Realizado no Rio de Janeiro/RJ, de 14 a 18 de Outubro de 2013.
ISBN: 978-85-85905-06-4
ÁREA: Físico-Química
TÍTULO: PRODUÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DE NANOCOMPÓSITOS DE MATRIZ DE AGAROSE REFORÇADOS COM NANOCRISTAIS DE CELULOSE EXTRAÍDOS DE CASCA DE SOJA.
AUTORES: Henrique, M.A. (UFU) ; Silvério, H.A. (UFU) ; Flauzino, W.P. (UFU) ; Pasquini, D. (UFU)
RESUMO: Os nanocristais de celulose (NCC) também conhecidos como ‘whiskers’, são cristais
de alta pureza e que podem ser utilizados em matrizes poliméricas, e tem gerado
grande interesse científico e industrial devido sua ampla disponibilidade e
características químicas. O trabalho tem como objetivo a incorporação de NCC em
matriz de agarose. Os NCC utilizados na incorporação foram isolados através de
hidrólise com ácido sulfúrico (H2SO4) 64% com tempo de 30 minutos e temperatura de
40°C. A incorporação dos NCC (0, 2, 6, e 10% m/m) na matriz de agarose induziram a
um aumento de resistência mecânica e preservando as propriedades de transparência
dos filmes.
PALAVRAS CHAVES: nanocristais de celulose; agarose; nanocompósito
INTRODUÇÃO: A necessidade por materiais e processos compatíveis com o meio ambiente tem
motivado o estudo cada vez mais intenso de materiais obtidos de fontes
renováveis (biomassa) e o desenvolvimento de produtos recicláveis ou
biodegradáveis. As macromoléculas naturais, com ênfase especial àquelas de
origem vegetal, podem ser empregadas, isoladamente ou em associação com outros
materiais, para produção de materiais termoplásticos ou termorrígidos, bem como
blendas e compósitos poliméricos (BELGACEM e GANDINI, 2008). Os nanocompósitos
constituem uma classe de materiais formados por híbridos de materiais orgânicos
e inorgânicos, onde as partículas de reforço estão dispersas, em nível
nanométrico, em uma matriz polimérica. Sua preparação é viável em muitos casos
por encontrar um compromisso entre um baixo custo, devido à utilização de menor
quantidade de carga, e um elevado nível de desempenho. Os nanocristais de
celulose (NCC) são partículas isoladas sob condições controladas que conduzem à
formação de cristais de alta pureza. Eles constituem uma classe genérica de
materiais com resistências mecânicas equivalentes às forças de ligação dos
átomos adjacentes. As propriedades de resistência à tração dos NCC são muito
superiores aos dos atuais reforços de alto volume e permitem o processamento de
compostos mais fortes. Compósitos poliméricos reforçados com NCC apresentam
excelentes propriedades mecânicas mesmo com baixas quantidades de NCC (DUFRESNE,
2008). Este comportamento pode ser atribuído à formação de uma rede rígida
resultante da forte interação entre os NCC adjacentes ligados por ligações de
hidrogênio. O trabalho vem com o objetivo de pesquisar o reforço de filmes de
agarose com NCC provenientes de fibras de casca de soja
MATERIAL E MÉTODOS: Os nanocristais de celulose foram isolados a partir de celulose de casca
purificados, através de hidrólise com H2SO4 64% por 30 minutos e temperatura de
40°C. Esses nanocristais foram caracterizados quanto ao tamanho através de
imagens obtidas por microscopia eletrônica de transmissão (MET) realizadas em um
microscópio Zeiss EM 109, quanto sua cristalinidade por medidas de difração de
raios-x (DRX) realizadas em um difratômetro Shimadzu LabX XRD-6000 e quanto sua
estabilidade térmica por análise termogravimétrica (TGA) realizadas em um
equipamento Shimadzu DTG-60H.
