de desnaturação que ocorre nas
proteínas.
52
Figura 2.7 - Desnaturação das proteínas (VINÍCIUS, 2004).
O “desenrolamento” da cadeia acontece quando os grupos de cargas contrárias,
que antes contribuíam para a estabilização da conformação das proteínas, desaparecem
e os grupos de mesma carga se repelem (BOBBIO; BOBBIO, 1989).
A desnaturação provoca um aumento dos grupos reativos que, antes inacessíveis,
passam a ser mais expostos e produzem um aumento da viscosidade das proteínas
(BOBBIO; BOBBIO, 1989). O aumento desses grupos ocorre devido ao
desenrolamento das hélices que compõem a estrutura tridimensional das proteínas,
causando uma destruição da sua forma característica e, consequentemente, da sua
atividade biológica (BOYD; MORRISON, 1973).
A interação entre grupos reativos origina agregados que conduzem a formação de
gel quando a concentração de proteínas é suficiente. Em baixas concentrações, a
agregação conduz a precipitação de proteínas (RENKENA, 2001). Durante e depois da
agregação podem acontecer rearranjos na estrutura das partículas de proteínas. Neste
caso, elas podem mudar de posição entre si, formando pontes com outras partículas,
criando assim, agregados densos, maiores que as partículas originais (RENKEMA,
2001).
Quando a cadeia de peptídeos está estabilizada em seu estado desdobrado,
inibindo qualquer reação intermolecular, diz-se que a desnaturação é reversível. Neste
caso, a conformação nativa pode ser restabelecida quando da remoção do agente. É
dita irreversível, quando a cadeia de peptídeos, desdobrada, está estabilizada por meio
de interações com outras cadeias. Neste caso, elas formam uma rede de gel
tridimensional e termo-irreversível pela formação de novas pontes de hidrogênio entre
as cadeias (LYCKFELDT; BRANDT; LESCA, 2000).
53
A clara do ovo, quando batida em neve, é um exemplo de desnaturação
reversível. Já sua coagulação, representa um exemplo de desnaturação de uma
proteína, a albumina (BOYD; MORRISON, 1973). No ovo cru, esta proteína é solúvel
e a clara é um fluido transparente e viscoso. Quando é aplicado calor ao ovo, a
proteína altera sua forma, torna-se insolúvel e adquire uma coloração branca (PENNA,
2002).
A Figura 2.8 ilustra o processo de desnaturação e coagulação das proteínas
globulares.
Figura 2.8 - Ilustração do processo de desnaturação e coagulação das proteínas
globulares (LYCKFELDT; BRANDT; LESCA, 2000).
Em uma suspensão cerâmica uma quantidade suficiente de proteína globular vai
gelificar na fase aquosa quando aquecida, transformando a suspensão em um corpo
“rígido” (LYCKFELDT; BRANDT; LESCA, 2000).
2.4 PROCESSAMENTO COLOIDAL DAS PROTEÍNAS DE SOJA
2.4.1 Classificação dos colóides
A conformação com proteínas de soja, assim como acontece com o amido, é um
processamento coloidal.
54
A ciência dos colóides se ocupa de sistemas nos quais um ou mais componentes
apresentam pelo menos uma de suas dimensões dentro do intervalo de 10
-9
a 10
-6
m
(SHAW, 1975). Segundo Vinícius (2004), de uma forma geral, as proteínas estão
incluídas nesse grupo.
As partículas de um colóide não se sedimentam, nem podem ser separadas por
filtração comum (RUSSEL, 1994). Isso ocorre porque não permitem a existência de
uma separação definida entre elas e o meio no qual estão dispersas. Dispersões
coloidais ou simplesmente colóides são, portanto, sistemas de duas fases: dispersa
(fase constituída pelas partículas) e dispersante (o meio pelo qual se distribuem as
partículas) (SHAW, 1975).
A Tabela 2.1 resume os principais tipos de dispersões coloidais existentes.
Tabela 2.1 - Principais tipos de dispersões coloidais (SHAW, 1975).
Fase Dispersa Meio de Dispersão Nome Exemplos
Líquido Gás Aerossol líquido Névoas, sprays líquidos
Sólido Gás Aerossol sólido Fumaça, poeira
Gás Líquido Espuma Soluções de sabões, extintores de incêndio
Líquido Líquido Emulsão Leite, maionese
Sólido Líquido Sol, suspensão coloidal Pasta de dente
Um outro tipo de colóide é o gel, no qual ambas as fases dispersa e dispersante se
distribuem uniformemente pelo sistema. No gel, a fase dispersa forma filamentos finos
ou retículos densos que mantêm a fase dispersante em uma estrutura semi-rígida. As
geléias são exemplos de gel. A estrutura tridimensional da fase dispersa de alguns géis
pode ser temporariamente rompida por agitação ou pela ação de forças externa,
transformando-o em sol. O gel rompido não é mais viscoso ou semi-rígido, mas pode
fluir livremente (RUSSEL, 1994). Cessada a força externa ou agitação, o sistema
retorna ao estado gel. Esse fenômeno é conhecido como tixotropia (RUSSEL, 1994;
CAMPOS, 2001; SANTOS, 2002) e será abordado mais detalhadamente no item
referente ao comportamento reológico das proteínas.
Os colóides podem ser classificados em liofóbicos (ou liófobos) e liófilos
(SHAW, 1975; SANTOS, 2002). Estes termos são usados frequentemente para indicar
a tendência de uma superfície ou de um grupo funcional de umedecer ou solvatar
55
(SHAW, 1975). Quando a água é utilizada como meio líquido, usam-se os termos
hidrófilo (dispersão natural como albumina, gelatina e proteínas em geral) ou
hidrófobo (SHAW, 1975; SANTOS, 2002).
2.4.2 Solvatação e formação do gel
A solvatação é a interação do soluto com o solvente; o invólucro das partículas
do soluto pelas partículas do solvente (RUSSEL, 1994). As partículas coloidais são
usualmente solvatadas e esse solvente, firmemente ligado à partícula, deve ser
considerado parte integrante dela (SHAW, 1975).
Às vezes, quantidades maiores de solventes podem ser imobilizadas por retenção
mecânica dentro de agregados de partículas. Em soluções com moléculas grandes em
extensão, as cadeias de polímeros podem se interligar, por processos físicos ou
químicos, e/ou se “emaranhar mecanicamente”, a tal ponto que se forma uma estrutura
tridimensional contínua. Quando todo solvente é mantido e imobilizado dentro dos
retículos das partículas, o sistema adquire aspecto de um sólido (SHAW, 1975).
2.4.3 Interface ar-água
A característica comum a todas as dispersões coloidais é a grande relação
área/volume para as partículas envolvidas. Nas superfícies de separação (interfaces)
entre fase dispersa e meio de dispersão, manifestam-se fenômenos de superfícies
característicos tais como efeitos de adsorção (aderência de uma substância à superfície
de um sólido) e dupla camada elétrica. Esses fenômenos são de grande importância na
determinação das propriedades físicas do sistema (SHAW, 1975; RUSSEL, 1994).
Proteínas globulares exibem uma grande tendência para formação de espumas
devido à atração para interfaces ar/água. Ao acrescentar uma proteína globular a uma
solução cerâmica por uma operação mistura, são introduzidas bolhas de ar, e as
moléculas de proteína são adsorvidas à interface entre o ar e a água por áreas
hidrofóbicas (SHAW, 1975; LYCKFELDT; BRANDT; LESCA, 2000). A redução na
56
tensão de superfície causada por adsorção da proteína facilita a formação de novas
interfaces e mais bolhas podem ser criadas (LYCKFELDT; BRANDT; LESCA, 2000).
2.4.4 Formação de espumas
Uma espuma é uma dispersão grosseira de gás em um líquido. Existem dois tipos
de espumas, a saber: espumas diluídas, constituídas por bolhas com formato próximo
ao esférico e separadas por filmes (películas) relativamente espessos de um líquido
viscoso; espumas concentradas, essencialmente gasosa, constituída por células gasosas
separadas por finas películas de líquido (SHAW, 1975).
O fenômeno de formação de espumas gera um grande problema quando a
finalidade é conformar peças cerâmicas densas. Mesmo em cerâmicas porosas, seu
excesso pode provocar problemas relacionados com baixa resistência mecânica, uma
vez que, as bolhas de ar aprisionadas nas cerâmicas conformadas podem originar
vazios. Quando submetidas a esforços mecânicos, estas cerâmicas podem fraturar
facilmente, como decorrência da propagação de trincas na sua microestrutura.
Como forma de evitar ou destruir espumas são utilizadas substâncias
denominadas inibidores de espumas, que tendem a ser adsorvidas mais facilmente que
o agente espumante. São exemplos de agente anti-espumante: detergentes, lipídios,
solventes orgânicos, etc (SHAW, 1975).
2.4.5 Estabilidade dos colóides
Uma das características mais importantes das dispersões coloidais é a tendência a
formação de agregação entre as partículas. Esses mecanismos ocorrem em virtude dos
freqüentes choques entre as partículas dispersas num meio líquido (SHAW, 1975).
A principal causa de agregação entre as partículas é a força de Van der Waals que
se manifesta entre elas. A estabilidade da dispersão que se opõe à agregação é uma
conseqüência da interação repulsiva entre duas camadas de cargas iguais e da
afinidade partícula-solvente (SHAW, 1975).
57
A agregação provoca problemas relacionados com a homogeneidade, resistência
mecânica, transporte e conformação de materiais cerâmicos. Esses dois últimos
surgem como conseqüência do aumento da viscosidade da dispersão
(PANDOLFFELLI et al., 2000).
2.4.6 Sedimentação das partículas
Outro problema provocado pela agregação diz respeito à sedimentação das
partículas. Em virtude da diferença de densidade existente entre elas e o meio de
dispersão e sob efeito da gravidade, essas partículas tendem a se acumular no fundo do
recipiente (SHAW, 1975). A sedimentação promove uma rápida separação entre as
fases sólida e líquida da suspensão, prejudicando sua homogeneidade e estabilidade
(PANDOLFELLI et al., 2000).
Em materiais cerâmicos conformados e sinterizados, a aglomeração das
partículas afeta a densidade e a microestrutura dos mesmos (PANDOLFELLI et al.,
2000). Nestes materiais, a presença de aglomerados pode originar poros durante a
sinterização do material, o que é problemático se a finalidade da conformação for a
obtenção de peças cerâmicas densas. Em peças cerâmicas porosas, o excesso de
aglomerações pode provocar problemas relacionados com a resistência mecânica do
material (SANTANA et al., 2004a).
2.5 PROPRIEDADES REOLÓGICAS
2.5.1 Suspensões com proteínas
A reologia é a ciência das deformações e fluxos da matéria e seu estudo contribui
para o entendimento do comportamento dos materiais, sendo muito utilizado na
elucidação de sistemas coloidais e poliméricos.
O termo reologia é proveniente do grego rheos (fluir) e logos (estudo), e foi
utilizado pela primeira vez em 1920, por Eugene Bingham para descrever o
58
escoamento de líquidos e a deformação de sólidos (PANDOLFELLI et al., 2000;
ARAÚJO et al., 2003).
Do ponto de vista acadêmico, dois comportamentos reológicos extremos podem
ser distinguidos: o de um fluido viscoso Newtoniano e o de um sólido elástico
Hookeano. Os líquidos viscosos não possuem forma geométrica definida e escoam
irreversivelmente quando submetidos a forças externas. Por outro lado, os sólidos
elásticos apresentam forma geométrica bem definida e se deformam pela ação de
forças externas, assumindo outra forma geométrica de equilíbrio (STREETER, 1974;
PANDOLFELLI et al., 2000).
Um fluido é considerado Newtoniano quando a viscosidade não depende da taxa
de cisalhamento. Newton foi o primeiro a estudar quantitativamente as propriedades de
escoamento diretamente proporcional à tensão de cisalhamento (
τ
) (PANDOLFELLI
et al., 2000).
Sob ação de qualquer tensão externa, os fluidos, ao contrário dos sólidos, se
deformam continuamente até encontrarem alguma barreira física que impeça seu
escoamento. Esta característica particular se deve à ausência de ligações primárias
(metálicas, iônicas e covalentes) entre as moléculas (ou átomos) que o compõem
(VAN VLACK, 1973; PANDOLFELLI et al., 2000). Em virtude disso, a
caracterização reológica dos fluidos envolve a determinação não da deformação, mas
da taxa de deformação do material com o tempo (
γ
&
) (PANDOLFELLI et al., 2000).
De um modo geral, a reologia aborda o comportamento de fluidos homogêneos,
dentre os quais se destacam os líquidos, suspensões de partículas e emulsões
(PANDOLFELLI et al., 2000).
Segundo Pandolfelli et al. (2000), suspensões são misturas do tipo sólido/líquido
formadas por um conjunto de partículas distribuídas de forma relativamente uniforme
através de um meio líquido, sem que haja dissolução significativa do material
particulado em função do tempo.
Emulsões, conforme já definido anteriormente, são sistemas dispersos nos quais
as fases são líquidos imiscíveis ou parcialmente miscíveis (SHAW, 1975).
59
2.5.1.1 Viscosidade dos fluidos puros
A viscosidade pode ser considerada a principal propriedade reológica de um
fluido, pois indica sua facilidade de escoar continuamente sob ação de uma tensão de
cisalhamento externa (PANDOLFELLI et al., 2000). Ela é chamada viscosidade
newtoniana, quando existe uma relação direta de proporcionalidade entre a taxa de
cisalhamento (
dt
d
γ
) e a tensão externa aplicada, denominada tensão de cisalhamento
τ
(SHAW, 1975; PANDOLFELLI et al., 2000). A constante de proporcionalidade entre
as duas variáveis é conhecida como viscosidade do fluido (
η
), conforme descrito na
equação (2.1):
dt
d
γ
ητ
= (2.1)
Do ponto de vista físico, a viscosidade é um indicativo da coesão entre as
moléculas. Portanto, fluidos mais viscosos, como mel e alcatrão, possuem maior
coesão entre as moléculas, enquanto a água e o ar têm viscosidades muito pequenas, o
que é um indicativo de pouca coesão entre elas (STREETER, 1974; PANDOLFELLI
et al., 2000).
A maioria dos fluidos utilizados em processos reológicos não apresenta a relação
de proporcionalidade entre tensão e taxa de cisalhamento como proposto por Newton.
Neste caso, são então denominados fluidos não Newtonianos e a viscosidade passa a
depender não somente da taxa de cisalhamento, mas também de outros fatores, como
interações entre as partículas, distribuição granulométrica, etc. (SHAW, 1975;
PANDOLFELLI et al., 2000).
2.5.1.2 Viscosidade de soluções coloidais
Num sistema coloidal com ocorrência de agregação de partículas, um aumento da
velocidade de cisalhamento tende a provocar um fracionamento dos agregados. Isso
60
resulta em uma redução da quantidade de solvente imobilizado pelas partículas,
provocando uma redução da viscosidade (SHAW, 1975).
A redução da viscosidade com o cisalhamento é particularmente comum em
sistemas contendo partículas assimétricas. Estas partículas com orientação ao acaso e
com gradientes de velocidade baixos alteram a linha de fluxo de forma mais
acentuada. A interação entre partículas e a imobilização de solvente também são
favorecidos quando prevalece uma orientação ao acaso (SHAW, 1975). Por outro lado,
o aumento da viscosidade provocado pelo aumento da taxa de cisalhamento é
observado em soluções coloidais densamente empacotadas, com líquido suficiente
para preencher os espaços vazios. À medida que aumenta a velocidade de
cisalhamento, esse empacotamento é fracionado, permitindo que as partículas se
movam umas em relação às outras. A expansão resultante faz com que o líquido seja
insuficiente para preencher os vazios (SHAW, 1975).
2.5.1.3 Tixotropia e reopexia
O fenômeno de tixotropia consiste na redução da viscosidade em função do
tempo, em suspensões submetidas a uma taxa (ou tensão) de cisalhamento constante
(SHAW, 1975; PANDOLFELLI et al., 2000). O comportamento tixotrópico tem
origem quando as suspensões são mantidas a baixas taxas de cisalhamento por um
longo período e, em seguida, são submetidas a taxas superiores em intervalos
relativamente curtos de tempo. A aplicação de uma taxa de cisalhamento fixa favorece
a destruição dos aglomerados e a redução da viscosidade aparente da suspensão
(PANDOLFELLI et al., 2000).
