EXTRAÇÃO E APLICAÇÃO DA CELULOSE EM FILMES COMPÓSITOS PARA POTENCIAL USO COMO REVESTIMENTO DE FERIMENTOS

ISBN 978-85-85905-21-7

Área

Materiais

Autores

Gularte, M. (UFPEL) ; Fajardo, A. (UFPEL)

Resumo

Neste estudo a casca de arroz foi utilizada como uma fonte de baixo custo de celulose. Essa celulose foi caracterizada por diferentes técnicas e utilizada na formulação de filmes poliméricos juntamente com poli(álcool vinílico) (PVA). Com o intuito de se ampliar as propriedades desses filmes, vitamina C (agente antioxidante) e/ou própolis (agente antimicrobiano) foram incorporadas na formulação dos filmes. A caracterização preliminar dos filmes sugere que os mesmo possuem potencial para serem aplicados como biomateriais no revestimento de ferimentos.

Palavras chaves

Casca de arroz; Celulose; Biomateriais

Introdução

Resíduos agrícolas como a casca de arroz (CA) são gerados em abundância e quando descartados incorretamente tornam-se um problema, pois a reutilização ou eliminação desses tipo de resíduo é de alta dificuldade. O fim das CA pela maioria dos países produtores de arroz é descarte direto sem controle ou então a queima. A queima das cascas acarreta a produção de um resíduo conhecido como cinzas de casca de arroz que podem eventualmente trazer sérios riscos ao meio ambiente. Em contrapartida, a CA pode ser explorada como uma fonte barata de vários biocompostos. A CA é constituída por um alto teor de celulose (~50% de seu peso seco) a qual pode ser extraída por meio de métodos de separação e deslignificação (Oliveira, et al. 2016). Tendo em vista a preocupação atual com o meio ambiente, a obtenção de materiais renováveis como a celulose torna-se uma alternativa sustentável. A celulose é o polímero natural mais abundante na natureza. Sendo rica em hidroxilas, a celulose possuí fortes interações de hidrogênio de caráter intra e intermolecular, tornando-a insolúvel em água e até mesmo na maioria dos solventes orgânicos. A presença das hidroxilas contribui para a formação de fibras de celulose, as quais possuem natureza hidrofílicas (Bemiller;huber, 2010). De acordo com (Oliveira et al. 2016), as interessantes propriedades da celulose como, por exemplo, biodegradabilidade, atoxicidade e biocompatibilidade, incentivam o uso dessa em inúmeras pesquisas com diferentes finalidades de aplicação. Dentre essas, a produção de materiais compósitos utilizando certos biopolímeros surge como uma alternativa atraente na área da biotecnologia. O presente trabalho tem como objetivo extrair a celulose da CA e aplicá-la em filmes compósitos potencialmente úteis como revestimentos de ferimentos.

Material e métodos

Extração da Celulose: Primeiramente as CA foram lavadas abundantemente com H2O destilada. A etapa de deslignificação e remoção de hemicelulose foi feita por meio de um tratamento alcalino (solução 5% m/v de NaOH) sendo que o sistema foi mantido sob agitação mecânica por 4h a 80 °C. Em seguida o material foi lavado até pH 7. Repetiu-se essa etapa por mais uma vez. Posteriormente, o material foi branqueado para remoção de impurezas remanescentes e para isso, utilizou-se uma solução 20% m/v de H202 com pH ajustado para 9. O sistema foi mantido sob agitação mecânica por 5 h a temperatura ambiente. As fibras de celulose branqueadas foram secas e armazenadas para posterior caracterização e uso. Obtenção de Filmes PVA-Celulose: Para o preparo de filmes, 300 mg de PVA foram solubilizados em 30 mL de H2O destilada a 80 °C por 4 h. Separadamente, 100 mg de celulose foram adicionadas em 15 mL de H2O destilada seguido da sonicação do sistema para dispersão das fibras. As duas soluções foram misturadas e agitadas por 15 minutos. Utilizou-se solução HCl 1 M para acidificar o meio (pH 4) e 25 µL glutaraldeído foi utilizado na reticulação dos filmes. As solução resultante foi vertida em uma placa Petri e seca em estufa por 48h a 50°C. O filme obtido (Filme A) foi purificado em água destilada. De modo similar, também foram preparados filmes contendo vitamina C (Filme B), um agente antioxidante, (Própolis (Filme C), um agente bactericida, e vitmina C/Própolis (Filme D), todos em concentração de 0,01% m/m em relação a massa total do filme. Todos os materiais obtidos foram secos e caracterizados.