Os filmes de nanocompósitos foram preparados via “casting”. Pesou-se 0,3g de
agarose pura dissolvendo-a em 20 mL água fervente e adicionou-se à solução as
quantidades de NCC variando de 0, 2, 6 e 10% m/m em relação à agarose, partindo
de uma solução de concentração conhecida. Após a diluição colocou-se a solução
em um vidro de relógio e o colocou para secar em uma estufa por 24 horas a 50°C.
Os filmes resultantes (nanocompósitos) foram caracterizados quanto a
estabilidade térmica por TGA, quanto ao comportamento mecânico por ensaios de
tração em uma máquina de ensaios universal dma q800 da empresa TA e quanto à
cristalinidade por DRX.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: O rendimento de NCC de casca de soja foi de 20% e sua cristalinidade foi de
73,5%. Os NCC apresentaram menor estabilidade térmica que as fibras de celulose
de casca de soja purificadas, pois a temperatura inicial de degradação para os
NCC foi de 245°C enquanto que para as fibras foi de 285°C. Os NCC de casca de
soja apresentaram tamanho médio de comprimento de 122,66 ± 39,40 (L) e 2,77 ±
0,67nm de espessura (D), que resulta em uma razão de aspecto (L/D) em torno de
44, que representa um bom potencial de reforço para a preparação de
nanocompósitos. A figura 1a apresenta a imagem de AFM dos NCC de casca de soja.
Na preparação dos nanocompósiots, observa-se que mesmo com a incorporação dos
NCC obtiveram-se filmes com a mesma transparência das condições iniciais (Figura
1b e 1c). Essa característica torna a incorporação muito viável para várias
aplicações, como em embalagens entre outros, visto que os compósitos
convencionais não possuem a característica da transparência. Pelos dados de
raios-x dos filmes dos nanocompósitos, verifica-se que com a incorporação dos
nanocristais houve uma indução no aumento de cristalindidade da agarose. A
incorporação de whiskers aos filmes de agarose não alterou a estabilidade
térmica do polímero. Pelos dados de TGA, observa-se que o começo da perda de
massa dos filmes são em torno de 276°C, independente da quantidade de NCC. A
incorporação dos NCC tem a finalidade de promover melhoramentos nas condições de
rigidez e/ou elasticidade do polímero. A tabela 1 exibe os valores de tensão na
ruptura e porcentagem de deformação dos filmes de agarose e o módulo de young,
com e sem incorporação dos NCC. Verifica-se que com a adição dos NCC há um
aumento na tensão na ruptura e na deformação, ou seja, os materiais estão
ficando mais reforçados.
tabela 1
Quantidade de NCC e agarose empregados na
preparação dos nanocompósitos,valores de módulo de
Young,tensão na ruptura e deformação relativas aos
testes
Figura 1
a) imagem de MET dos NCC; b) filme de agarose puro e
c) filme de agarose com 10% de NCC.
CONCLUSÕES: Foi possível obter NCC a partir de celulose de casca de soja. Estes NCC
incorporados à matriz de agarose produziram nanocompósitos que preservaram a
transparência original do polímero, e com preservação da estabilidade térmica.
Verificou-se também um aumento da cristalinidade dos nanocompósiots induzidos pela
incorporação dos NCC. Nos ensaios mecênicos verificou-se que com a incorporação
dos NCC houve um aumento na resitência dos nanocompósitos, bem como um aumento em
sua deformação.
AGRADECIMENTOS: Os autores agradecem à FAPEMIG, CAPES e CNPq pelo suporte financeiro.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: BELGACEM, M.N.; GANDINI, A. (Eds.). Monomers, Polymers and Composites from Renewable Resources. Oxford, UK: Elsevier, 552p, 2008.
DUFRESNE, A. Cellulose-Based Composites and Nanocomposites. In M. N. Belgacem and A. Gandini (Eds.). Monomers, Polymers and Composites from Renewable Resources. Oxford, UK: Elsevier, pp. 401-418, 2008.
SILVÉRIO, H.A; FLAUZINO, W.P.; DANTAS, N.O.; PASQUINI, D. Extraction and characterization of cellulose nanocrystals from agro-industrial residue – Soy hulls. Industrial Crops and Products 42 (2013) 480– 488.