A reopexia é o fenômeno reológico caracterizado pelo aumento da viscosidade
aparente em função do tempo em suspensões submetidas a uma taxa (ou tensão) de
cisalhamento constante. O fenômeno ocorre quando suspensões contendo aglomerados
fracos são primeiramente mantidas em intenso cisalhamento por um longo intervalo e,
em seguida, submetidas a baixas taxas de cisalhamento em um período relativamente
curto de tempo. Com isso, uma parcela das partículas da suspensão, submetidas à
baixa taxa de cisalhamento, se une gradativamente para formação de novos
61
aglomerados, que aumentam a viscosidade aparente da suspensão em função do
tempo. Dada a sua semelhança de comportamento com a tixotropia, ela é também
chamada de “tixotropia negativa” (PANDOLFELLI et al., 2000).
Na Figura 2.9 são exibidas curvas de viscosidades para suspensões submetidas à
taxa (ou tensão) de cisalhamento constante.
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0
20
40
60
80
100
120
140
160
Reopéxo
Tixotrópico
Viscosidade (mPa.s)
Tempo (min)
Figura 2.9 - Gráfico apresentando comportamento reopéxo e tixotrópico de suspensões
submetidas à taxa de cisalhamento constante.
2.5.2 Dispersões cerâmicas
No processamento cerâmico, a dispersão das partículas é fundamental, não só
para otimizar a etapa de homogeneização e a porosidade do corpo conformado, mas
também para controle do comportamento reológico das suspensões (PANDOLFELLI
et al., 2000). O conhecimento dos mecanismos que levam à formação de aglomerados
é essencial para obtenção dessas condições.
Em suspensões dispersas, as partículas encontram-se individualizadas tendo
pouca influência da ação da gravidade, permanecendo homogêneas e estáveis por um
período maior. Esta individualização favorece a formação de soluções com baixa
62
viscosidade, reduzindo a possibilidade de problemas relacionados à eliminação de
água na etapa de secagem (PANDOLFELLI et al., 2000).
Suspensões dispersas geralmente proporcionam compactos com alta densidade a
verde e microestrutura homogêneas, devido a um melhor empacotamento das
partículas. Este fato possibilita que os corpos cerâmicos, quando queimados,
apresentem baixas retrações (PANDOLFELLI et al., 2000).
Pode-se inferir, portanto, que as partículas dispersas cujo comportamento resulte
em corpos cerâmicos isentos de defeitos como os relatados acima, são ditas ideais –
tanto do ponto de vista reológico quanto em relação às propriedades dos corpos
conformados.
2.5.2.1 Ação dos defloculantes
Quando partículas muito pequenas estão em suspensão em um meio líquido,
observa-se que elas se movem de uma maneira aleatória e com velocidade
relativamente alta, em decorrência do impacto das moléculas do líquido contra a sua
superfície. Essa movimentação, conhecida como movimento browniano, causa
colisões entre as partículas. A estabilidade das suspensões depende de como essas
partículas interagem durante o momento da colisão. Uma possibilidade é que formem
aglomerados como conseqüência da força de Van der Waals (ligações originadas de
dipolos elétricos) existente entre elas (VAN VLACK, 1973; PANDOLFELLI et al.,
2000). Quando isso ocorre, as partículas decantam, depositando-se no fundo dos
recipientes que contêm a dispersão. Torna-se necessária, então, a adição de compostos
poliméricos denominados dispersantes ou defloculantes, que impedem a formação de
aglomerados através da estabilização da suspensão (CAMPOS, 2001; SANTOS,
2002). Este mecanismo baseia-se na introdução de forças de repulsão entre as
partículas, compensando as forças atrativas de Van der Walls e atenuando a tendência
das partículas à aglomeração (PANDOLFELLI et al., 2000).
Tendo em vista a influência negativa dos aglomerados nas propriedades dos
materiais cerâmicos e tentando-se amenizar ou eliminar sua presença nas dispersões de
63
TiO
2
e proteínas, utilizou-se neste trabalho, um defloculante que pertence à família dos
polieletrólitos.
Define-se como polieletrólito, os compostos formados por polímeros pequenos
que possuem partes hidrofílicas e hidrofóbicas quase indistinguíveis (CAMPOS, 2001;
SANTOS, 2002). Estes polímeros caracterizam-se por apresentarem os fenômenos
eletrostáticos e/ou estéricos que produzem a força de repulsão entre as partículas,
necessária para a estabilização das suspensões cerâmicas (ORTEGA et al., 1997b;
GOUVÊA; MURAD, 2001). Estas forças de repulsão podem ser originadas por meio
dos seguintes fenômenos: desenvolvimento de cargas elétricas na partícula em
decorrência da interação entre a sua superfície e o meio líquido, formando a dupla
camada elétrica; da adsorção superficial de polímeros de cadeias longas que dificultam
a aproximação das partículas por impedimento mecânico (estérico); da adsorção
específica de moléculas com grupos ionizáveis ou polieletrólitos na superfície das
partículas (eletroestérico), no qual os íons provenientes da dissociação desses grupos
ionizáveis somam uma barreira eletrostática ao efeito estérico. Estes fenômenos
alteram a interface partícula/líquido do sistema, promovendo a dispersão da suspensão
(PANDOLFELLI et al., 2000).
De um modo geral, nos produtos vendidos comercialmente, os grupos ácidos
desses polieletrólitos são neutralizados com hidróxido de sódio ou amônio, formando
respectivamente o poliacrilato de sódio e o polimetacrilato de sódio ou amônio
(ORTEGA et al., 1997b). Os poliacrilatos de sódio são comumente utilizados na
estabilização de suspensões cerâmicas, sendo exemplo de produtos destinados a esse
fim o Darvan-7s, Darvan-811D e Dow (ORTEGA et al., 1997a). Na preparação de
suspensões cerâmicas deste trabalho foi utilizado um poliacrilato de amônio, o
Disperlan LA.
64
2.5.2.2 Auxiliar de defloculação
2.5.2.2.1 Sacarose
A sacarose é o açúcar comum obtido da cana-de-açúcar ou da beterraba, embora
possa também ser encontrada em todas as plantas que sofrem o processo de
fotossíntese (BOBBIO; BOBBIO, 1989). Dentre os compostos orgânicos, é o que se
produz em maior quantidade na forma pura (BOYD; MORRISON, 1973). Seu
conhecimento data de milênios, havendo citações de sua fabricação na Índia, no ano
300 a.C. (BOBBIO; BOBBIO, 1989).
A cana-de-açúcar foi introduzida no Brasil após o seu descobrimento. Era um
produto tão raro e valioso que era incluído em testamentos. Até a primeira metade do
século XVII o Brasil era o maior produtor mundial de açúcar, perdendo nesta época
sua posição para as colônias européias nas Antilhas. Hoje o Brasil retomou essa
colocação e é novamente o maior produtor mundial, seguido por Índia e Austrália.
Segundo dados da Comissão Nacional de Cana-de-Açúcar (2004), em 2002/2003
foram produzidos 315,9 milhões de toneladas. Até o final deste ano, espera-se um
aumento no setor de produção na ordem de 6,9% em relação ao ano anterior.
Os açúcares, assim como os amidos, são carboidratos. Os carboidratos são
compostos por carbono, hidrogênio e oxigênio. São divididos em três grupos
principais com base no tamanho da molécula: monossacarídeos, dissacarídeos e
polissacarídeos. Os dois primeiros são referidos como açúcares simples, enquanto os
polissacarídeos são referidos como açúcares complexos (amidos) (ROCHA, 2004).
Os monossacarídeos (mono=um; sakcharon=açúcar) contêm de três a sete átomos
de carbono. Os dissacarídeos (di=dois) contêm dois pequenos monossacarídeos unidos
quimicamente em uma molécula maior e mais complexa. Quando dois
monossacarídeos combinam-se para formar um dissacarídeo, uma molécula de água é
sempre perdida, dando origem à desidratação. A glicose e a frutose são
monossacarídeos que se unem para formar a sacarose (açúcar comum) (ROCHA,
2004).
65
Os dissacarídeos podem ser desdobrados em suas moléculas menores e mais
simples pela adição de água. Esta reação química, inversa à desidratação, é chamada
hidrólise (quebra pelo uso da água) (ROCHA, 2004).
Devido à quantidade e freqüência com que é encontrada na natureza, assim como
pela sua importância na alimentação humana, a sacarose é considerada como o
dissacarídeo mais importante (BOYD; MORRISON, 1973; BOBBIO; BOBBIO,
1989).
A Figura 2.10 apresenta a síntese por desidratação e hidrólise de uma molécula
de sacarose.
Figura 2.10 - Desidratação e hidrólise de uma molécula de sacarose (ROCHA, 2004).
Segundo Boscolo (2003), a sacarose é composta por oito grupos de hidroxilas
reagentes; três primários (6, 1’ e 6’) e cinco secundários (2, 3, 4, 3’ e 4’), cuja
distribuição espacial é apresentada na Figura 2.11.
Figura 2.11 - Estrutura da sacarose apresentando seus grupos hidroxilas reagentes
(BOSCOLO, 2003).
As hidroxilas primárias são as mais reativas apenas nas reações em que fatores
estéricos sejam importantes. No entanto, a hidroxila da posição 2, dentre todas, é a
mais ácida e, consequentemente, a mais reativa. Isso ocorre tanto em presença de
solventes orgânicos quanto em meio aquoso, com a incorporação de uma molécula de
água (BOSCOLO, 2003).
66
Durante a dispersão de um pó em um meio líquido, cuidados devem ser tomados
para assegurar que cada grão forme uma partícula individual com a mistura. Isto irá
prevenir a formação de grumos, que é o ponto crítico dos produtos solúveis a frio. A
individualização pode ser obtida pela dispersão do colóide em um líquido não solvente
(óleo vegetal, álcool, ou xarope de glicose quente) ou pelo uso de pré-mistura do
colóide com um pó inerte como açúcar, que além da individualização dos grãos, atua
como “dispersante mecânico” durante o processo de mistura (PENNA, 2002).
Na área alimentar, onde o comportamento da sacarose é estudado em decorrência
de sua utilização em diversos produtos alimentícios, é comum defini-lo como um
“dispersante mecânico”. Porém, quando aplicada a dispersões cerâmicas, esta
definição deve ser utilizada com cautela, pois não existem estudos conclusivos a
respeito das propriedades e características apresentadas pela sacarose, quando utilizada
no processamento de materiais cerâmicos.
67
3 MATERIAIS E MÉTODOS
3.1 MATERIAIS
3.1.1 Dióxido de titânio
Os corpos cerâmicos produzidos neste trabalho utilizaram o dióxido de titânio
(rutilo) na forma de pó com 98,5% de pureza e comercializado pela LABSYNTH S.A.
Sua massa específica, 4,23 g/cm
3
, foi obtida por meio de picnometria por hélio. Este
material foi escolhido com o intuito de dar continuidade aos trabalhos já realizados na
UNESP - Guaratinguetá e baseando-se em resultados obtidos por Santos (2002).
Para a confecção da barbotina e após pesagem em balança semi-analítica, o
dióxido de titânio foi peneirado (peneira 100 MESH), antes da sua utilização. Adotou-
se este procedimento com a finalidade de reduzir os aglomerados por ventura surgidos
em decorrência do contato entre esse material e a umidade do ar.
3.1.2 Proteínas de soja
Assim como ocorreu com o TiO
2
, as massas específicas da proteína texturizada
(1,44 g/cm
3
) e do extrato de soja (1,20 g/cm
3
) foram determinadas por meio de
picnometria por hélio. Estes materiais foram utilizados, respectivamente, na forma
granular desidratada e na forma de pó, sendo adotada na preparação da proteína
texturizada, primeiramente, moagem em almofariz mecânico MLW (modelo KM1),
durante dez minutos, seguidos de peneiramento em peneira 100 MESH. O extrato na
forma de pó foi utilizado sem tratamento prévio, em virtude de sua grande tendência à
aglomeração.
As proteínas utilizadas foram fabricadas pela Yoki Alimentos S.A. (marca
MaisVita) e suas composições são apresentadas na Tabela 3.1, onde se observa
diferenças entre ambas, embora sejam derivadas da mesma matéria-prima (soja). O
extrato de soja, por exemplo, além dos materiais em comum com a proteína
texturizada, possui em sua composição sódio e gorduras saturadas sendo, no entanto,
isento de fibra alimentar.
68
Tabela 3.1 - Composição da proteína texturizada e do extrato de soja de acordo com
informação do fabricante.
Composição Proteína Texturizada Extrato de Soja
(porção de 100 g) (porção de 100 g)
Carboidratos 20,00 g 26,67 g
Proteínas 48,00 g 43,33 g
Gorduras Totais 0 0
Gorduras Saturadas 0 3,33 g
Colesterol 0 0
Fibra Alimentar 20,00 g 0
Cálcio 284,00 mg 276,67 mg
Ferro 9,80 mg 5,00 mg
Sódio 0 216,67 mg
3.1.3 Defloculantes
3.1.3.1 Disperlan LA
O Disperlan LA (poliacrilato de amônio), segundo dados do fabricante
(LAMBRA), é um material orgânico, cuja natureza química é de um polieletrólito
sintético (polímeros pequenos que possuem partes hidrofílicas e hidrofóbicas quase
indistintas). Apresenta pH entre 8 e 9 (20 °C), massa específica entre 1,13 e 1,18 g/cm
3
e dosagem indicada de 0,05 a 0,50% do material seco utilizado
(TARI, 1999;
CAMPOS, 2001). Suas principais características são:
redução do tempo de moagem;
controle da tixotropia;
não alteração de suas características a altas temperaturas;
devido à sua composição, não interfere nas propriedades elétricas do produto.
Durante a homogeneização da dispersão coloidal, sempre que se fez necessário
para resolver problemas decorrentes da elevada viscosidade apresentada, foi
adicionada à suspensão Disperlan LA. Observou-se, no entanto, que à medida que os
percentuais de sólidos e/ou percentuais de proteínas aumentavam na dispersão, seu uso
era ineficiente, o que por vezes tornou a execução do processo de homogeneização
impraticável.
69
3.1.4 Auxiliar de defloculação
3.1.4.1 Sacarose
Neste trabalho foi utilizado como auxiliar de defloculação o Cristalçúcar União
(produzido pela Copersucar), com massa específica 1,62 g/cm
3
obtida por meio de
picnometria por hélio. Seus percentuais nas composições variaram de 40 a 0%, em
massa, com valores decrescentes ao aumento da soja.
Todo o açúcar utilizado foi moído em almofariz mecânico MLW modelo KM1,
durante dez minutos, seguidos de peneiramento utilizando peneira 100 MESH.
Na Tabela 3.2 apresenta-se a composição do açúcar utilizado, segundo dados
fornecidos pelo fabricante.
Tabela 3.2 - Composição do Cristalçucar União fornecido pela Copersucar.
Composição Quantidade
(porção de 5 g)
Carboidratos 5 g
Proteínas 0
Gorduras Totais 0
Sódio 0
3.2 ESTUDO REOLÓGICO DAS SOLUÇÕES DE PROTEÍNAS
Após avaliação da capacidade de conformação das cerâmicas de TiO
2
utilizando
proteínas e visando um maior conhecimento do comportamento destas, foram
realizados ensaios reológicos em soluções contendo proteínas com e sem a adição de
sacarose. Estes ensaios, cujas metodologias serão descritas a seguir, foram realizados
na BASF S. A. – Guaratinguetá, 2004.
3.2.1 Definição das composições
Na determinação do comportamento reológico das soluções foram utilizados dois
tipos de composições: contendo proteínas puras (100% de extrato ou proteína
70
texturizada de soja) e utilizando proteínas adicionadas a soluções de sacarose
(respectivamente 60% e 40%, em massa, de proteína e sacarose).
As Tabelas 3.3 e 3.4 resumem os valores utilizados nas composições contendo
respectivamente proteína texturizada e extrato de soja.
Tabela 3.3 - Composições utilizadas no estudo reológico da proteína texturizada de
soja.
Composição % Sólidos V. Sól.(cm
3
) % Prot. Text % Sacarose Prot. Text (g) Sacarose (g) Água (g)
1 15 15 60 40 12,96 9,72 85
2 15 15 100 0 21,60 0 85
V. Sol. – Volume de sólidos;
Prot. Text – Proteína texturizada.
Tabela 3.4 - Composições utilizadas no estudo reológico do extrato de soja.
