ÁREA: Iniciação Científica
TÍTULO: ESTUDO DA HIDRÓLISE ÁCIDA DAS FIBRAS DE CELULOSE DE CAROÇO DE MANGA PARA PRODUÇÃO DE WHISKERS.
AUTORES: HENRIQUE, M.A. (UFU) ; PAULITSCH, E. (UFU) ; RODRIGUES FILHO, G. (UFU) ; PASQUINI, D (UFU) ; VIEIRA, J.G. (UFU)
RESUMO: Este trabalho descreve o estudo da hidrólise das fibras de celulose de caroço de manga com a finalidade de se obter como produto final uma solução com nanocristais de celulose, ou whiskers. As condições de hidrólise aqui estudadas foram realizadas com ácido sulfúrico 6,5M, variando-se os tempos de hirólise de 20 a 60 minutos e temperaturas de 50 e 60ºC. As fibras utilizadas na hidrólise foram previamente purificadas.Os produtos da hidrólise foram análisados quanto ao rendimento e por análises de raios-x para verificação da cristalinidade do material resultante. Observou-se um aumento da cristalinidade e diminuição do rendimento com o aumento do tempo de hidrólise e aumento da temperatura. As condições aqui estudadas não foram suficientes para obter os whiskers.
PALAVRAS CHAVES: : caroço de manga, hidrólise ácida, whiskers
INTRODUÇÃO: Com o crescente interesse em se produzir produtos que sejam renováveis, limpos e de baixo impacto ambiental o interesse nos biopolímeros tem aumentado vertiginosamente movido por diversos fatores, tais como o aumento do preço do petróleo, as preocupações com o aquecimento global e questões ambientais relacionadas à disposição final dos materiais sintéticos. Partindo desse princípio, vê-se um crescente investimento em pesquisas que explorem materiais limpos para a produção de diversos materiais derivados de petróleo, como os polímeros (GANDINI, 2008). Atualmente, biopolímeros podem ser obtidos a partir de fontes vegetais, da fauna marinha e de atividades microbianas, porém o mais utilizado e onde se concentram a maior parte das pesquisas é o de fonte vegetal, que é rico em celulose, hemicelulose, lignina entre outros. A celulose e as hemiceluloses são polissacarídeos que apresentam diferentes composições monoméricas e arranjos moleculares. A celulose é formada pela união de unidades de celobiose (dímero da glicose), e apresenta cadeias não ramificadas com elevados valores de grau de polimerização e alta cristalinidade. A partir de processos de hidrólise é possível isolar a fração cristalina da celulose, em forma de nano partículas cristalinas que são chamadas de “whiskers”. Estas partículas nanométricas podem ser utilizadas como reforço em matrizes poliméricas, produzindo compósitos com melhores propriedades mecânicas, além do material resultante ser transparente (DUFRESNE, 2008). Neste trabalho, foi estudado a hidrólise das fibras de celulose de caroço de manga, para obtenção de whiskers, que é uma alternativa de valorização da biomassa e do resíduo agroindustrial em questão.
MATERIAL E MÉTODOS: As fibras de celulose obtidas a partir de caroço de manga, foram inicialmente moídas e purificadas através da remoção de lignina seguida por branqueamento das fibras. A remoção de lignina foi realizada através da lavagem das fibras moídas com solução de NaOH 2% sob refluxo por um período de 4 horas. Após este período a solução foi filtrada e as fibras foram lavadas até neutralidade. Repetiu-se o procedimento por 3 vezes. As fibras obtidas foram então submetidas a um processo de braqueamento tratando-se as fibras com uma mistura 50/50 (v/v) de clorito aquoso (NaClO2) e tampão de ácido acético, a 80°C por 6 horas. Após este período a solução doi filtrada e as fibras foram lavadas até neutralidade. Repetiu-se o procedimento mais 1 vez. Após o tratamento as fibras foram secas a 40°C por 24 horas. O material resultante foi denominado de fibra purificada. A eficiência do processo de purificação foi avaliado através da determinação dos teores de lignina, antes e após a purificação, pelo método Klason, e por análise de FTIR.