Resultado e discussão

Pode-se observar na Fig.1a, que a casca sem tratamento que apresentou aspecto granular, com superfícies mais compactas. Na Fig.1b, temos que após o tratamento alcalino, observa-se o desprendimento das fibras de celulose, embora essas ainda apresentem alguns resíduos em suas estruturas. Já o material final (Fig.1c), pós-branqueamento, apresentou fibras claramente separadas sugerindo que o procedimento foi eficiente. No espectro da CA (Fig.2a), foram observadas bandas em 1741 cm-1 referente ao grupo éster de hemicelulose, 1514cm-1 referente ao anéis aromáticos de lignina. Ainda bandas na região de 1280-810cm-1 referentes a ligação C-O. Após o tratamento alcalino é possível observar modificação no espectro em relação ao obtido para CA. A celulose apresentou bandas em 3379 e 2893cm-1 referentes aos estiramentos das ligações O-H e C-H respectivamente. Bandas em 1431 e 1323 cm-1 atribuídas à deformações dos grupos–CH2 e –OH. Vale ressaltar a ausência dos grupos C=O (hemicelulose) e C=C (lignina) que seriam vistos e 1741cm-1 e 1515cm-1 confirma a celulose livre de resíduos. Na Fig.2b observamos o espectro do Filme A onde é visível que as bandas características do PVA e da celulose e pequenas alterações, como o deslocamento banda referente ao grupo –OH na região de 3640-3100 cm-1. Neste espectro também foram observadas bandas em 2990-2800 cm-1 referentes às ligações C-H, 1720 cm-1 pertencente a C=O, onde é possível observar que a interação PVA-Celulose e reticulação com o glutaraldeído (Oliveira, et al., 2015). Em relação a Filmes B C e D foi possível observar o aparecimento de bandas em 1640 e 3300cm-1 referentes às ligações C=O e a O-H, devido aos grupos carbonila e hidroxila provenientes da vitamina C e do própolis, confirmando a incorporação desses na matriz polimérica.

Imagens de MEV obtidas da (a) CA, (b) CA pós- tratamento alcalino e (c) CA pós-branqueamento.


Espectros FTIR obtidos para (a) os materias obtidos de CA e (b) dos filmes A, filme B, filme C e filme D.

Conclusões

Pode ser concluído que as metodologias utilizadas na extração de celulose e no preparo dos filmes a base de PVA-celulose foram eficientes e de fácil produção. A análise das imagens obtidos por MEV evidenciaram as mudanças na estrutura da CA após cada etapa de tratamento. Já a análise FTIR confirmou a eficiência da metodologia de extração da celulose e a formação dos filmes contendo vitamina C e/ou própolis. Os filmes obtidos serão ainda submetidos a experimentos adicionais afim de se confirmar a potencialidade dos mesmos como biomateriais aplicáveis como revestimento de ferimentos.

Agradecimentos

Referências

BEMILLER; J. N.; HUBER; K. C. Carboidratos. In: DAMODARAM, S.; PARKIN, K. L.; FENNEMA, O. R. A. (Eds.). Química de alimentos. 4. ed. Porto Alegre: Artmed, Cap. 3, p. 900, 2010.;

DE OLIVEIRA, J. P.; BRUNI, G. P.; LIMA, K. O.; HALAL, S. L.; ROSA, G. S.; DIAS, A. R.; ZAVAREZE, E. D.; Cellulose fibers extracted from rice and oat husks and their application in hydrogel, v. 221., p. 153-160, 2017.;

OLIVEIRA, R. N.; McGUINNES, G. B.; ROUZE, R.; QUILTY, B.; CAHILL, P.; SOARES, G. D. A.; THIRE, R. S. M. PVA hydrogels loaded with a Brazilian propolis for burn wound healing applications. Journal of applied polymer Science, v. 132., 42129, 2015.;