Composição % Sólidos V. Sól.(cm
3
) % Extrato % Sacarose Extrato (g) Sacarose (g) Água (g)
1 15 15 60 40 10,80 9,72 85
2 15 15 100 0 18,00 0 85
V. Sol. – Volume de sólidos.
3.2.2 Preparação das soluções
Inicialmente, os pós foram misturados obedecendo ao critério adotado quanto a
confecção das soluções coloidais, ou seja, foi adicionada primeiramente água e
sacarose e a solução foi colocada em homogeneizador a uma freqüência de 500 rpm.
Posteriormente, foi adicionada a esta solução proteína texturizada ou extrato de soja e
o conjunto foi mantido a freqüência de 500 rpm, durante 10 min.
As composições que utilizaram proteína texturizada pura ou extrato de soja puro
foram homogeneizadas inicialmente a uma frequência de 500 rpm, até a total adição
destes materiais em meio aquoso. A solução resultante permaneceu em agitação
durante 10 min com frequência de 1000 rpm.
71
3.2.3 Reologia das proteínas
Para verificar o comportamento reológico das proteínas de soja em presença ou
não da sacarose, bem como o comportamento destes materiais quando submetidos a
taxas de cisalhamento distintas, foram utilizados o viscosímetro analógico Brookfield
modelo RVT e o reômetro rotacional oscilatório com cilíndricos concêntricos modelo
rotovisco RV-30 Haake.
3.2.3.1 Viscosímetro Brookfield
Os viscosímetros são aparatos de fácil uso, que fornecem de maneira rápida a
viscosidade (FISHER SCIENTIFIC INTERNATIONAL, 2003). Têm sua utilização
normatizada pela ASTM D1439-97 (QUÍMICA AMTEX, 2004).
No viscosímetro Brookfield RVT, a viscosidade é medida por meio de “agulhas”
ou “spindles”, selecionadas de acordo com o fluido utilizado. Este modelo de
viscosímetro possui no total sete agulhas, sendo a de número (1) empregada para
fluido com grande viscosidade, enquanto a maior (7) é adotada para líquidos pouco
viscosos como, por exemplo, a água.
Neste trabalho, as viscosidades foram determinadas em intervalos de 30 s,
durante 2 min, utilizando-se taxa de cisalhamento constante de 100 s
-1
. As medições
foram efetuadas à temperatura ambiente (25 ºC), imediatamente após homogeneização
e repouso de 2 h, quando todo o processo de obtenção da viscosidade foi repetido.
Em trabalho realizado por Santana et al. (2004b) no Laboratório Materiais
Cerâmicos (UNESP, Guaratinguetá), dispersões coloidais, após homogeneização,
foram colocadas em moldes e levadas à estufa para gelatinizar durante duas horas
(temperatura de 80 ºC). Outros moldes em igual número e durante o mesmo período de
tempo permaneceram à temperatura ambiente (25 ºC), para verificação do
comportamento da dispersão. Após este tempo, observou-se que, aparentemente, em
ambos os casos as amostras apresentavam características de gelatinização semelhantes.
72
Por isso, para melhor compreensão do comportamento das proteínas, foi utilizado um
intervalo de tempo idêntico ao adotado no experimento relatado.
Na Figura 3.1 é apresentada a fotografia do viscosímetro analógico Brookfield,
utilizado para determinação da viscosidade do extrato e proteína texturizada de soja.
Figura 3.1 - Viscosímetro Analógico Brookfield (CATÁLOGO Viscosímetro
Brookfield, 2000).
3.2.3.2 Reômetro cilíndrico
Os parâmetros reológicos das soluções, com composições especificadas nas
Tabelas 3.3 e 3.4, foram obtidos com auxílio do reômetro cilíndrico após duas horas de
repouso. Realizaram-se então, à temperatura ambiente (25 ºC), medições das tensões
de cisalhamento e viscosidades, a uma taxa de cisalhamento constante (10.000 s
-1
). Por
meio de um computador acoplado ao reômetro e utilizando um software apropriado
(Haake Hot. 3.1.0), foram obtidos os reogramas que permitiram avaliar o
comportamento reológico das proteínas de soja. O Apêndice A apresenta maiores
detalhes a respeito desta metodologia.
A Figura 3.2 apresenta a fotografia do reômetro cilíndrico utilizado na medição
dos parâmetros reológicos das proteínas de soja.
73
Figura 3.2 - Reômetro cilíndrico utilizado na medição dos parâmetros reológicos das
proteínas de soja.
3.2.3.3 Medidas de pH
Com a finalidade de se verificar a possibilidade de alterações no comportamento
das proteínas, quando em presença da sacarose, foram realizadas medições de pH
utilizando o equipamento pH/Íon 450M, fabricado pela ANALYSER. Essas medidas
foram determinadas imediatamente após a homogeneização das soluções e após sua
permanência em repouso durante 2 h.
Na Tabela 3.5 apresenta-se um resumo dos valores adotados na escala de pH e
pOH.
74
Tabela 3.5 – Resumo dos valores utilizados na escala de pH e pOH ( RUSSEL, 1994).
A Figura 3.3 apresenta a fotografia do equipamento utilizado para medição do pH
das soluções contendo proteínas de soja.
Figura 3.3 - Equipamento utilizado para medição de pH.
75
3.3 MICROSCOPIA ÓPTICA COM PLATINA AQUECIDA
Em trabalho realizado por Lyckfeldt, Brandt e Lesca (2000), três diferentes
proteínas (albumina de soro bovino, albúmen e proteína de soro concentrado) foram
utilizadas como agente ligante e elemento conformador, sendo suas respectivas
gelatinizações realizadas à temperatura de 80 ºC. Utilizando-o como referência, foram
adotadas para as proteínas de soja temperaturas de gelatinização idênticas.
Para verificação do comportamento das proteínas de soja quando submetidas a
aquecimento, foram realizados ensaios de microscopia óptica com platina aquecida,
utilizando-se microscópio Leica DMLS (ampliação 200 vezes) acoplado à uma câmara
digital JVC. Amostras das soluções de proteínas foram colocadas sobre placa para
aquecimento (Linkam modelo TMS-94) com programador de temperatura do mesmo
fabricante (modelo LNP). Adotou-se uma faixa de temperatura previamente
estabelecida (25 a 120ºC), utilizando nitrogênio com o objetivo de criar uma atmosfera
inerte. Os ensaios descritos acima foram realizados no AMR, divisão de materiais do
CTA, 2004.
3.4 CONFORMAÇÃO DAS CERÂMICAS DE TIO
2
COM PROTEÍNAS
3.4.1 Processamento das cerâmicas
3.4.1.1 Definição das composições
Na conformação dos corpos cerâmicos e para verificação do comportamento da
soja na formação dos poros, foram estudadas composições de volume igual a 100 cm
3
,
cujos percentuais de sólidos, a princípio, variavam de 35 a 60% em volume. Desses,
foram utilizados 90% de dióxido de titânio, em massa e 10% com agente ligante e
formador de poros (extrato ou proteína de soja e sacarose) em percentuais de soja que
variaram de 60 a 100%, em massa. Os percentuais de sacarose variaram de 40 a 0%,
em massa, com valores decrescentes ao aumento da soja.
76
Com os valores das massas específicas do TiO
2
, da sacarose, do extrato e da
proteína texturizada de soja conhecidos, foram calculadas as massas utilizadas no
processo de conformação das amostras, por meio das seguintes expressões:
V
s
= %S. V
t
(3.1)
V
L
= V
t
- V
s
(3.2)
m
c
= %
c
. ñ
c
. V
s
(3.3)
Em que: V
s
– volume total dos sólidos;
%S – porcentagem de sólidos;
V
t
– volume total da barbotina;
V
L
– volume de líquido na dispersão;
m
c
– massa do componente;
%
c
– porcentagem do componente na dispersão, e
ñ
c
– massa específica do componente.
A Figura 3.4 apresenta um fluxograma contendo as etapas de preparação das
dispersões coloidais adotadas neste trabalho.
77
*Agente ligante e elemento formador de poros
** Proteínas: Proteína texturizada de soja ou extrato de soja.
Figura 3.4 - Fluxograma apresentando as etapas de conformação das barbotinas.
Sacarose (g)
Definição das amostras
Percentual de
líquido (água)
10% em massa de orgânicos*90% em massa de TiO
2
Sacarose (g)
(40 a 0% em massa)
Proteínas (g)**
(60 a 100% em massa)
Barbotina
(100 cm
3
)
Percentual de
sólidos
Volume de sólidos
(cm
3
)
Volume de líquido
(cm
3
)
TiO
2
(g)
Proteínas (g) **
Massa da água (g)
78
3.4.1.2 Preparação da barbotina
Após pesagem e peneiramento dos pós, parte da água utilizada no processo (cerca
de 1/3 do valor total) foi adicionada à sacarose. À mistura, após dissolução completa,
adicionava-se extrato ou proteína texturizada, e o sistema foi mantido em repouso até
que parte do TiO
2
e da água restante tivessem sido utilizados. Sempre que necessário,
acrescentava-se à dispersão Disperlan, para permitir uma melhor homogeneização da
mistura.
Depois de realizado todo o processo de mistura dos pós em meio aquoso, a
dispersão permanecia sendo agitada em homogeneizador (modelo Te 039 fabricado
pela Tecnal), durante aproximadamente 20 min, quando então era vertida em moldes
devidamente lubrificados com óleo de canola.
Em experiências anteriores, moldes em quantidades iguais contendo soluções
cerâmicas foram lubrificados com vaselina líquida e óleo de canola, sendo verificada a
influência de ambos no processo de desmoldagem das peças. Observou-se que o óleo
de canola mostrou comportamento similar ao da vaselina e não apresentou
características que contra-indicassem a sua utilização.
Durante a mistura dos pós e mesmo na homogeneização da dispersão, observou-
se formação de espumas, e em quantidade crescente à medida que ocorria um
acréscimo do percentual de proteínas.
3.4.1.3 Gelatinização
O processo de gelatinização ocorreu em estufa modelo 315 SE da FANEM, onde
os moldes contendo a dispersão permaneceram durante duas horas à temperatura de 80
°C. Nessa etapa, os recipientes foram mantidos vedados para minimizar a evaporação
da água, o que poderia comprometer a realização da fase seguinte. Após a execução do
processo de gelatinização, as peças permaneceram durante duas horas em estufa,
quando atingiram a temperatura ambiente iniciando-se, então, a etapa de secagem.
Estudos preliminares realizados no LabCera (UNESP Guaratinguetá) para
verificação qualitativa da capacidade e gelatinização da soja revelaram que este
79
processo ocorre de forma mais acentuada para uma determinada relação entre as
proteínas de soja e água ou proteínas de soja sacarose e água, mas não ocorre na
presença de uma quantidade mínima de proteínas. O mesmo fenômeno foi observado
por Lyckfeldt, Brandt e Lesca (2000), quando proteínas globulares de origem animal
foram utilizadas.
3.4.1.4 Secagem
O processo de secagem ocorreu em estufa modelo 315 SE da FANEM, onde os
recipientes foram destampados para permitir evaporação do excesso de água,
permanecendo por duas horas à temperatura de 100-110 °C. Nesta fase, pelo fato dos
corpos cerâmicos ainda manterem sua rede de géis em formação, tomou-se o cuidado
de elevar a temperatura lentamente, evitando choques térmicos que poderiam danificar
as peças. Estas, posteriormente, permaneceram no interior da estufa por um período de
aproximadamente 12 h, quando foram então retiradas e desmoldadas. Ao final,
procedeu-se a um exame visual nas peças com o intuito de verificar possíveis trincas
ou laminações.
3.4.1.5 Calcinação, pré-sinterização e sinterização
As peças que não apresentaram problemas relacionados a trincas ou laminações
foram calcinadas para retirada de material orgânico e, em seguida, pré-sinterizadas a
1000 ºC, com taxa de aquecimento de 3 °C/min e patamar de 60 min.
O processo de sinterização ocorreu em um forno EDG F-1700, à temperatura de
1450 ºC, com taxa de aquecimento de 2 ºC/min e patamar de 60 min, onde as peças
permaneceram até atingirem a temperatura ambiente.
80
3.4.1.6 Perda de massa e contração dos corpos cerâmicos
Com o objetivo de verificar o percentual de perda de massa e contração ocorridas
nas peças cerâmicas, foi realizado um acompanhamento ao longo de todo o seu
processo de conformação. Os resultados obtidos forneceram um perfil do
comportamento das peças quando submetidas a tratamento térmico.
3.4.2 Caracterização das cerâmicas
3.4.2.1 Massa específica aparente
No cálculo da massa específica aparente, baseado no princípio de Arquimedes,
foram determinadas as massas das amostras nas seguintes condições:
Massa seca (
s
m ), obtida após secagem do material em estufa a 110 °C por um
período de 2 h;
Massa imersa (
i
m ), obtida após imersão das amostras em água destilada,
fervida durante 2h e mantida em repouso por um período mínimo de 12 h;
Massa úmida (
u
m ), obtida após ser retirado o excesso de água contido na
amostra.
Todas as medições foram efetuadas à temperatura ambiente (25 ºC) com auxílio
de uma balança semi-analítica. Por esse método foi possível, também, a obtenção da
porosidade aparente e do nível de absorção da água, por meio das seguintes
expressões:
A
P = x
mm
mm
iu
su
−
−
100 (3.4)
A
A
= x
m
mm
s
su
−
100 (3.5)
A
ρ
=
iu
s
mm
m
−
(3.6)
81
Em que;
A
P
= porosidade aparente (%);
A
A
= nível de absorção da água (%);
A
ρ
= massa específica aparente (
3
/ cmg ).
3.4.2.2 Rugosidade
A determinação da rugosidade superficial foi realizada utilizando-se um
rugosímetro MITUTOYO-SURFTEST 301 com ponta de diamante, sendo medidos
para análise os seguintes parâmetros: R
a
(rugosidade média) e R
t
(rugosidade total).
3.4.3 Caracterização por microscopia quantitativa
Para verificar os parâmetros microscópicos das amostras, foram produzidas peças
com formato cilíndrico e diâmetros de 30 mm e 39 mm utilizando-se moldes de
plástico, conforme fotografia apresentada na Figura 3.5.
Figura 3.5 - Moldes utilizados para confecção das peças cerâmicas destinadas à
microscopia óptica.
15,0 mm
mm
82
3.4.3.1 Preparação das amostras
3.4.3.1.1 Seccionamento
As amostras foram seccionadas em máquina de corte com disco adiamantado
(Isomet 1000). A Figura 3.6 ilustra o corte (seção radial) realizado nas peças
destinadas à microscopia óptica.
Figura 3.6 - Seccionamento radial das peças destinadas à microscopia.
3.4.3.1.2 Lixamento
O processo de lixamento foi realizado em lixadeira rotativa utilizando lixas de
SiC (granulometria 1200 e 1500).
Ao final de cada etapa, as peças foram cuidadosamente lavadas e secas.
Posteriormente, foram observadas em microscópio óptico (utilizando ampliação de 50
vezes) com o intuito de verificar possíveis retiradas de material por arrancamento ou
riscos.
Após execução de todo o processo, foi efetuada a limpeza das peças em banho de
ultra-som por 10 min.
3.4.3.1.3 Polimento
As amostras foram polidas em politriz rotativa utilizando-se primeiramente pano
com pasta de diamante (granulometria de 6ìm) e como polimento final, feltro com
solução de OPU, diluída em água na proporção 1:2.
83
Ao final de cada etapa foi realizado banho de ultra-som durante 10 min, seguido
de secagem das peças e posterior observação no microscópio óptico.
3.4.3.1.4 Ataque térmico
O ataque térmico foi realizado a uma temperatura de 1000 °C, com taxa de
aquecimento de 3 °C/min e patamar de 15 min. Este procedimento tornou os
elementos da microestrutura mais visíveis, facilitando o processamento das imagens.
3.4.3.2 Aquisição das imagens
Para melhorar o contraste e permitir uma melhor visualização dos poros, foi
utilizado filtro verde. Na aquisição das imagens utilizou-se microscópio óptico
NIKON modelo EPIPHOT 200 (ampliação 50 vezes) acoplado a uma câmara digital
Spot Insight QE e os softwares Spot (captura das imagens) e ImageJ (processamento e
análise quantitativa das imagens). O Apêndice B apresenta detalhadamente a
caracterização das imagens obtidas por intermédio deste software.
