Realizado no Rio de Janeiro/RJ, de 14 a 18 de Outubro de 2013.
ISBN: 978-85-85905-06-4
ÁREA: Materiais
TÍTULO: EFEITO DO TRATAMENTO ALCALINO E BRANQUEAMENTO NA MORFOLOGIA E NO ÍNDICE DE CRISTALINIDADE DA FIBRA DE BUCHA VEGETAL (Luffa cylindrica)
AUTORES: Silva, A.L. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ) ; Costa Júnior, A.E. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ) ; Nascimento, D.M. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ) ; Rosa, M.F. (EMBRAPA - AGROINDÚSTRIA TROPICAL) ; Fechine, P.B.A. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ) ; Mazzetto, S.E. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ)
RESUMO: Neste estudo, fibras de bucha vegetal (Luffa cylindrica) foram submetidas a tratamento químico com NaOH (5%, 10% e 15%) e NaClO 1%. As modificações morfológicas e no índice de cristalinidade foram avaliadas por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e difração de raios X (DRX). Os resultados mostraram que ocorreu um aumento na área superficial da fibra diretamente proporcional à concentração de NaOH aplicada. Para a fibra tratada com 5% foi observada a permanência de resíduos superficiais e pequeno aumento no índice de cristalinidade. Já a concentração de 10% propiciou uma superfície consideravelmente limpa e o maior índice de cristalinidade, enquanto a concentração de 15% provocou conversão de celulose I para celulose II, além de desfibrilação e menor índice de cristalinidade.
PALAVRAS CHAVES: bucha vegetal; tratamento químico; modificações
INTRODUÇÃO: Uma tendência mundial crescente para a utilização máxima dos recursos naturais através de novos processos e produtos tem conduzido ao estudo e exploração de materiais naturais renováveis, gerando novas aplicações para fibras naturais na indústria automotiva, na produção de adesivos, etanol, ácido láctico, carvão ativado, no desenvolvimento de materiais compósitos, etc [1]. Entre as fibras naturais, as fibras lignocelulósicas oferecem vantagens como baixo custo, baixa densidade, excelente resistência a solventes e à temperatura. Além disso, são atóxicas e não abrasivas, sendo facilmente modificadas por agentes químicos [2]. Uma alternativa interessante e ainda pouco explorada é a fibra de bucha vegetal (Luffa cylindrica). Quando utilizadas como fase dispersa em compósitos, as fibras lignocelulósicas comumente passam por algum tipo de tratamento superficial antes de serem aplicadas, de forma a aumentar a compatibilidade entre fibra e matriz. Entre os tratamentos existentes, o tratamento alcalino é um dos mais utilizados, provavelmente devido ao seu baixo custo, bons resultados e execução simples. Neste estudo, fibras de bucha vegetal foram submetidas a tratamento alcalino com diferentes concentrações de hidróxido de sódio (NaOH), seguido de branqueamento com concentração fixa de hipoclorito de sódio (NaClO). As modificações morfológicas e no índice de cristalinidade das fibras após o tratamento químico foram avaliadas por meio de técnicas de microscopia eletrônica de varredura (MEV) e difração de raios X (DRX).
