53º Congresso Brasileiro de Quimica
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.