3.4.3.3 Parâmetros microscópicos
Um dos pontos mais importantes na caracterização de cerâmicas é a distribuição
dos poros para se estabelecer em quais condições de processamento se obtêm
cerâmicas com porosidade controlada e interconectada. Normalmente, utiliza-se a
porosidade aparente para estimar a quantidade de poros. No entanto, este método é
limitado a poros conectados a superfície. Para complementar a análise por porosidade
aparente, adotou-se o seccionamento das amostras e posterior estudo microscópico. A
razão disto reside no fato dos poros poderem ser visualizados no interior e em
determinadas regiões (extremos e centro) da amostra.
Dentre os parâmetros existentes, utilizou-se tamanho médio dos poros e fração
porosa. A escolha destes parâmetros deve-se à constatação de que duas amostras com a
mesma fração porosa (percentual de pixels que representam poros em uma imagem em
84
relação a área total) podem ter quantidade e tamanhos diferentes de poros, podendo
indicar diferentes distribuições de poros.
85
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES
4.1 REOLOGIA DAS SOLUÇÕES DE PROTEÍNAS
Os ensaios reológicos forneceram informações a respeito da atuação das
proteínas quando submetidas a baixa (100 s
-1
) e alta (10.000 s
-1
) taxas de cisalhamento.
Por meio da realização desses ensaios, foi possível confirmar a influência da sacarose
na redução da viscosidade das soluções, bem como verificar que, apesar de possuírem
a mesma origem, a proteína texturizada e o extrato de soja apresentam
comportamentos distintos e particulares.
Os resultados obtidos, apresentados em forma de tabelas e gráficos e as
peculiaridades das soluções estudadas são abordados nos itens 4.1.1 e 4.1.2.
Alguns gráficos, por apresentarem escalas muito diferentes, foram plotados
separadamente. Tal procedimento foi adotado com o intuito de evitar conclusões
errôneas a respeito do comportamento das soluções, quando submetidas a ensaios
reológicos.
4.1.1 Análise da viscosidade utilizando viscosímetro Brookfield
Os resultados após homogeneização revelaram a existência de maiores valores de
viscosidade nas soluções de proteínas puras, provavelmente, decorrentes da formação
de aglomerados que surgiram, entre outros fatores, por forças atrativas de Van der
Waals. Isto pode ter ocorrido em função do tempo e/ou da freqüência utilizados no
processo de homogeneização das soluções. Quando submetidos a um cisalhamento
maior, estes aglomerados foram fracionados, liberando a água contida no seu interior,
diminuindo assim, a viscosidade. Mantidas as soluções em repouso, as partículas que
compõem as proteínas se reagruparam, originando novos aglomerados, possivelmente
com interações mais fortes, não eliminados pela taxa de cisalhamento utilizada.
86
Conforme pode ser observado na Figura 4.1 a e b, após a homogeneização, tanto
a proteína texturizada quanto o extrato de soja exibiram comportamento tixotrópico,
com a viscosidade diminuindo com o tempo.
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0
200
240
280
320
360
Proteína text. pura após homogeneização
Viscosidade (mPa.s)
Tempo (min)
(a)
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0
2400
2800
3200
3600
4000
Extrato puro após homogeneização
Viscosidade (mPa.s)
Tempo (min)
(b)
Figura 4.1 - Gráficos apresentando as viscosidades das soluções contendo proteína
texturizada (a) e extrato de soja (b), obtidas com taxa de cisalhamento de
100 s
-1
, após homogeneização.
A Figura 4.2 apresenta o comportamento das soluções puras em repouso,
apresentando, também, características tixotrópicas.
87
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0
2000
3000
4000
5000
6000
7000
Extrato puro após 2 h repouso
Proteína text. pura após 2 h repouso
Viscosidade (mPa.s)
Tempo (min)
Figura 4.2 - Gráfico apresentando a viscosidade das soluções de extrato e proteína
texturizada de soja, puros e em repouso, obtidos com taxa de cisalhamento
de 100 s
-1
.
Com o intuito de encontrar um auxiliar de defloculação, objetivando reduzir a
viscosidade das soluções, adicionou-se sacarose à mistura.
A sacarose, assim como a água, é uma molécula polar que possui regiões
“carregadas” negativa e positivamente, sendo a interação entre ambas do tipo dipolo-
dipolo. Como sua molécula contém grupos OH, ocorrem ligações de hidrogênio intra e
intermoleculares, bem como com as moléculas de água. Supõe-se que a presença da
sacarose iniba a hidratação das moléculas de proteínas, competindo pela água existente
na solução. Isso ocorre devido a sua adição dificultar a atividade da água, diminuindo,
assim, a quantidade de solvente livre, necessária para solvatar as proteínas
(ALBERNAZ; PONTES, 2002).
Em trabalho realizado por Santana et al. (2004a), soluções de proteínas puras e
com sacarose foram confeccionadas, com o intuito de verificar a influência deste
material na redução da viscosidade. A partir deste trabalho, foi observado que a adição
da sacarose às soluções de proteínas possibilitou uma redução na viscosidade destas,
permitindo a conformação de dispersões em percentuais variados (Figura 4.3). No
entanto, foi observado um comportamento contrário nas soluções contendo proteínas
puras, que, em virtude da elevada viscosidade apresentada, limitou a conformação de
dispersões.
88
(a) (b)
Figura 4.3 - Influência da sacarose na diminuição da viscosidade de soluções
contendo, respectivamente, proteína texturizada de soja (a) e extrato de
soja (b) (SANTANA et al., 2004a).
Um comportamento reopéxo, após homogeneização e repouso, foi verificado na
solução de proteína texturizada e sacarose, com sua viscosidade aumentando ao longo
do tempo. No entanto, essas soluções apresentaram valores de viscosidades reduzidos,
quando comparados aos obtidos com as soluções de proteínas puras, nas etapas
analisadas. Isso pode ser explicado pelo aumento da concentração de sólidos na
solução em decorrência da adição da sacarose. As proteínas texturizadas possuem suas
partículas com dimensões maiores que as de extrato de soja. Isto ocasionou a
diminuição da distância entre suas partículas que, por forças atrativas, formaram
aglomerados. Possivelmente a taxa de cisalhamento utilizada (100 s
-1
) não foi
suficiente para impedir a formação destes novos aglomerados, aumentando-os.
A solução contendo extrato de soja e sacarose apresentou, após homogeneização,
comportamento característico de um fluido Newtoniano, sendo sua viscosidade
constante com o tempo. Provavelmente, a quantidade de sacarose utilizada foi
suficiente para impedir a atividade da água no processo de solvatação das partículas de
proteínas, causando uma repulsão entre as moléculas de ambas, que se mantiveram
constantes durante o tempo adotado. Esta constância está relacionada, também, com a
taxa de cisalhamento utilizada, que impediu uma interação das partículas com
conseqüente formação de aglomerados. Após permanência em repouso esta solução
apresentou comportamento tixotrópico, evidenciando que os aglomerados formados
89
nesta condição, com interações fracas, foram fracionados quando submetidos à taxa de
cisalhamento adotada.
As Figuras 4.4 a e b ilustram o respectivo comportamento da proteína texturizada
e do extrato, em presença da sacarose, após as etapas de homogeneização e repouso.
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0
0
50
100
150
200
250
300
Prot text+sacarose após homogeneização
Prot text+sacarose após 2 h repouso
Viscosidade (mPa.s)
Tempo (min)
(a)
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0
0
50
100
150
200
250
300
Extr+sacarose após homogeneização
Extr+sacarose após 2 h repouso
Viscosidade (mPa.s)
Tempo (min)
(b)
Figura 4.4 - Viscosidades das soluções contendo, respectivamente, proteína
texturizada e sacarose (a) e extrato de soja e sacarose (b), após as
etapas de homogeneização e repouso, obtidas com taxa de
cisalhamento de 100 s
-1
.
90
A Tabela 4.1 fornece um resumo dos valores de viscosidades, obtidos com a
utilização do viscosímetro Brookfield.
Tabela 4.1 - Valores de viscosidades das proteínas obtidos por intermédio do
viscosímetro Brookfield.
Viscosidade com Viscosímetro Brookfield (mPa.s)
Composição Taxa de Cisalhamento – 100 s
-1
Após Homogeneização Após 2 h de Repouso
ç
i
ç
f
ç
máx.
ç
mín.
ç
i
ç
f
ç
máx.
ç
mín
Proteína Text. Pura (100%) 340,0 210,0 340,0 210,0 7000,0 2100,0 7000,0 2100,0
Extrato Puro (100%) 4000,0 2250,0 4000,0 2250,0 6000,0 4500,0 6000,0 4500,0
Prot. Text. (60%) + Sacarose (40%) 150,0 285,0 150,0 285,0 60,0 70,0 60,0 70,0
Extrato (60%) + Sacarose (40%) 12,5 12,5 12,5 12,5 300,0 80,0 300,0 80,0
Prot Text Pura – Proteína Texturizada Pura;
Prot Text. – Proteína Texturizada.
4.1.2 Parâmetros reológicos obtidos com reômetro cilíndrico
Na Figura 4.5 (a e b) são exibidas as curvas de viscosidade e tensão de
cisalhamento da proteína texturizada e extrato puros, indicando que ambos possuem
comportamentos distintos; a proteína texturizada, embora com viscosidades menores
em relação ao valor inicial, apresenta tendência a um comportamento reopéxo,
enquanto o extrato apresenta características de um fluído Newtoniano (platô
Newtoniano) a partir de 0,5 min.
91
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0
120
150
180
210
240
270
300
330
360
y = 119,5 + 113,5.e
-x/0,2
y= 334,0 - 134,0.e
-x/0,3
Prot.text pura
Extrato puro
Tensão de Cisalhamento (Pa)
Tempo (min)
(a)
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
y = 12,2 + 36,5.e
-x/0,1
y = 33,6 - 7,6.e
-x/0,5
Prot.text.pura
Extr.puro
Viscosidade (mPa.s)
Tempo (min)
(b)
Figura 4.5 - Curvas de tensão de cisalhamento (a) e viscosidade (b) das soluções de
proteínas puras, obtidas com taxa de cisalhamento 10.000 s
-1
.
Uma menor viscosidade foi obtida quando adicionada sacarose à solução
contendo extrato, conforme indicado na Figura 4.6 (a e b). Esta solução apresentou
comportamento tixotrópico, com característica de um fluido Newtoniano observado a
partir de 0,08 min. Verifica-se a partir do gráfico, que os aglomerados surgidos com o
extrato puro necessitaram de uma maior tensão aplicada para rompê-los, ocorrendo o
contrário com as soluções utilizando sacarose.
92
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0
30
60
90
120
150
180
210
240
y = 30,1 + 103,8.e
-x/0,1
y = 119,5 + 113,5.e
-x/0,2
Extrato puro
Extrato+sacarose
Tensão de Cisalhamento (Pa)
Tempo (min)
(a)
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
y = 3,1 + 7,4.e
-x/0,1
y = 12,2 + 31,6.e
-x/0,1
Extr puro
Extr+sacarose
Viscosidade (mPa.s)
Tempo (min)
(b)
Figura 4.6 - Curvas de tensão de cisalhamento (a) e viscosidade (b) das soluções de
extrato puro e extrato contendo sacarose, obtidas com taxa de
cisalhamento 10.000 s
-1
.
Embora o acréscimo da sacarose à proteína texturizada de soja tenha reduzido a
viscosidade, seu comportamento permaneceu idêntico àquele apresentado pela solução
com esta proteína pura.
A Figura 4.7 (a e b) fornece informações a respeito das características de
viscosidade e tensão de cisalhamento apresentadas pelas soluções de proteínas
texturizadas pura e contendo sacarose.
93
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0
140
175
210
245
280
315
350
385
y = 268,9 - 131,6.e
x/0,5
y = 334,0 - 134,0.e
-x/0,3
Prot.text pura
Prot.text+sacarose
Tensão de Cisalhamento (Pa)
Tempo (min)
(a)
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0
0
6
12
18
24
30
36
42
y = 27,4 - 11,2.e
-x/0,7
y = 33,7 - 7,8.e
-x/0,4
Prot.text pura
Prot.text+sacarose
Viscosidade (mPa.s)
Tempo (min)
(b)
Figura 4.7 - Curvas de tensão de cisalhamento (a) e viscosidade (b) das soluções de
proteínas texturizadas pura e contendo sacarose, obtidas com taxa de
cisalhamento de 10.000 s
-1
.
Uma comparação entre as soluções de proteínas texturizada e extrato, em
presença de sacarose, é apresentada na Figura 4.8 (a e b), em que se observam
características de viscosidade e tensão de cisalhamento aplicadas já relatadas em itens
anteriores.
94
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0
40
80
120
160
200
240
280
y = 30,1 + 103,8.e
-x/0,1
y = 270,0 - 131,7.e
-x/0,5
Prot. text+sacarose
Extrato+sacarose
Tensão de Cisalhamento (Pa)
Tempo (min)
(a)
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0
0
5
10
15
20
25
30
35
y = 3,0 + 10,0.e
-x/0,1
y = 27,6 - 11,1.e
-x/0,7
Prot.text+sacarose
Extr+sacarose
Viscosidade (mPa.s)
Tempo (min)
(b)
Figura 4.8 - Curvas de tensão de cisalhamento (a) e viscosidade (b) das soluções de
proteína texturizada e extrato em presença da sacarose, obtidas com taxa
de cisalhamento de 10.000 s
-1
.
De acordo com as curvas de aproximação utilizadas, observa-se que, em todos os
casos, ocorre um comportamento tipicamente exponencial de primeira ordem (
a
x
e
−
).
Embora essas exponenciais sejam decrescentes, suas funções apresentam
“comportamentos” crescentes ou decrescentes (y = y
o
a
x
e
−
± ), indicando uma clara
tendência para a estabilização das curvas no decorrer do tempo.
95
Na análise das curvas obtidas com viscosímetro, foi observado, também, um
comportamento idêntico ao anterior, com suas funções apresentando “comportamento”
decrescente. No entanto, a curva exibida pela solução de proteína texturizada com
sacarose, embora exponencial, não apresenta tendência à estabilização no decorrer do
tempo.
Em função da quantidade de pontos plotados, ampliou-se o tempo do ensaio para
5 min. Desta forma, pôde-se observar com maior clareza o comportamento das
proteínas de soja quando submetidas a ensaios reológicos com viscosímetro.
A Figura 4.9 apresenta o comportamento das soluções contendo proteínas puras,
enquanto a Figura 4.10 fornece informações do comportamento desses materiais
acrescidos da sacarose.
0 1 2 3 4 5
1500
3000
4500
6000
7500
y=1830 + 5163e
-x/0,6
y=3904 + 1976e
-x/1,7
Extrato puro 2 h repouso
Proteína text pura 2 h repouso
Viscosidade (mPa.s)
Tempo (min)
Figura 4.9 - Gráfico apresentando o comportamento das soluções de proteínas puras,
obtido com auxílio do viscosímetro e após 2 h de repouso.
96
0 1 2 3 4 5
0
50
100
150
200
250
300
350
y = 50e
x/2,5
y = 31 + 254e
-x/1,1
Extrato+sacarose 2 h repouso
Prot. text+sacarose 2 h repouso
Viscosidade (mPa.s)
Tempo (min)
Figura 4.10 - Gráfico apresentando o comportamento das soluções de proteínas e
sacarose, obtido com auxílio do viscosímetro e após 2 h de repouso.
A Tabela 4.2 apresenta um resumo das composições utilizadas, bem como seus
valores de viscosidade e tensão de cisalhamento.
Tabela 4.2 - Parâmetros reológicos das soluções de proteínas puras ou adicionadas a
sacarose
Composição Taxa de Cisalhamento - 10.000 s
-1
Viscosidade (mPa.s) Tensão de Cisalhamento (Pa)
ç
i
ç
f
ç
mín
. ç
máx.
ô
i
ô
f
ô
mín
. ô
máx.
Prot. Text. Pura (100%) 42,00 35,00 23,00 42,00 216,00 346,00 216,00 347,00
Extrato Puro (100%) 44,00 12,00 12,00 44,00 226,00 119,00 119,00 226,00
P. Text (60%)+Sac (40%) 34,00 27,00 14,00 34,00 173,00 272,00 145,00 279,00
Extr. (60%) +Sac. (40%) 29,00 3,00 3,00 29,00 134,00 28,00 28,00 134,00
Prot Text. Pura – Proteína Texturizada Pura;
P. Text (60%)+Sac (40%) – Proteína Texturizada Soja (60%) + Sacarose (40%);
Extr. (60%) + Sac. (40%) – Extrato de Soja (60%) + Sacarose (40%).
