ÁREA: Físico-Química

TÍTULO: APLICAÇÃO DA CASCA DE SOJA COMO MATÉRIA PRIMA PARA OBTENÇÃO DE POLIÓIS USADOS NA SÍNTESE DE MATERIAIS POLIMÉRICOS

AUTORES: R. Rosa, J. (UFU) ; S. V. Silva, I. (UFU) ; S. M. Lima, C. (UFU) ; Pasquini, D. (UFU)

RESUMO: Uma aplicação em potencial da casca de soja (CS)é a sua utilização como matéria prima de fonte renovável. Este trabalho descreve a oxipropilação do resíduo CS com intuito em se obter como produto final um poliol viscoso, que pode ser utilizado em poliuretanas e em compósitos. Para a reação de oxipropilação foram variados o volume de óxido de propileno (OP) e a temperatura, seguindo um planejamento fatorial. A eficiência do processo foi avaliada através da determinação dos rendimentos e dos teores de resíduos sólidos resultantes sem reagir. Os polióis obtidos foram caracterizados em através das análises TGA, FTIR e IOH. O IOH do resíduo foi semelhante em todas as condições de oxipropilação testadas.

PALAVRAS CHAVES: Resíduo lignocelulósico; Oxipropilação; materiais poliméricos

INTRODUÇÃO: O setor agrícola do Brasil anualmente produz grandes somas de biomassa vegetal em culturas como milho, cana-de-açúcar, soja, entre outros. O óleo e proteína são os principais geradores de renda da soja e, conseqüentemente, pouca atenção é dada às aplicações da casca de soja, muito pouco dela é utilizado como fonte de fibra para gado e, logo, quantidades enormes da casca de soja se tornam resíduos indesejáveis. A utilização de resíduos agrícolas como matérias primas de fonte renovável em alternativa às de fonte fóssil de carbono é uma aplicação em potencial desse resíduo proporcionando um mercado não-alimentício para a indústria de base agrícola (ALEMDAR e SAIM, 2008). A casca de soja, por ser uma biomassa vegetal, é um resíduo lignocelulósico rico em polímeros naturais, os quais constituem em sua cadeia química grupos de hidroxilas que supostamente são passíveis da reação de oxipropilação. A oxipropilação total ou parcial de polímeros naturais é um método que tem como objetivo aumentar a funcionalidade dos grupos hidroxila do material de partida, movendo-se esses grupos para o final da cadeia tornando-os mais acessíveis para posteriores reações de policondensação, entre outras (GANDINI e BELGACEM, 2008). Este estudo objetivou a caracterização química do resíduo casca de soja, a obtenção de polióis a partir da reação de oxipropilação, bem como a caracterização dos polióis obtidos a partir deste resíduo lignocelulósico.

MATERIAL E MÉTODOS: A CS foi caracterizada em termos de teor de umidade, teor de cinza, teores de lignina Klason, teores de extrativos solúveis em ciclohexano/etanol e em água e índice de cristalinidade (ICr) através da difração de raio-x realizada em um difratômetro Shimadzu LabX XRD-6000, no intervalo de 5 a 40°. Além disso, as amostras antes e após a reação de oxipropilação foram caracterizadas através de análises de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), as quais foram realizadas com pastilhas KBr em espectrômetro IR-PRESTIGE 21 Shimadzu. As análises termogravimétricas foram realizadas a uma faixa de temperatura de 25-600ºC com um calorímetro Shimadzu DTG-60H, a uma taxa de aquecimento de 10 ºC min-1 em atmosfera de nitrogênio com fluxo de 30 mL.min-1. As condições experimentais que foram utilizadas para a reação de oxipropilação constam na Tabela 1. O procedimento para oxipropilação consistiu na impregnação de 5 g da amostra (CS) com 0,5 g de KOH. Em seguida foi adicionado à mistura o volume necessário de oxido de propileno (OP). A reação aconteceu em uma autoclave de aço inoxidável de 100 mL, que foi então aquecida até a temperatura necessária para cada experimento, enquanto o aumento de pressão correspondente foi monitorado. A finalização da reação foi revelada pelo subseqüente retorno à pressão atmosférica. Após as reações de oxipropilação foram avaliados os rendimentos de OP, teor de resíduo sólido e índice de hidroxila (IOH) dos polióis obtidos. A metodologia usada na determinação do IOH foi feita de acordo com a ISO 14900:2001 E (CATETO et al., 2008).