As fibras purificadas foram submetidas ao processo de hidrólise ácida, empregando-se solução de H2SO4 6,5M. Empregou-se 5% de fibras purificadas em relação à solução de ácido. As hidrólises foram realizadas em duas temperaturas diferentes (50ºC e 60ºC), e os tempos de hidrólise foram 20, 40 e 60 minutos. Após as hidrólises, as soluções foram lavadas em membrana de diálise até que se chegasse a pH neutro, posteriormente o produto da hidrólise foi seco em estufa à 65°C por 24horas para cálculo do rendimento e determinação da cristalinidade do material por análise de Raio-X. O indíce de cristalinidade do material é determinado pela relação entre as alturas dos picos do espectro de raio-x, do pico cristalino em 2Ɵ = 22-23º e da região amorfa 2Ɵ = 18-19º.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: O processo de purificação utilizado para purificar as fibras de celulose de caroço de manga foi eficiente na remoção de lignina. A lignina presente inicialmente nas fibras antes do tratamento apresentavam teores de lignina em torno de 24% e após o tratamento este valor foi inferior a 3%. A remoção de lignina também foi acompanhada por FTIR, onde comparando-se os espectros das fibras antes e após purificação, verificou-se o desaparecimento de bandas referentes à lignina. A figura 1 e a figura 2 exibem os resultados obtidos para as diferentes condições de hidrólise estudadas. Pode-se verificar que os valores de rendimento diminuem com o aumento do tempo de hidrólise. Este resultado é esperado, pois quanto maior o tempo de hidrólise mais degradação as fibras sofrem, logo, maior é a perda de massa. Em consequência da queda no rendimento, observa-se um aumento no índice de cristalinidade, Isto se deve ao fato de que a hidrólise está ocorrendo preferencialmente nas regiões amorfas da celulose, e consequentemente a fração cristalina está mais preservada. Comparando-se as hidrólises realizadas em temperaturas diferentes, observa-se que na maior temperatura há maior degradação da celulose, e portanto, observa-se valores menores de rendimento e maiores de índice de cristalinidade.
Figura 1. Valores de rendimento e índice de cristalinidade obtidos nos processos de hidrólise.
*Fibra purificada.
Figura 2. Gráficos dos valores de (a) rendimento e (b) índice de cristalinidade, em função do tempo de hidrólise, nas diferentes temperaturas.
Os altos valores de rendimento e as características da solução resultante das condições aqui estudadas, dão evidências de que ainda não foi possível isolar os whiskers e devemos otimizar as condições utilizadas para atingir esse objetivo.
CONCLUSÕES: Os resultados obtidos mostram que a hidrólise está sendo efetiva na remoção seletiva e controlada da fração amorfa da celulose das fibras de caroço de manga, porém ainda não foi possível isolar completamente os whiskers. Portanto, será necessário dar continuidade ao estudo da hidrólise desta matéria-prima, aumentando os tempos de hidrólise e também trabalhando em temperaturas mais altas. Apesar dos resultados parciais aqui obtidos, podemos considerar a fibra do caroço de manga uma boa matéria prima com potencial para a produção de whiskers e aplicação dos mesmos na produção nanocompósitos.
AGRADECIMENTOS: autores agradecem à FAPEMIG pelo apoio financeiro.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: DE MENEZES, A.J.; PASQUINI, D.; CURVELO, A.A.S.; GANDINI, A. Self-reinforced composites obtained by the partial oxypropylation of cellulose fibers. 2. Effect of catalyst on the mechanical and dynamic mechanical properties. Cellulose, 2009, 16, 239-246.
DUFRESNE, A. Cellulose-Based Composites and Nanocomposites. In M. N. Belgacem and A. Gandini (Eds.). Monomers, Polymers and Composites from Renewable Resources (pp. 401-418). Oxford, UK: Elsevier, 2008.
GANDINI, A. Polymers from Renewable Resources: a Challenge for the Future of Macromolecular Materials. Macromolecules, 2008, 41, 9491-9504.