Embora os materiais utilizados sejam derivados da soja, tanto o extrato como a
proteína texturizada apresentaram características reológicas particulares. Isso fica
evidente quando são comparados os resultados obtidos com o viscosímetro e o
reômetro, mostrando que o extrato de soja apresenta um comportamento reológico
definido tanto puro quanto acrescido à solução contendo sacarose. Por intermédio
desses equipamentos foi possível, também, verificar a influência da sacarose no
97
processo de redução das viscosidades, bem como a importância da velocidade de
cisalhamento no processo de formação de aglomerados.
4.1.3 Medição do pH
As soluções contendo extrato ou proteína texturizada pura apresentaram,
respectivamente, pH de 7,30 e 6,35 na etapa de homogeneização, com os valores
encontrados idênticos aos obtidos com as amostras em repouso.
Após homogeneização e repouso, as medições de pH efetuadas com as soluções
de proteínas e sacarose mostraram valores deste parâmetro idênticos àqueles
apresentados pelas proteínas puras, conforme descrito no parágrafo anterior. Para o
extrato acrescido à sacarose obteve-se, respectivamente, em ambas as etapas, um pH
de 7,27 e 7,01. Já com as proteínas texturizadas, esses valores foram de 6,50 e 6,40. A
análise dos resultados indica que o pH das soluções não foi influenciado pela adição da
sacarose, apresentando as proteínas o mesmo caráter anterior a sua inclusão.
A Tabela 4.3 fornece um resumo dos valores de pH encontrados para as soluções
de proteínas, puras e em presença de sacarose, após homogeneização e repouso.
Tabela 4.3 - Valores de pH das soluções de proteínas, obtidos após homogeneização e
repouso (incerteza do equipamento
±
0,05).
Composição pH
Após homogeneização Após repouso
Proteína text. pura (100%) 6,35 6,35
Extrato puro (100%) 7,30 7,30
Prot. text (60%) +sac (40%) 6,50 6,40
Extrato (60%) + sac(40%) 7,27 7,01
Proteína text. pura - Proteína texturizada pura;
Prot. text + sac – Proteína texturizada + sacarose;
Extrato + sac – Extrato + sacarose.
98
4.2 MICROSCOPIA ÓPTICA COM PLATINA AQUECIDA
As seqüências de imagens contidas nas Figuras 4.11 a 4.14 apresentam o
comportamento das soluções de proteínas puras e adicionadas à sacarose quando
submetidas a ensaios de platina aquecida realizados em intervalos de 25 ºC a 120 ºC.
Inicialmente, todas as soluções foram ensaiadas utilizando a temperatura
previamente adotada no processo de gelatinização das amostras cerâmicas (80 ºC).
Porém, observou-se por meio de análise visual das imagens, que a esta temperatura e
até aproximadamente 90 °C, as estruturas das proteínas não apresentavam evidência de
formação de gel. Por esta razão, a temperatura do ensaio foi elevada a 110 ºC e
posteriormente a 120 ºC, com o intuito de se observar possíveis alterações na sua
estrutura.
Por meio deste ensaio, foi possível verificar algumas características peculiares
das proteínas, como as distintas condições de formação do gel. A solução contendo
extrato de soja puro, por exemplo, apresentou a estrutura do seu gel bem definida,
conservando o formato original das suas partículas (Figura 4.11). Essas características,
porém, são melhor visualizadas nas soluções de extrato acrescido à sacarose, conforme
observado na Figura 4.12. Em ambos os casos, a temperatura de gelatinização ocorreu
entre 90 a 115 ºC. No entanto, os ensaios realizados com as soluções de proteína
texturizada pura (Figura 4.13) e proteína texturizada acrescida à sacarose (Figura 4.14)
indicam que o processo de formação de gel, ocorreu na faixa de 90 a 110 ºC e as suas
partículas não conservaram o formato original.
Pode-se inferir, de acordo com os resultados obtidos, que as proteínas de origens
animal e vegetal apresentam temperaturas de gelatinização distintas, como
conseqüência do processo de desnaturação, que altera as suas propriedades físico-
químicas. Estas propriedades também são observadas entre materiais provenientes da
mesma matéria-prima, como o extrato e a proteína texturizada de soja. Conforme
relatado no Capítulo 2, subitem 2.3.2 (Processamento e uso), os grãos de soja passam
por variados processos de fabricação até a obtenção dos produtos finais, com
diferentes aplicações e teores de proteínas. No caso específico das proteínas de soja
utilizadas neste trabalho, suas propriedades físico-químicas foram modificadas ao
99
longo dos respectivos processos de fabricação, originando materiais com
comportamentos distintos, fato confirmado por meio dos resultados obtidos com os
ensaios reológicos.
Figura 4.11 - Imagens da solução de extrato soja puro, quando submetida a ensaio de
microscopia óptica com platina aquecida.
100
Figura 4.12 - Imagens da solução de extrato de soja e sacarose, quando submetida a
ensaio de microscopia óptica com platina aquecida.
101
Figura 4.13 - Imagens da solução de proteína texturizada de soja pura, quando
submetida a ensaio de microscopia óptica com platina aquecida.
102
Figura 4.14 - Imagens da solução de proteína texturizada de soja e sacarose, quando
submetida a ensaio de microscopia óptica com platina aquecida.
103
4.3 CONFORMAÇÃO DAS CERÂMICAS
A utilização de proteínas vegetais como agente ligante e elemento formador de
poros mostrou ser possível a conformação de peças cerâmicas em diferentes
composições de sólidos e em percentuais variados de massa, embora tenham ocorrido
limitações durante o seu processamento. Dentre as dificuldades apresentadas nesta
etapa, pode-se destacar o surgimento de grande quantidade de espumas, o que causou
problemas relacionados ao aparecimento de trincas e de laminações nos processos de
secagem e sinterização. Possivelmente esses defeitos estão relacionados à não
homogeneização do material e a interface ar-água. Aliados a isso, o acréscimo do
percentual de proteínas e a quantidade excessiva de sólidos possibilitaram a formação
de aglomerados com conseqüente aumento das viscosidades das dispersões, embora
estas tenham permanecido sob agitação mecânica a uma freqüência constante de 500
rpm, durante 20 min. Em tais condições, as dispersões eram vertidas com dificuldades
nos moldes cerâmicos.
Os problemas relatados acima foram verificados comumente em peças cerâmicas
conformadas com grandes percentuais de sólidos (60, 50 e 45%). Por isso, entre as
composições originalmente propostas, apresentaram condições de conformação
somente aquelas cujos percentuais de sólidos variaram de 40 a 35%, conforme
apresentado nas Tabelas 4.4 e 4.5.
A menor quantidade de dispersões realizadas com o extrato de soja evidencia o
grau de dificuldade apresentado durante o seu processamento, em decorrência da
elevada viscosidade alcançada, razão pela qual não é apresentada a conformação deste
material, puro (100%), com 40% de sólidos.
104
Tabela 4.4 - Composições cerâmicas contendo proteína texturizada de soja.
Composição Água Sólidos V. sólidos TiO
2
Ligante e elemento formador de poros (10%)
(g) (vol. %) (cm
3
) (massa %) (g) Proteína texturizada. Sacarose
(massa %) (g) (massa %) (g)
1 60 40 40 90 152,28 60 3,46 40 2,59
2 60 40 40
90 152,28
70 4,03 30 1,94
3 60 40 40
90 152,28
80 4,61 20 1,29
4 60 40 40 90 152,28 90 5,18 10 0,65
5 60 40 40 90 152,28 100 5,76 0 0
6 65 35 35 90 133,25 60 3,02 40 2,27
7 65 35 35 90 133,25 70 3,53 30 1,70
8 65 35 35 90 133,25 80 4,03 20 1,13
9 65 35 35 90 133,25 90 4,54 10 0,57
10 65 35 35 90 133,25 100 5,04 0 0
V. Sólidos = Volume de Sólidos.
Tabela 4.5 - Composições cerâmicas contendo extrato de soja.
Composição Água Sólidos V. sólidos TiO
2
Ligante e elemento formador de poros (10%)
(g) (vol. %) (cm
3
) (massa %) (g) Extrato Sacarose
(massa %) (g) (massa %) (g)
1 60 40 40 90 152,28 60 2,89 40 2,59
2 60 40 40
90 152,28
70 3,36 30 1,94
3 60 40 40
90 152,28
80 3,84 20 1,29
4 60 40 40 90 152,28 90 4,32 10 0,65
5 65 35 35 90 133,25 60 2,52 40 2,27
6 65 35 35 90 133,25 70 2,94 30 1,70
7 65 35 35 90 133,25 80 3,36 20 1,13
8 65 35 35 90 133,25 90 3,78 10 0,57
9 65 35 35 90 133,25 100 4,20 0 0
V. Sólidos = Volume de Sólidos.
Comparando-se os dados das Tabelas 4.4 e 4.5, observa-se uma maior quantidade
de composições realizadas com proteína texturizada de soja, evidenciando diferentes
comportamentos reológicos existentes entre este material e o extrato de soja.
Uma característica comum apresentada pelas proteínas de soja diz respeito à
grande viscosidade exibida por estes materiais, em decorrência da presença de Ca
2+
em
suas composições, conforme pode ser observado na Tabela 3.1. Dentre as proteínas
utilizadas, a viscosidade apresenta maior importância nas amostras contendo extrato de
soja em virtude da presença de íons Na
+
em sua composição. Segundo Silva, Vernilli
105
Junior e Ribeiro (2001), a presença destes íons tende a aumentar a floculação das
soluções.
A influência do Ca
2+
foi mencionada também por Pandolfelli et al. (2000).
Quando em soluções aquosas contendo partículas de cimento, esses íons foram
apontados como prováveis responsáveis pelo aumento da viscosidade.
A Figura 4.15 apresenta exemplos de cerâmicas de TiO
2
conformadas com
extrato e proteína texturizada de soja.
Extrato Proteína Texturizada
Figura 4.15 - Cerâmicas de TiO
2
conformadas com extrato e proteína texturizada de
soja.
Por se tratar de um material sem referências anteriores de utilização, foram
confeccionadas várias dispersões coloidais com o intuito de se observar e analisar, de
forma confiável, o comportamento das proteínas de soja ao longo das etapas de
conformação adotadas. Este procedimento permitiu o conhecimento de características
particulares dos materiais utilizados.
Para realização dos ensaios descritos ao longo deste capítulo, foram
confeccionadas peças em formato de barras, destinadas aos ensaios físicos e em
formato cilíndrico, para realização de ensaios de microscopia óptica.
12,5 mm
106
4.4 PERDA DE MASSA E CONTRAÇÃO
Imediatamente após a realização de cada etapa envolvida no processo de
conformação das cerâmicas, foram efetuadas medições de suas massas e seus
respectivos comprimentos. Os resultados médios obtidos para a proteína texturizada e
o extrato estão apresentados na Tabela 4.6.
Tabela 4.6 - Perda de massa e contração das amostras cerâmicas compostas por
proteína texturizada e extrato de soja.
Etapas Perda de massa (%) Contração (%)
Proteína text. Extrato Proteína text. Extrato
Gelatinização 1,90 4,61 ** **
Secagem 23,66 24,66 6,74 8,12
Pré-sinterização 11,36 13,62 5,03 5,09
Sinterização 0,42 0,36 17,68 16,17
Proteína text – Proteína texturizada.
Na gelatinização, conforme pode ser observado, houve uma maior perda de
massa nas cerâmicas conformadas com o extrato de soja. Provavelmente, a maior
viscosidade e, portanto, menor homogeneização influenciaram na quantidade de
líquido livre presente na dispersão, provocando sua evaporação. Nesta fase, a
contração do material é insignificante.
Dentre as etapas de conformação, a secagem é a mais crítica para corpos
cerâmicos, pois é durante esta fase que as amostras podem apresentar trincas ou
laminações, decorrentes das variações de volume. Nas proteínas utilizadas, o resultado
da perda de massa indicou que, entre ambas, o extrato possui uma maior probabilidade
de apresentar esses defeitos, em virtude do maior valor exibido. Fato idêntico foi
observado com a contração destes materiais, cujos resultados fornecidos permitiram
que as cerâmicas fossem retiradas com facilidade dos moldes que as continham.
107
A pré-sinterização apresentou valores significativos de perda de massa, o que é
perfeitamente justificável, pois há queima de material orgânico contido nas amostras.
Nesta fase, o maior valor exibido, pelas cerâmicas conformadas com extrato de soja,
possivelmente está relacionado à presença de aglomerados e/ou espumas incorporados
durante o processo de homogeneização.
Maior contração do material foi obtida na etapa de sinterização, em decorrência
da diminuição dos poros provocada pela maior coesão entre as partículas (densificação
por sinterização).
4.5 CARACTERIZAÇÃO DAS PROPRIEDADES FÍSICAS DAS CERÂMICAS
4.5.1 Massa específica e porosidade aparentes
Os valores de massa específica e porosidade aparentes, obtidos por meio do
princípio de Arquimedes, estão contidos, respectivamente, nas Tabelas 4.7 e 4.8,
confirmando a influência do aumento do percentual de sólidos e/ou de proteínas na
formação de poros. Observa-se pela análise dos valores contidos nestas Tabelas, e
conforme apresentado no Gráfico da Figura 4.16, que o aumento de porosidade
aparente foi relativamente superior na maioria das cerâmicas conformadas com 40%
de sólidos, respeitando a relação existente entre a proteína e sacarose.
Maiores quantidades de sólidos e, portanto, menores percentuais de líquido,
possibilitaram um aumento da viscosidade, com grande formação de espumas e
aglomerados. Nestas condições, as cerâmicas resultantes apresentaram uma maior
formação de poros.
108
Tabela 4.7 - Massa específica e porosidade aparentes das cerâmicas de TiO
2
conformadas com proteína texturizada de soja.
Sólidos (%) Material (%) Massa Específica e Porosidade Aparentes
Prot. Text. Sacarose A
A
(%) D.pad P
A
(%) D.pad
ñ
A
(g/cm
3
)
D.pad
40 60 40 3,75 0,18 12,71 0,52 3,40 0,03
40 70 30 4,80 0,49 15,29 1,41 3,12 0,04
40 80 20 5,74 0,19 17,92 0,55 3,12 0,03
40 90 10 5,87 0,37 18,01 1,02 3,07 0,04
40 100 0 15,52 0,42 37,97 0,62 2,45 0,03
35 60 40 3,28 0,52 11,18 1,52 3,42 0,08
35 70 30 4,77 0,09 15,21 0,06 3,19 0,05
35 80 20 7,36 2,11 21,48 5,04 2,94 0,16
35 90 10 4,94 0,30 15,66 0,80 3,17 0,03
35 100 0 6,27 2,04 18,92 5,28 3,04 0,15
Prot. Text. – Proteína Texturizada.
Tabela 4.8 - Massa específica e porosidade aparentes das cerâmicas de TiO
2
conformadas com extrato de soja.
Sólidos (%) Material (%) Massa Específica e Porosidade Aparentes
Extrato Sacarose A
A
(%) D.pad P
A
(%) D.pad
ñ
A
(g/cm
3
)
D.pad
40 60 40 4,67 0,44 14,89 1,32 3,19 0,07
40 70 30 6,97 0,18 20,23 0,47 2,90 0,01
40 80 20 7,02 0,91 22,28 2,20 3,18 0,08
40 90 10 3,55 0,13 12,69 1,52 3,57 0,29
35 60 40 1,50 0,01 5,62 0,01 3,75 0,01
35 70 30 1,72 0,03 6,41 0,11 3,73 0,01
35 80 20 5,01 0,03 16,16 0,06 3,23 0,01
35 90 10 3,79 0,03 12,82 0,23 3,38 0,03
35 100 0 2,31 0,07 8,39 0,22 3,64 0,01
.
109
60 70 80 90 100
4
8
12
16
20
24
28
32
36
40
40% Sólidos
35% Sólidos
Porosidade Aparente (%)
Proteína Texturizada (%)
(a)
60 70 80 90 100
4
8
12
16
20
24
28
32
36
40
40% Sólidos
35% Sólidos
Porosidade Aparente (%)
Extrato (%)
(b)
Figura 4.16 - Porosidade aparente das cerâmicas de TiO
2
conformadas com proteína
texturizada (a) e extrato de soja (b).