RESULTADOS E DISCUSSÃO: A composição da CS bruta foi de 9 % de umidade, 3,3 % de cinzas, 6 % de lignina, 14 % extrativos em ciclo/etanol, 27 % extrativos em água e ICr de 47 %. Os espectros de FTIR (Figura 1b) revelaram características relevantes do processo de oxipropilação tais como aumento da absorção na região de estiramento do CH alifático (2800-3000 cm-1) e aparecimento de novos picos em torno de 2970 cm-1e 1375-1380 cm-1 (Menezes, 2007) atribuído ao grupo metila do poliol incorporado ao material. Pode-se verificar ainda o aumento e mudança na região de absorção do estiramento C-O (1000-1100 cm-1) relacionado à função éter proveniente da reação de polimerização do OP. Através das análises de TGA (Figura 1c) verificou-se três estágios de degradação da CS antes e após a reação de oxipropilação, o primeiro estágio referente à perda de água (~100 °C), o segundo relacionado à decomposição do material (200 °C p/ CS, 108 °C p/ poliois) e o terceiro referente a carbonização do material (350 °C p/ CS, 315°C p/ poliois). Pôde-se concluir que os poliois tem menor estabilidade térmica que a CS. Além disso, na Figura 1d, pode-se verificar que o rendimento das condições de oxipropilação indicou que os maiores rendimentos são obtidos em processos baseados na adição de maiores volumes de OP associado a baixas temperaturas. O gráfico de superfície de teor de resíduo sólido, Figura 1e, demonstrou uma tendência de presença de maior quantidade de resíduo sólido, ou seja, menor conversão do resíduo bruto em poliol, em condições de oxipropilação de menor volume de OP independente da temperatura usada na reação. A Figura 1f nos mostra o perfil para IOH dos polióis obtidos, pode-se verificar que há uma tendência de apresentar IOH semelhantes em todas as condições da reação de oxipropilação.









CONCLUSÕES: Foi possível realizar a caracterização química da casca de soja. As análises FTIR comprovaram a obtenção do produto oxipropilado (poliol). As análises de TGA demonstraram uma queda na estabilidade térmica dos oxipropilados em relação ao resíduo não modificado. Maiores rendimentos de OP foram verificados em reações que utilizam maior volume de OP e baixa temperatura. Menores teores de resíduos sólidos foram encontrados nas reações que utilizam maior volume de OP e alta temperatura.Além disso, o IOH foi semelhante para todas as condições testadas para a reação de oxipropilação.

AGRADECIMENTOS: CAPES e FAPEMIG.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: ALEMDAR, A. & SAIN, M. 2008. Isolation and characterization of nanofibers from agricultural residues – Wheat straws and soy hulls. Bioresource Technology, 99, 1664-1671.
CATETO, C. A. B. 2008. Lignin-Based Polyurethanes: Synthesis, Characterisation and Aplications., Tese de Doutorado, Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto (FEUP), 202p.
GANDINI, A. & BELGACEM, M. N. 2008. Partial or Total Oxypropylation of Natural Polymers and the Use of the Ensuing Materials as Composites or Polyol Macromonomers, in Monomers Polymers and Composities from Renewable Resources, eds (M.N. Belgacem e A. Gandini) Chapter 12, Elsevier, Amsterdam, 273-288.
MENEZES, A.J. 2007. Preparação e caracterização de sistema bifásico monocomponente (SBM) a partir da reação de oxipropilação de fibras celulósicas e amido. Tese de doutorado. Universidade de São Paulo, São Carlos, 144 p.