MATERIAL E MÉTODOS: A bucha vegetal, recebida já sem epiderme, passou por procedimentos como corte, retirada das sementes e moagem. A moagem foi conduzida em um moinho de facas tipo willye (FORTINOX – STAR FT 80), onde as frações até 30 mesh foram coletadas. As fibras foram tratadas com soluções de NaOH com concentrações de 5%, 10% e 15% m/v sob temperatura constante de 65 °C, por um período de 4 horas. Posteriormente, foram lavadas com água destilada para remoção do excesso de NaOH, até pH próximo ao da água de lavagem. Em seguida, as fibras tratadas com NaOH foram imersas em solução de NaClO (1% de cloro ativo) para branqueamento, sob temperatura constante de 65 °C, por um período de 1 hora. Por fim, foram lavadas com água destilada para retirada do excesso de NaClO, secas em estufa a 70 °C até secagem completa e acondicionadas a vácuo devido à umidade. Para as análises de MEV, tanto a fibra em seu estado natural como as tratadas foram previamente cobertas por um filme de ouro, utilizando um metalizador Quorum, modelo Q150R ES. As micrografias foram obtidas através de uma microssonda eletrônica Shimadzu, modelo EPMA 1720H, com voltagem de aceleração de 15 kV. Para avaliar a cristalinidade da fibra bruta e após tratamento químico, análises de difração de raios X foram conduzidas em difratômetro Xpert Pro modelo MPD, com tubo de Co em 40 kV e 30 mA na escala de 10º a 50º em 2θ.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: Através das micrografias (Figura 1) observou-se que a superfície da fibra de bucha vegetal no estado natural encontra-se sem cavidades, encoberta por uma camada de material denominado de cutícula, identificado como cera de origem alifática [3], de natureza incompatível com a maioria dos polímeros. Considerando que a concentração de NaClO foi a mesma em todos os tratamentos, as fibras tratadas com 5% de NaOH apresentaram sutil mudança superficial, enquanto as fibras tratadas com 10% e 15% do álcali mostraram superfícies livres de resíduos, contudo esta última apresentou desfibrilação e surgimento de cavidades. A partir dos perfis de difração de raios X (Figura 2) foram identificados os principais picos, semelhantes para todas as amostras de fibras bruta e tratadas, localizados em ângulos de difração em 2θ de 17º, 19º, 26º e 41°, representados pelos planos cristalográficos 101, 101-, 002 e 040, correspondentes à fase cristalina da celulose I [4]. Observou-se ainda que a reflexão no plano (002) foi a mais intensa em todos os difratogramas. Esta reflexão corresponde aos planos de rede dos anéis glicosídicos, que são os mais densos na estrutura da celulose do tipo I [5]. Foi perceptível que o tratamento que utilizou NaOH 15% converteu parte da celulose I para celulose II, evidenciada pelo aparecimento dos ângulos de difração correspondentes à celulose II em 14° e 24° nos planos 101 e 101-, respectivamente. O índice de cristalinidade foi calculado pela soma da área sob cada pico referente à fase cristalina, subtraída da área do halo amorfo característico para a celulose não cristalina [6]. Os índices de cristalinidade foram 75%, 79%, 81% e 71% para a fibra de bucha bruta e após os tratamentos que utilizaram 5%, 10% e 15% de NaOH, respectivamente.
Figura 1 - Micrografias da fibra de bucha bruta (a) e após branqueamento e tratamento alcalino com NaOH:(b) 5%, (c) 10% e (d) 15%
Figura 2 - Perfis de difração de raios X da fibra de bucha vegetal bruta e após tratamento químico
CONCLUSÕES: O tratamento que utilizou 10% de NaOH apresentou as modificações mais desejáveis na morfologia e no índice de cristalinidade da fibra de bucha vegetal e possivelmente pode melhorar a adesão entre fibra e matriz. A conversão de celulose I para celulose II causada pelo tratamento com 15% de NaOH é uma informação importante para estudos utilizando a fibra de bucha como reforço em compósitos, pois a celulose II, apesar de ser termodinamicamente mais estável, tem menor resistência mecânica do que a celulose I e a vantagem desta conversão dependerá da aplicação desejada para o material.
AGRADECIMENTOS: Ao Laboratório de Raios X da UFC, ao Núcleo de Petróleo e Energias Renováveis da UFRN e à EMBRAPA - Agroindústria Tropical.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: [1] JOHN, M. J.; THOMAS, S. Biofibres and biocomposites: Review. Carbohydrate Polymers, n.71, p.343–364, 2008.
[2] DAHLKE, B.; LARBIG, H.; SCHERZER, H. D.; POLTROCK, R. J. Cell. Plastics 1998, 34, 361.
[3] KARMAKER, A. C.; YOUNGQUIST, J. A. Injection molding of polypropylene reinforced with short jute fibers. J. Appl. Sci. 1996. 62, 1147-1151.
[4] JCPDS – International Center for Diffraction Data. JCPDS File 50-2241, 1986.
[5] HU, X. P.; HSIEH, Y. L. Crystalline structure of developing cotton fibers. J Polymer Sci: Part B: Polymer Physics 34:1451-1459, 1996.
[6] HULT, L. E.; IVERSEN, T.; SUGIYAMA, J. Characterization of the supramolecular structure of cellulose in wood pulp fibres. Cellulose. 10:103-110, 2003.