4.5.2 Rugosidade
A análise dos parâmetros R
a
(rugosidade média) e R
t
(rugosidade total), conforme
apresentados nas Tabelas 4.9 e 4.10 e Figura 4.17, indica que as cerâmicas
confeccionadas com extrato de soja possuem uma superfície mais rugosa quando
comparadas com as de proteína texturizada, ambas utilizando 40% de sólidos. Isso é
decorrente de imperfeições na superfície das cerâmicas, provocadas pela elevada
110
viscosidade que dificultou a colocação das dispersões em moldes. Com 35% de
sólidos, trabalhando-se com uma condição de viscosidade melhor, houve uma inversão
de comportamento, com o extrato passando a apresentar um acabamento superficial
um pouco mais regular que o exibido pela proteína texturizada.
Segundo Piorino Netto (1990), os defeitos de superfícies podem controlar de
forma efetiva a resistência mecânica de um material frágil. Esses defeitos, tais como
ranhuras, estrias, escamas e crateras, são provenientes do processo de fabricação,
podendo ocorrer, também, por modificações na superfície e por ação química ou
corrosão.
Tabela 4.9 - Rugosidades das amostras de TiO
2
conformadas com proteína texturizada
de soja.
Sólidos (%) Material (%) Rugosidade (µm)
Prot. Text. Sacarose R
a
D.pad R
t
D.pad
40 60 40 2,67 0,84 20,71 5,53
40 70 30 5,55 1,58 38,78 11,40
40 80 20 6,04 1,75 48,42 14,49
40 90 10 5,97 1,85 42,04 14,41
40 100 0 11,43 3,53 86,39 23,91
35 60 40 4,48 1,26 35,66 10,60
35 70 30 4,28 1,25 31,13 7,14
35 80 20 4,10 1,16 28,59 6,48
35 90 10 5,14 0,85 39,03 9,28
35 100 0 4,57 1,23 35,01 10,94
Prot. Text – Proteína Texturizada;
Tabela 4.10 - Rugosidades das amostras de TiO
2
conformadas com extrato de soja.
Sólidos (%) Material (%) Rugosidade (µm)
Extrato Sacarose R
a
D.pad R
t
D.pad
40 60 40 10,40 4,36 78,30 30,65
40 70 30 7,83 2,49 63,61 20,62
40 80 20 7,63 1,80 67,87 22,47
40 90 10 5,43 1,52 52,75 23,26
35 60 40 3,41 0,75 26,55 7,87
35 70 30 2,84 0,57 20,26 5,75
35 80 20 4,31 1,44 38,39 16,55
35 90 10 4,36 1,79 33,29 13,49
35 100 0 2,99 0,94 23,72 9,08
111
60 70 80 90 100
2
4
6
8
10
12
40% Sólidos
35% Sólidos
Rugosidade Média (µm)
Proteína Texturizada (%)
(a)
60 70 80 90 100
2
4
6
8
10
12
40% Sólidos
35% Sólidos
Rugosidade Média (µm)
Extrato (%)
(b)
Figura 4.17 - Rugosidade média das cerâmicas de TiO
2
conformadas com proteína
texturizada (a) e extrato de soja (b).
112
4.6 MICROSCOPIA ÓPTICA
4.6.1 Análise da microestrutura
As imagens apresentadas nas Figuras 4.18 a 4.21, obtidas por microscopia óptica,
ilustram a microestrutura das cerâmicas de TiO
2
conformadas com proteínas e
sacarose. Por intermédio dessas imagens, foi possível a determinação dos parâmetros
fração porosa e tamanho médio dos poros, cujos valores são fornecidos nas Tabelas
4.11 e 4.12. Observa-se uma estreita relação entre os resultados obtidos por
microscopia óptica e aqueles decorrentes da realização dos ensaios físicos. A
porosidade e a fração porosa – Figuras 4.16 e 4.22, respectivamente – tendem a
aumentar com maiores percentuais sólidos. Isso é decorrente da existência de maiores
quantidades de espumas e aglomerados ocasionados pelo aumento da viscosidade das
soluções, que originam “vazios” no processo de sinterização. No entanto, observa-se
uma tendência de redução do tamanho médio dos poros nas amostras conformadas
com maior percentual de sólidos, conforme pode ser observado na Figura 4.23. Isso
está relacionado com a geometria e possibilidade de interconexão apresentada pelos
poros.
113
(a) (b)
Figura 4.18 – Imagens representativas das amostras cerâmicas de TiO
2
conformadas
com 40% de sólidos, sendo 10% de agente ligante e elemento formador
de poros [60% de proteína texturizada (a) ou extrato (b)].
(a) (b)
Figura 4.19 - Imagens representativas das amostras cerâmicas de TiO
2
conformadas
com 35% de sólidos, sendo 10% de agente ligante e elemento formador
de poros [70% de proteína texturizada (a) ou extrato (b)].
114
(a) (b)
Figura 4.20 - Imagens representativas das amostras cerâmicas de TiO
2
conformadas
com 35% de sólidos, sendo 10% de agente ligante e elemento formador
de poros [80% de proteína texturizada (a) ou extrato (b)].
(a) (b)
Figura 4.21 - Imagens representativas das amostras cerâmicas de TiO
2
conformadas
com 35% de sólidos, sendo 10% de agente ligante e elemento formador
de poros [90% de proteína texturizada (a) ou extrato (b)].
115
Tabela 4.11 - Parâmetros microscópicos obtidos com amostras cerâmicas de TiO
2
conformadas com proteína texturizada de soja.
Sólidos (%) Material (%) Fração Porosa (%) Tam. Médio (µm
2
)
Prot. Text. Sacarose Média D.pad Média D.pad
40 60 40 68,30 9,78 1349,16 746,31
40 70 30 86,74 2,15 670,97 352,98
40 80 20 69,23 3,86 903,16 301,46
40 90 10 60,82 4,78 1185,63 336,45
40 100 0 75,02 6,10 642,18 216,40
35 60 40 29,08 6,84 1791,08 398,43
35 70 30 45,39 8,88 3397,66 1370,67
35 80 20 39,40 3,89 2089,58 504,39
35 90 10 37,56 4,49 3746,76 487,71
35 100 0 48,30 3,57 2696,39 1003,24
Prot. Text. = Proteína Texturizada.
Tabela 4.12 - Parâmetros microscópicos obtidos com amostras cerâmicas de TiO
2
conformadas com extrato de soja.
Sólidos (%) Material (%) Fração Porosa (%) Tam. Médio (µm
2
)
Extrato Sacarose Média D.pad Média D.pad
40 60 40 59,09 7,44 826,55 519,52
40 70 30 51,30 3,07 1531,50 401,54
40 80 20 46,09 6,19 4947,07 2484,13
40 90 10 21,14 4,13 3916,14 1904,92
35 60 40 36,40 20,85 995,81 472,35
35 70 30 27,54 4,76 1939,56 441,43
35 80 20 26,41 4,47 4712,07 2316,83
35 90 10 30,31 3,39 2327,66 659,91
35 100 0 23,89 7,77 1304,95 239,16
116
60 70 80 90 100
20
30
40
50
60
70
80
90
100
40% Sólidos
35% Sólidos
Fração Porosa (%)
Proteína Texturizada (%)
(a)
60 70 80 90 100
20
30
40
50
60
70
80
90
100
40% Sólidos
35% Sólidos
Fração Porosa (%)
Extrato(%)
(b)
Figura 4.22 - Fração porosa das cerâmicas de TiO
2
conformadas com proteína
texturizada (a) e extrato de soja (b).
117
60 70 80 90 100
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
40% Sólidos
35% Sólidos
Tamanho Médio dos Poros (µm
2
)
Proteína Texturizada (%)
(a)
60 70 80 90 100
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
40% Sólidos
35% Sólidos
Tamanho Médio dos Poros (µm
2
)
Extrato (%)
(b)
Figura 4.23 - Tamanho médio dos poros das cerâmicas de TiO
2
conformadas com
proteína texturizada (a) e extrato de soja (b).
A partir dos resultados obtidos com o ensaio de platina aquecida, foram
confeccionadas cerâmicas de TiO
2
contendo extrato de soja puro, e com estes
materiais acrescidos à sacarose, adotando-se a temperatura de gelatinização de 100º C.
Outras cerâmicas com idênticas composições, porém gelatinizadas à temperatura de
118
80º C, foram utilizadas com o intuito de comparar as propriedades e características
apresentadas em diferentes condições.
O Apêndice C apresenta detalhadamente os resultados dos ensaios físicos
realizados (massa específica aparente, porosidade aparente e rugosidades), além de
microscopia óptica para verificação da superfície das amostras.
119
5 CONCLUSÕES
As diferentes proteínas de soja, utilizadas como agente ligante e elemento
formador de poros, possibilitaram a conformação de peças cerâmicas em diferentes
percentuais de sólidos. Embora originárias da mesma matéria-prima, tanto o extrato
quanto a proteína texturizada de soja apresentaram características distintas e
particulares. A proteína texturizada, por exemplo, permitiu conformar cerâmicas em
vários percentuais de massa. Já no caso das amostras conformadas com o extrato de
soja, em alguns percentuais adotados, não houve possibilidade de execução da mistura
em virtude do aumento excessivo do carregamento sólido. Como resultado, a mistura
apresentou pouca homogeneização e a dispersão foi vertida com dificuldades nos
moldes.
No processo de desmoldagem, a utilização do óleo de canola mostrou-se tão
eficaz quanto a vaselina, com a vantagem de conferir aos corpos cerâmicos menores
quantidades de poros superficiais, provenientes das “bolhas” surgidas na interfase
molde-“corpo-rígido”. Além disso, sua utilização apresenta outras características
importantes, tais como: grande disponibilidade, baixo custo, facilidade de obtenção,
além de ser um produto não tóxico.
O estudo reológico possibilitou o conhecimento de peculiaridades do
comportamento mais definido do extrato de soja puro ou em presença de sacarose,
bem como o comportamento das soluções, quando submetidas a baixas e elevadas
taxas de cisalhamento. Esse estudo reforçou a influência da sacarose no processo de
diminuição das viscosidades.
As análises das imagens obtidas por microscopia óptica com platina aquecida
foram fundamentais, pois mostraram que o processo de gelatinização ocorre de forma
diferenciada para proteínas de origens variadas. Mesmo entre proteínas derivadas da
mesma matéria-prima, como a proteína texturizada e o extrato de soja, essa etapa
ocorre de forma distinta, indicando que cada proteína deve ter seu processo de
gelatinização analisado individualmente. São necessários, portanto, ajustes nesta fase,
uma vez que, ao serem adotadas as temperaturas sugeridas na literatura (80 ºC para as
120
proteínas de origem animal), as cerâmicas conformadas com proteínas de soja foram
retiradas sem a completa realização da gelatinização, como pôde ser observado no
referido ensaio.
Os resultados dos ensaios físicos realizados (massa específica aparente,
porosidade aparente e rugosidade) mostraram a influência do percentual de proteínas
na determinação das propriedades cerâmicas indicando, por exemplo, maiores
rugosidades e quantidades de poros para as amostras conformadas com maiores
percentuais de sólidos.
Na análise das imagens obtidas por microscopia óptica, observou-se uma maior
quantidade, e um formato irregular nos poros das cerâmicas conformadas com proteína
texturizada de soja.
Dentre as amostras conformadas, as contendo extrato de soja apresentam
características mais indicadas para desenvolvimento de cerâmicas destinadas a
possível uso como isolante térmico. Já as cerâmicas conformadas com proteínas
texturizadas, por serem mais “ramificadas” e com maior porosidade, apresentam
características indicadas para uso como filtros cerâmicos ou membranas.
A facilidade de manuseio, armazenamento, disponibilidade e custo tornam o
processo de conformação com proteínas de soja mais vantajoso quando comparado ao
que utiliza proteínas de origem animal.
Esse trabalho foi realizado com o objetivo de verificar e analisar as propriedades
exibidas pelas proteínas de soja quando utilizadas como elemento conformador e sua
possível aplicabilidade como elemento formador de poros em componentes cerâmicos.
Embora o processo seja ainda complexo, exigindo cuidados especiais, a utilização de
proteínas oferece um vasto campo de opções para o desenvolvimento de novos
trabalhos, envolvendo seus diferentes tipos e origens. Aliados a este fato, as proteínas
apresentam outras características importantes que lhes conferem maiores vantagens de
utilização, tais como: não toxicidade e não agressão ao meio ambiente.
121
6 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS
Ao longo do desenvolvimento deste trabalho, observou-se o comportamento e a
capacidade de conformação de dois tipos de proteínas de soja (texturizada e extrato).
Percebeu-se, de acordo com os resultados obtidos, que ambos apresentam
características que os habilitam para usos distintos; as proteínas texturizadas são mais
indicadas para filtros domésticos ou membranas, enquanto o extrato de soja apresenta
características mais adequadas para o desenvolvimento de cerâmicas destinadas a
isolantes térmicos. Para tanto, se faz necessário a realização de pesquisas mais
detalhadas, envolvendo os seguintes aspectos:
• Ajustes no processo de conformação dos corpos cerâmicos com o objetivo
de melhorar a homogeneização dos materiais, evitando o aparecimento de
bolhas de ar e aglomerados, que dificultam a execução dos processos
descritos. A utilização de um agente antiespumante e a desaeração são
necessários, uma vez que, ao reduzirem o aparecimento de espumas
diminuem os danos causados à amostra durante as etapas de secagem e
sinterização;
• Complementação do estudo mostrando a influência dos materiais que
compõem as proteínas de soja, nas propriedades das cerâmicas resultantes.
Com esse intuito, foi observada a influência dos íons Ca
2+
e Na
+
nas
propriedades das amostras;
• A partir dos resultados obtidos com diferentes percentuais, otimizar o teor
de sólidos, visando conferir as cerâmicas resultantes as características
necessárias para a sua utilização;
• Baseando-se no comportamento exibido pela sacarose no processo de
diminuição das viscosidades e nas características que o teor deste material
confere às cerâmicas resultantes, otimizar, também, o seu teor nas
dispersões cerâmicas;
• Conhecimento mais detalhado das propriedades reológicas dos materiais
utilizados (proteínas e sacarose), uma vez que o estudo apresentado neste
trabalho limitou-se aos parâmetros viscosidade e tensão de cisalhamento;
122
• Ampliar o conhecimento das propriedades das proteínas, através da
utilização de outros materiais, como por exemplo, as proteínas de origem
animal e vegetal, bem como, outros tipos de derivados de soja.
123
REFERÊNCIAS
AGROMIL – INFORMAÇÔES AGRONÔMICAS. Cultura da soja
Disponível em: <http://www.agromil.com.br/origemsoja.html>. Acesso em: 21
abr.2004.
ALBERNAZ, D.; PONTES, R. Geleificação. Florianópolis: Universidade Federal de
Santa Catarina, 2002. Trabalho apresentado na disciplina Processos da Indústria de
Alimentos, Departamento de Engenharia Química e Alimentos – EQA.
Disponível em: <http://www.inf.ufsc.br/~taciano/temp/GELEIFICAÇÃO.DOC>.
Acesso em: 15 dez. 2004.
AGÊNCIA NACIONAL DE VIGILÂNCIA SANITÁRIA - ANVISA. Legislação,
2004.
Disponível em: <http://www. anvisa.gov.br>. Acesso em: 21 out. 2004.
ARAÚJO, W. C. et al. Confiabilidade metrológica: um estudo de caso em reologia. In:
CONGRESSO BRASILEIRO DE METROLOGIA, 3., 2003. Recife. Anais... Recife:
Sociedade Brasileira de Metrologia (SBM), 2003.
Disponível em: <http://www.metrologia2003.org.br/atividades/ sessao_tematica>.
Acesso em: 20 jan. 2005.
ASSIS, R. de. Reologia de soluções de surfactantes e polímeros. Campinas:
UNICAMP, 2002, 6 p. Seminário apresentado na disciplina Físico-Química de
Soluções de Polímeros e Surfactantes.
Disponível em: <http://www.iqm.unicamp.br>. Acesso em: 12 jan. 2005.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE CERÂMICA – ABC. Cerâmica no Brasil –
Introdução. 2002.
Disponível em: <http://www.abceram.org.br/asp/abc_21.asp>. Acesso em: 20 out.
2004
124
BERK, Z. Technology of production of edible flours and protein products from
soybeans. Agricultural Services Bulletin, Israel, n. 97, 1992.
Disponível em: <http://www.fao.org/docrep/t0532e/t0532e02.htm>. Acesso em: 15
nov. 2004.
BOBBIO, F. O.; BOBBIO, P. A. Proteínas e aminoácidos. In: ___. Introdução à
química de alimentos. 2. ed. São Paulo: Livraria Varela, 1989. p. 71-108.
BOSCOLO, M. Sucrose: síntese e potencialidades de aplicações de alguns derivados
químicos de sacarose. Revista Química Nova, São Paulo, v. 26, n. 6, p. 906-912,
2003.
BOYD, R.; MORRISON, R. Aminoácidos e proteínas. In: ___. Química orgânica. 7.
ed. Lisboa: Fundação Calouste Gulbenkian, 1973. p. 1338-1374.
BUNGE ALIMENTOS. Samprosoy 90. Produtos cárnicos processados.
Disponível em:
<http://www.bungealimentos.com.br/industrial/produtos/SamprosoyCarnes.pdf>.
Acesso em: 21 abr. 2004
CABRAL, L. C.; CASTRO, F. C. Como fazer leite e farinha de soja. 21. ed.
Brasília: NUTEC, 1994. 23 p. (Fundação Núcleo e Tecnologia Industrial, 15).
CALLISTER, W. D. Estruturas e propriedades das cerâmicas. In: ___. Ciência e
engenharia de materiais: uma introdução. 5. ed. São Paulo: LTC, 2002. p. 265-287.
CAMPOS, E. de. Obtenção e análise de cerâmicas conformadas com amidos
comerciais. 2001. 170 f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) – Faculdade de
Engenharia do Campus de Guaratinguetá, Universidade Estadual Paulista,
Guaratinguetá. 2001.
125
CASTRILLO, F. M. P. Proteínas, 2004
Disponível em: <http://www. aula21.net>. Acesso em: 25 out. 2004.
CATÁLOGO Viscosímetro Brookfield. México: TWILIGHT, 2000.
Disponível em: <http://www.twilight.com.mx/BG/Visc/BF/Brookfield.htm>. Acesso
em: 21 jan. 2005.
COMISSÃO NACIONAL DE CANA DE AÇUCAR. Perfil econômico do setor
canavieiro. Disponível em: <http://www.cna.org.br/cana-de-açucar>. Acesso em: 25
out. 2004.
COMPANHIA NACIONAL DE ABASTECIMENTO - CONAB – Safra de grãos.
Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento.
Disponível em:
<http://www.conab.gov.br/download/Safra/4levantamentoPlantio.doc>. Acesso em: 21
dez. 2004.
CRUZ, T. G. da. Caracterização microestrutural de cerâmicas de TiO
2
por
microscopia óptica e processamento digital de imagens. 2003. 126 f. Dissertação
(Mestrado em Engenharia Mecânica) – Faculdade de Engenharia do Campus de
Guaratinguetá, Universidade Estadual Paulista, Guaratinguetá. 2003.
DANTAS, T. M.; FONTELES, L. V. Avanço da fronteira agrícola na Amazônia.
Programa de Desenvolvimento Sustentável no Nordeste e Norte do Brasil, 2004, 29 p.
Disponível em: <http://www.sustentavel.inf.br>. Acesso em: 16 jan. 2005.
DROS, J. M. Administrando os avanços da soja: dois cenários de expansão do
cultivo de soja na América do Sul. Amsterdã: WWF (World Wildlife Fund), 2004, 73
p.
Disponível em: <http://www.panda.org/downloads/forests/>. Acesso em: 16 jan. 2005.
126
ENCYCLOZINE eletronic encyclopedia. Titanium, 1998.
Disponível em: <http://www.encyclozine.com/titanium>. Acesso em: 01 set. 2005.
EMPRESA BRASILEIRA DE PESQUISA AGROPECUÁRIA – EMBRAPA. Soja
na alimentação.
Disponível em: <http://www.cnpso.embrapa.br/soja_alimentacao/>. Acesso em: 21
abr. 2004.
FOOD BIOTECH COMMUNICATION INITIATIVE - FBCI. Soja: pequenos grãos
com múltipla utilidade. p. 1-4. In: Artigo traduzido pelo Conselho de Informações
Sobre Biotecnologia.
Disponível em: <http://www.cib.org.br/pdf/fbci09port.pdf>. Acesso em: 16 nov. 2004.
FERNANDES, I. G. SOJA, 1996.
Disponível em: <http://www.geocities.com/HotSprings/4224/Soja.html>. Acesso em:
08 set. 2004.
FISHER SCIENTIFIC INTERNATIONAL. Catálogos de produtos. Pittsburgh:
Fisher Chemical, 2003.
FUJI, M.; TAKAHASHI M. Sinthesis and fabrication of inorganic porous
materials: from nanometer to millimeter sizes. Nagoya: Institute of Thechnology,
2002. 14 p.
GALLO, L., A. Aminoácidos. São Paulo: Escola Superior da Agricultura Luiz de
Queiroz. 2004. 41 p. Programa teórico/prático.
Disponível em: <http://www.ciagri.usp.br/~luagallo/AMINOACIDOSPROT.htm>.
Acesso em: 16 nov. 2004.
127
GARIB, C. C. Alimentação balanceada: uma proposta alternativa da merenda
escolar. 2002. 93 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Produção) -
Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis. 2002.
GERMAN, R. M. Powder Metallurgy Science. 2nd. ed. Princeton: Metal Powder
Industries Federation, 1994. 472 p.
GIORDONO, R. S. Competitividade regional e globalização. 1999. 249 f. Tese
(Doutorado em Geografia) - Faculdade de Filosofia, Letras e Ciências Humanas,
Universidade de São Paulo, São Paulo. 1999.
GOUVÊA D.; MURAD, B. B. S. Influência das características ácido-básicas da
superfície dos óxidos na estabilidade de suspensões cerâmicas de AL
2
O
3
ou SnO
2
com
dispersantes comerciais. Revista Cerâmica, São Paulo: v. 47 n. 301, p. 51-52, 2001.
GUERREIRO, A.; BANNWART, S. C. Dióxido de titânio. Campinas: Universidade
Estadual de Campinas, 2000. 8 p.
HIKARI. Linha de produtos.
Disponível em: <http://www.hikari.com.br>. Acesso em: 23 ago. 2004.
HOTZA, D. Sinterização: processamento de materiais cerâmicos. Florianópolis:
Universidade Federal de Santa Catarina, 2001. Curso ministrado na disciplina
Processos de Engenharia de Materiais 1.
Disponível em:
<http://www.materiais.ufsc.br/disciplinas/EQA5741/Aulas/PEMI_1%20sinrterização>
. Acesso em: 21 dez. 2004.
INSTITUTO DE FÍSICA - IF. Universidade Federal do Rio de Janeiro. TITÂNIO.
Disponível em: <http://www.if.ufrj.br/teaching/elem/e02200.html>. Acesso em: 21
dez. 2004.
128
KINGERY, W. D.; BOWEN, H. K.; UHLMANN, D. R. Ceramic processes and
products. In: ___. Introduction to ceramics. 2nd. ed. New York: John Wiley & Sons,
1976, p. 6-20.
KROGT, P. van der. Titanium. Elementymology e elimines multidict. 1999. 117 p.
Disponível em: <http://www.vanderkrogt.net/elements/elem/ti.html>. Acesso em: 20
out. 2004.
LAJOLO, F.; TIRAPEGUI, J. Proteínas. 2005. 4 p.
Disponível em: <http://geocities.yahoo.com.br/anutricao/proteinas.htm>. Acesso em:
25 jul. 2005.
LIMA, S. C; LOPES E. S.; LEMOS, E. G. M. Caracterização de rizóbios e
produtividade da soja. Revista Scientia Agrícola, Piracicaba, v. 55, n. 3, p. 360-366,
1998.
LYCKFELDT, O.; BRANDT, J.; LESCA, S. Protein forming – a novel shaping
technique for ceramics. Journal of European Ceramic Society, Oxford, v. 19, p.
2551-2559, 2000.
LYCKFELDT, O.; FERREIRA, J. M. Processing of porous ceramics by “Starch
Consolidation”. Journal of European Ceramic Society, Oxford, v. 18, p. 131-140,
1998.
MAIA, A. Titânio In: Relatório Ministério de Minas e Energia. Sumário mineral
2004. Brasília: 2004. v. 24. p. 7-33.
Disponível em:
<http://www.dnpm.gov.br/enportal/assets/galeriaDocumento/SumarioMineral2004/Tit
ânio>. Acesso em: 21 dez. 2004.
129
MARINELLI, P. S. et al. Emprego de amidos de milho catiônico comum e híbrido
como auxiliares de coagulação/floculação. In: CONGRESSO INTERAMERICANO
DE INGENIERIA SANITARIA Y AMBIENTAL, 27., 2000. Porto Alegre. Trabajos
Tecnicos... Porto Alegre: AIDIS/ABES, 2000.
Disponível em: <http://www.ciplima.org.pe/sanitaria/xxvii_con/tema02/ii-027.
Acesso em: 21 dez. 2004.
MAZARIEGOS, R. H. Biomoléculas. Facultad de Ciências Médicas de La
Universidad de San Carlos de Guatemala. Portal químico. Guatemala: 2004.
Disponível em: <http://www.medicina.usac.edu.gt/quimica/biomol/prot2.htm>.
Acesso em: 17 nov. 2004.
MINATTI, J. L. et al. Caracterização de cerâmicas de alumina produzidas com extrato
líquido de casca de beterraba. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE CERÂMICA, 48.,
2004. Curitiba. Anais... Curitiba: ABECERAM, 2004, p.120801-120810.
MITUTOYO, Suftest 301. Rugosidade superficial uma abordagem prática. In: Manual
rugosímetro, 1994, p. 6-31.
MUNIZ, Y. C. N. A estrutura terciária das proteínas. Ribeirão Preto: 2001.
Seminário apresentado na disciplina Tópico, 3. Curso de Pós-Graduação da
Universidade de São Paulo, Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto, Departamento
de Genética, 2001, 10 p.
NELSON, D. L.; COX, M. Structure and catalysus. In: ___. Lehninger principles of
biochemistry 3th. ed. New York: Worth Polishers, 2000. p. 113 - 485.
NORTON, F. H. Barbotinas. In: ___. Introdução a tecnologia cerâmica. São Paulo:
Edgard Blucher. 1973. p. 121-130.
130
NOTTA, H. de. Introducción a la Reología. Escuela de formuladores de pinturas.
Buenos Aires: Sociedad Argentina de Tecnólogos em Recuebrimentos - SATER.
2004. 12 p.
Disponível em: <http://www.sater.org.ar/Art.%20de%20De%20Notta.htm>. Acesso
em: 18. dez. 2004.
OLIVEIRA, E. E. M. Estudo de sinterização e análise microestrutural de alumina-
carbeto de boro (Al
2
O
3
– B
4
C). 1995. 99 f. Dissertação (Mestrado na Área de
Concentração em Tecnologia Nuclear) – Instituto de Pesquisas Energéticas e
Nucleares – Universidade de São Paulo, São Paulo. 1995.
ORTEGA, F. S. et al. Defloculação e propriedades reológicas de suspensões de
alumina estabilizadas com dispersantes poliacrílicos. Revista Cerâmica Industrial,
São Paulo, v. 2, n. 5/6, p. 35, 1997a.
ORTEGA, F. S. et al. Aspectos da reologia e da estabilidade de suspensões cerâmicas
parte III: mecanismo de estabilização de suspensões com alumina. Revista Cerâmica
Industrial, São Paulo, v. 43, n. 281/282, p. 112 – 113, 1997b.
PALLONE, E. M. J. A. Sinterização de compósitos de matriz cerâmica de alumina
e alumina-zircônia com inclusões metálicas de níquel e nióbio. 1995. 125 f. Tese
(Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais) – Centro de Ciências Exatas e
Tecnologia – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos. 1995.
PANDOLFELLI, V. C. et al. Dispersão e empacotamento de partículas: princípios e
aplicações com processamento cerâmico. São Paulo: Fazendo Arte Editorial, 2000, p.
9 - 12.
PAULA, S. R. de; FAVERET FILHO, P. Panorama do complexo soja. Rio de
Janeiro: BNDES, 1998, 35 p.
131
Disponível em: <http://www.bndes.gov.br/conhecimento/bnset/set804.pdf>. Acesso
em: 17 nov. 2004.
PENNA, A. L. B. Hidrocolóides – usos em alimentos. Revista Food Ingredients.
Caderno de tecnologia de alimentos & bebidas. São Paulo: p. 58-64, 2002. Disponível
em: <http://www.revistafi.com.br/Main/revistas/ed_17/p&d/p&d.htm>. Acesso em:
18. abr. 2004.
PIORINO NETTO, F. Sobre as variáveis que afetam a avaliação do módulo de
ruptura em ensaios de flexão. 1990. 153 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia dos
Materiais) Universidade Federal de São Carlos. São Carlos, 1990.
PRACIANO, C. Saúde e bem-estar.
Disponível em: <http://www.alteza.com.br>. Acesso em: 19 dez. 2004.
QUÍMICA AMTEX. Método analítico para la determinación de viscosidades com
viscosímetros Brookfield. Documento nº. CK- G02. México: 2004. 4 p.
Disponível em: <http://www.amtex.com.mx/docs/AMTEX-Brookfield.pdf>. Acesso
em: 18 dez. 2004.
READ, H. O Significado da arte. Portugal: Ulisseia, 1968, p 27-28.
RENKEMA, J. M. S. Formation, struture and rheological properties of soy protein
gels. 2001. 135 f. Tese (Doutorado na Área de Processamento de Alimentos Naturais)
- Wageningen Universiteit, the Netherlands. 2001.
RIBEIRO JUNIOR, W. A. Grécia antiga: as formas cerâmicas. São Carlos. 1997.
Disponível em: <http://www.greciaantiga.org>. Acesso em: 16 set. 2004.
ROCHA, B. O corpo humano.
132
Disponível em: <http://www.corpohumano.hpg.ig.com.br/generalidades/química>.
Acesso em: 23 ago. 2004.
RUSSEL, J. B. Soluções aquosas: equilíbrio ácido-base. In: ___. Química geral. 2 ed.
São Paulo: Makron Books, 1994. v. 2. p. 722-785.
SANTANA, J. G. A. et al. Caracterização de cerâmicas de TiO
2
conformadas por
consolidação com proteína comercial de soja. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE
CERÂMICA, 48., 2004. Curitiba. Anais... Curitiba: ABECERAM, 2004a, p. 120701-
120712.
SANTANA, J. G. A. et al. Featuring of TiO
2
ceramic formed by commercial protein
consolidation in different gelling conditions. In: ENCONTRO DA SBPMat, 3., 2004.
Foz de Iguaçu. Anais… Foz de Iguaçu: 2004b, p. 353.
SANTOS, F. de P. Desenvolvimento de cerâmicas de dióxido de titânio para
utilização como biomaterial. 2002. 119 f. Tese (Doutorado em Engenharia
Mecânica) – Faculdade de Engenharia do Campus de Guaratinguetá, Universidade
Estadual Paulista, Guaratinguetá. 2002.
SANTOS, F. P. et al. Superficial modification in TiO
2
and Al
2
O
3
ceramics. In:
ENCONTRO DA SBPMat., 2002. Rio de Janeiro. Anais... Rio de Janeiro: 2002. v. 1,
p. 239.
SHAW, D. J. Introdução à química dos colóides e de superfícies. São Paulo: Edgard
Blucher, 1975. 185 p.
SILVA, A. G. P. da; ALVES JÚNIOR, C. A Sinterização rápida: sua aplicação,
análise e relação com as técnicas inovadoras de sinterização. Revista Cerâmica
Industrial, São Paulo, v. 44, n. 290, p. 225-232, 1998.
133
SILVA G. A. B. da; VERNILLI, JUNIOR. F., RIBEIRO, S. Comportamento de
diversos defloculantes nas propriedades reológicas da alumina (Al
2
O
3
). In: CBC-
CONGRESSO BRASILEIRO DE CERÂMICA, 45., 2001. Florianópolis. Anais...
Florianópolis: ABECERAM, 2001, p. 901-910.
SILVA, F. de A. Aplicação das técnicas de processamento digital de imagens na
caracterização de materiais. 1996. 256 f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica)
– Universidade Estadual de Campinas, Campinas, 1996.
SOLOMONS, T. W. G.; FRYHLE, C., B. Aminoácidos e proteínas. In: ___. Química
orgânica 2. 7. ed. São Paulo: LTC. 2002. p. 397-437.
STREETER, V. L. Propriedade dos fluidos e definições. In: ___. Mecânica dos
fluidos. São Paulo: McGraw-Hill, 1974. p. 3-16.
TARI, G. Advances in colloidal processing of alumina. 1999. 127 f. Tese
(Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais) – Departamento de Engenharia
Cerâmica e do Vidro, Universidade de Aveiro, Aveiro, 1999.
TEIXEIRA, C. G. A Soja na alimentação humana.
Disponível em: <http://www.vegetarianismo.com.br/artigos/soja1.html>. Acesso em:
20 nov. 2004.
THE SOLAE COMPANY. Fundamentos da soja.
Disponível em: <http://www.solae.com.br>. Acesso em: 16 out. 2004.
VAN VLACK, L. H. Produtos cerâmicos: conformação. In: ___. Propriedades dos
materiais cerâmicos. São Paulo: Edgard Blucher, 1973. p. 211-241.
VASCONSELOS, W. L. Descrição da permeabilidade em cerâmicas porosas.
Cerâmica, São Paulo: v. 43, n. 281-282, p. 120-123, 1997.
134
VÍNICIUS, M. Proteínas. Porto Alegre: apostilha curso universitário.
Disponível em: <http://www.universitario.com.br>. Acesso em: out. 2004.
WEI, C. et al. Bactericidal activity of TiO
2
photocatalyst in aqueous media: toward a
solar-assisted water disinfection system. Environment Science Technology, v. 28, n.
5, p. 934-938, 1994.
YAN, M. F. Solid-state sintering. In: Engineered materials handbook: Ceramics and
glasses. Ohio: ASM, 1991. v. 4, p. 270-284.
YOKI Alimentos.
Disponível em: <http://www.yoki.com.br>. Acesso em: 19 abr. 2004.
135
APÊNDICE A - Reômetros
Reômetros são equipamentos que medem parâmetros reológicos, tais como:
viscosidade, tensão e taxa de cisalhamento de um determinado fluido. Estes
equipamentos permitem a medição da viscosidade por dois métodos. O primeiro, por
meio da variação da deformação (velocidade de cisalhamento) com medição da tensão
resultante. Neste caso, diz-se que o instrumento é de deformação controlada, sendo o
mais comumente utilizado. O segundo método permite aplicar uma tensão controlada
com medição da deformação resultante. Estes são mais modernos e utilizados para
medições a baixas velocidades de cisalhamentos (NOTTA, 2004).
Os reômetros podem ser encontrados em várias geometrias: cone e placa ou cone
e prato, pratos paralelos, cilindros concêntricos, capilares, etc. Cada um possui
características próprias e são utilizados de acordo com a área, o produto e os
parâmetros a serem medidos (SHAW 1975; ASSIS, 2002: NOTTA, 2004). Em
comum, estes modelos possuem a possibilidade de utilização de uma velocidade de
cisalhamento constante e variada.
A Figura A.1 apresenta a geometria dos reômetros comumente utilizados.
Figura A.1 - Tipos de reômetros comumente utilizados (NOTTA, 2004).
No estudo das propriedades reológicas das soluções adotadas nesse trabalho, foi
utilizado um reômetro rotacional de cilindros concêntricos, razão pela qual serão
brevemente mencionados os demais equipamentos citados.
Os reômetros de cone e placa ou cone e prato permitem manter a velocidade de
cisalhamento uniforme por toda a amostra (SHAW, 1975; NOTTA, 2004). São
Cone e Prato
Pratos Paralelos Cilindros Concêntricos Capilar
136
particularmente úteis no estudo de materiais que apresentam elevada viscosidade
(SHAW, 1975). Os de pratos paralelos, ao contrário dos de cone e placa, apresentam
uma variação da velocidade de cisalhamento na direção radial (NOTTA, 2004).
Ambos apresentam problemas relacionados com os efeitos de borda causados por suas
respectivas geometrias. Estes problemas provocam distorções nas medições da
viscosidade, sendo mais acentuados no reômetro de cone e placa. Por isso, este deve
ter sua utilização limitada a baixas e médias velocidades de cisalhamento (0,1 a 1000
s
-1
), enquanto os de pratos paralelos podem alcançar velocidades maiores (20.000 a
30.000 s
-1
) (NOTTA, 2004).
Os reômetros de cilindros concêntricos permitem a obtenção de uma velocidade
de cisalhamento aproximadamente uniforme ao longo de toda a amostra, criando-se
por forças tangenciais, um filme delgado de líquido entre os dois cilindros. Essa
uniformidade é dependente da distância existente entre estes cilindros. Quando
pequena, a velocidade de cisalhamento é considerada uniforme (SHAW, 1975;
NOTTA, 2004). Neste tipo de reômetro, a tensão de cisalhamento pode ser medida de
dois modos diferentes: por meio do giro (ou oscilação) do cilíndro externo, a uma
velocidade constante, sendo a tensão de cisalhamento medida em termos de deflexão
do cilindro interno, ou por meio do giro (ou oscilação) do cilíndro interno,
permanecendo estacionário o cilindro externo, medindo-se a resistência oferecida ao
cilindro móvel (SHAW, 1975). A velocidade de cisalhamento permitida com este tipo
de equipamento é muito ampla, variando de 0,01 a 100.000 s
-1
(NOTTA, 2004).
137
APÊNDICE B - Processamento de imagens utilizando o ImageJ
B.1 AQUISIÇÃO DAS IMAGENS
Para melhor análise das imagens, visando à identificação e estudo das
características dos poros, foram obtidos vinte campos diferentes de cada peça.
Em função do tamanho dos poros, utilizou-se, também, o estereoscópio Leica
GZ6 (ampliação de 20 vezes), microscópio Neophot 30 (ampliação de 8 vezes) e os
softwares Imagem-Pro Express para captura das imagens e ImageJ para processamento
e análises quantitativas das mesmas.
A Figura B.1 apresenta as imagens de amostras conformadas com TiO
2
e
sacarose contendo respectivamente extrato (a) e proteína texturizada de soja (b).
(a) (b)
Figura B.1 - Imagens das superfícies de amostras de TiO
2
e sacarose contendo,
respectivamente, extrato (a) e proteína texturizada de soja (b), obtidas
com estereoscópio Leica GZ6.
Poro
Poro
138
B.2 PRÉ-PROCESSAMENTO DAS IMAGENS
B.2.1 Análise do histograma das imagens
O histograma representa a freqüência relativa de ocorrência dos vários níveis de
cinza na imagem considerada (SILVA, 1996).
A Figura B.2 apresenta o histograma de uma imagem com baixo contraste, em
que se observa a concentração de níveis de cinza numa pequena faixa de distribuição
(SILVA, 1996; CRUZ, 2003).
(a) (b)
Figura B.2 - Histograma de amostras de TiO
2
e sacarose contendo, respectivamente,
extrato (a) e proteína texturizada de soja (b).
B.2.2 Equalização do contraste da imagem
A equalização do contraste é utilizada com a finalidade de tornar os níveis de
brilho com a mesma freqüência na imagem. Isto ocorre por meio de uma distribuição
uniforme de luminosidade, em toda a sua faixa de amplitude.
A Figura B.3 mostra o contraste das amostras cerâmicas de TiO
2
e sacarose,
contendo, respectivamente, extrato (a) e proteína texturizada de soja (b), enquanto a
Figura B.4 apresenta a equalização do histograma destas amostras.
139
(a) (b)
Figura B.3 - Contraste das amostras de TiO
2
e sacarose contendo, respectivamente,
extrato (a) e proteína texturizada de soja (b).
(a) (b)
Figura B.4 - Equalização do histograma das amostras de TiO
2
e sacarose contendo,
respectivamente, extrato (a) e proteína texturizada de soja (b).
B.3 SEGMENTAÇÃO
As técnicas para segmentação (separação) têm por objetivo a identificação dos
objetos de interesse presentes na imagem (SILVA, 1996). Para facilitar o
procedimento de visualização dos poros, foram utilizadas diferentes cores para os
objetos.
A Figura B.5 mostra a separação nítida entre poros (vermelhos) e fundo (branco)
das amostras de TiO
2
, sacarose e, respectivamente, extrato (a) e proteína texturizada de
soja (b).
140
(a) (b)
Figura B.5 - Segmentação da imagem de uma amostra de TiO
2
sacarose e,
respectivamente, extrato (a) e proteína texturizada de soja (b).
B.3.1 Limiarização
Essa técnica faz uma conversão de uma imagem em níveis de cinza em uma
imagem binária (Threshold), por meio da adoção de um ponto (limiar) contido no seu
histograma. Desse modo, para os pixels com níveis de cinza menores ou iguais a esse
ponto, é atribuído valor “0” (preto). Caso contrário é atribuído o valor “255” (branco)
(SILVA, 1996).
A Figura B.6 fornece o resultado da limiarização da imagem da amostra de TiO
2
e sacarose contendo, respectivamente, extrato (a) e proteína texturizada de soja (b).
(a) (b)
Figura B.6 - Limiarização da imagem de uma amostra de TiO
2
e sacarose contendo,
respectivamente, extrato (a) e proteína texturizada de soja (b).
141
B.4 ANÁLISE DAS IMAGENS
B.4.1 Calibração das imagens
Antes de proceder a indicação do tamanho médio dos poros, a imagem foi
calibrada.
A Figura B.7 fornece a calibração da imagem de uma amostra de TiO
2
, sacarose e
extrato de soja.
Figura B.7 - Calibração da imagem de uma amostra de TiO
2
,
sacarose e extrato de
soja. Para maior precisão na indicação do tamanho médio dos poros,
definiu-se uma nova escala (em cm), localizada na parte inferior direita.
B.4.2 Cálculo dos parâmetros tamanho médio dos poros e fração porosa
Em função da quantidade de ruído existente e para evitar que durante a
determinação do tamanho médio dos poros fossem computados como parte integrante
da imagem, foi atribuído um valor numérico para dimensão da matriz que identificaria
os poros. Foram testados vários valores (10, 20 e 25 pixels), sendo observados seu
efeito na contagem dos objetos. Para cada valor atribuído, era realizada uma
comparação visual com a imagem original, para a escolha da dimensão da matriz.
Adotou-se o valor mínimo de 50 pixels por ser o valor de menor interferência na
contagem dos poros.
142
Uma avaliação é dita global, quando inclui aspectos relativos à imagem inteira,
como por exemplo, a fração porosa, cujos valores foram determinados a partir do
histograma de cada imagem analisada, considerando-se esta, com as características
reais apresentadas. Já a avaliação específica, inclui os parâmetros relativos aos objetos
de forma individual, dentre os quais se incluem o tamanho médio dos poros. Este
parâmetro foi obtido por meio do estudo individual das imagens, sendo seu resultado
apresentado em forma de tabela, e fornecido pelo software utilizado (ImageJ).
Matematicamente o tamanho médio dos poros é calculado por meio da seguinte
expressão:
Qporos
Área
Tm =
Em que;
=
Tm Tamanho médio dos poros (cm
2
)
=Área Área total da imagem (cm
2
)
=
Qporos
Quantidade de poros presente na imagem.
143
APÊNDICE C - Conformação de cerâmicas em diferentes
temperaturas de gelatinização
Adotando-se a temperatura indicada pelo ensaio de microscopia óptica com
platina aquecida (100 ºC) e objetivando analisar e comparar o comportamento das
cerâmicas resultantes, nesta condição de gelatinização, foram confeccionadas peças
cerâmicas de TiO
2
com 35% de sólidos, nas seguintes composições: 10% de elemento
ligante [ 60% de extrato de soja e 40% de sacarose] e 10% de elemento ligante [100%
de extrato de soja].
Além da etapa de gelatinização, a conformação das peças cerâmicas obedeceu às
seguintes fases de processamento: secagem, pré-sinterização e sinterização, nas
mesmas condições adotadas para as cerâmicas conformadas anteriormente. A
caracterização das peças cerâmicas constou de medidas de rugosidade superficial,
porosidade e massa específica aparentes, além da verificação por meio da microscopia
óptica. Os resultados obtidos são apresentados, respectivamente, nas Tabelas C.1 e
C.2. A análise dos valores contidos em ambas indica que as cerâmicas gelatinizadas à
temperatura de 100 ºC apresentaram maiores rugosidades (indicativo de maiores
defeitos ou imperfeições na sua superfície), bem como maiores porosidades,
decorrentes de elevada queima de material orgânico, o que propiciou uma maior
quantidade de poros após sinterização.
Tabela C.1 - Resultados dos ensaios de rugosidades das cerâmicas de TiO
2
conformadas com extrato de soja, em diferentes temperaturas de
gelatinização.
Gelatinização (ºC) Sólidos (%) Material (%) Rugosidade (µm)
Extrato Sacarose R
a
D.pad R
t
D.pad
80 35 60 40 3,41 0,75 26,55 7,87
100 35 60 40 6,23 3,32 62,91 24,79
80 35 100 0 2,99 0,94 23,72 9,08
100 35 100 0 4,36 3,19 40,10 23,58
144
Tabela C.2 - Resultados dos ensaios de porosidade e massa específica aparentes das
cerâmicas de TiO
2
conformadas com extrato de soja, em diferentes
temperaturas de gelatinização.
Gelatinização (ºC) Sólidos (%) Material (%) Porosidade e Massa Específica Aparentes (%)
Extrato Sacarose A
A
(%) D.pad P
A
(%) D.pad ñ
A
(g/cm
3
) D.pad
80 35 60 40 1,50 0,01 5,62 0,01 3,75 0,01
100 35 60 40 2,32 0,07 8,57 0,22 3,70 0,21
80 35 100 0 2,31 0,07 8,39 0,22 3,64 0,01
100 35 100 0 2,88 0,25 10,01 0,73 3,48 0,05
A Figura C.1 apresenta imagens da superfície das cerâmicas de TiO
2
conformadas, respectivamente, com extrato de soja e sacarose e extrato de soja puro
quando submetidas à etapa de gelatinização à temperatura de 80 ºC. Já a Figura C.2
apresenta as superfícies das cerâmicas compostas pelos mesmos materiais, mas,
submetidas à gelatinização a 100 ºC. Observa-se, nesta condição, a existência de
porosidade e rugosidade maiores, ratificando os resultados apresentados pelos ensaios
físicos anteriormente descritos.
(a) (b)
Figura C.1 - Imagens apresentando as cerâmicas de TiO
2
conformadas,
respectivamente, com extrato de soja e sacarose (a) e extrato puro
(b), quando submetidas a geltinização à temperatura de 80 ºC.
145
(a) (b)
Figura C.2 - Imagens apresentando as cerâmicas de TiO
2
conformadas,
respectivamente, com extrato de soja e sacarose (a) e extrato puro
(b), quando submetidas a gelatinização à temperatura de 100º C.
Livros Grátis
( http://www.livrosgratis.com.br )
Milhares de Livros para Download:
Baixar livros de Administração
Baixar livros de Agronomia
Baixar livros de Arquitetura
Baixar livros de Artes
Baixar livros de Astronomia
Baixar livros de Biologia Geral
Baixar livros de Ciência da Computação
Baixar livros de Ciência da Informação
Baixar livros de Ciência Política
Baixar livros de Ciências da Saúde
Baixar livros de Comunicação
Baixar livros do Conselho Nacional de Educação - CNE
Baixar livros de Defesa civil
Baixar livros de Direito
Baixar livros de Direitos humanos
Baixar livros de Economia
Baixar livros de Economia Doméstica
Baixar livros de Educação
Baixar livros de Educação - Trânsito
Baixar livros de Educação Física
Baixar livros de Engenharia Aeroespacial
Baixar livros de Farmácia
Baixar livros de Filosofia
Baixar livros de Física
Baixar livros de Geociências
Baixar livros de Geografia
Baixar livros de História
Baixar livros de Línguas
Baixar livros de Literatura
Baixar livros de Literatura de Cordel
Baixar livros de Literatura Infantil
Baixar livros de Matemática
Baixar livros de Medicina
Baixar livros de Medicina Veterinária
Baixar livros de Meio Ambiente
Baixar livros de Meteorologia
Baixar Monografias e TCC
Baixar livros Multidisciplinar
Baixar livros de Música
Baixar livros de Psicologia
Baixar livros de Química
Baixar livros de Saúde Coletiva
Baixar livros de Serviço Social
Baixar livros de Sociologia
Baixar livros de Teologia
Baixar livros de Trabalho
Baixar livros de Turismo
