Desenvolvimento e caracterização de sistemas viscoelásticos utilizando polissacarídeos e íons borato : aplicação em pastas de cimento Portland

Abstract

Resumo: Recentemente, vários materiais alternativos têm sido usados como complementos em pastas de cimento, com o objetivo de modificar e melhorar suas propriedades, particularmente, em relação à retenção de água. Entre os materiais aplicados e definidos como aditivos estão alguns polissacarídeos. Neste trabalho, após a caracterização de uma amostra de amido de mandioca (AM), modificado industrialmente por pré-gelatinização e de uma xiloglucana (XG) extraída de sementes de jatobá (H. courbaril) utilizando métodos químicos, físico-químicos, espectroscópicos e reológicos, sistemas mistos em meio aquoso, a pH 12, envolvendo a mistura de um ou dos dois polissacarídeos e íons borato (T) foram desenvolvidos. Na avaliação do comportamento por medidas da viscosidade em modo rotacional, os resultados desses sistemas mostraram uma boa interação entre AM/XG (20/5 g.L-1, respectivamente); e que foi beneficiada pela presença de íons borato (7 g.L-1). Tal sinergia resultou em melhor pseudo-plasticidade em baixas taxas de cisalhamento e em plasticidade em valores de taxas acima de 100 s-1. As respostas obtidas na região viscoelástica linear para os sistemas AM/XG/T nas composições 20/5/7 ou 40/10/14 g.L-1 foram, respectivamente, de solução viscoelástica e de gel elástico; porém os sistemas após tratamento por aquecimento/resfriamento apresentaram melhor caráter sólido. Esse desempenho pode ser explicado como resultado do processo de gelatinização total do amido que, após o resfriamento, poderia beneficiar a reorganização estrutural, promovendo uma melhor interação entre os polissacarídeos e os ions borato, cuja complexação foi melhor com a XG, como mostrado por espectroscopia de RMN (11B). Além disso, também foi observado que o sistema AM/XG/T, depois do processo de aquecimento/resfriamento sob uma tensão de cisalhamento, permitiu a formação de uma conformação helicoidal, semelhante à obtida com a amilose, uma vez que, em ensaios complementares, se avaliou que esse sistema formou complexo colorido com o lugol, enquanto que para o sem o cisalhamento isso não ocorreu. Portanto, as interações que resultaram em benefício das respostas viscoelásticas poderiam estar relacionadas com a concomitante mudança de conformação do AM, da XG e da melhor entrada de água entre as cadeias quando sob efeito da tensão de cisalhamento. O arranjo espacial adotado poderia auxiliar no fenômeno da reptação e na melhoria da qualidade do caráter sólido apresentado, no qual os íons borato estariam organizados em ambiente interno dessa tríplice hélice (amilose/amilopectina/xiloglucana). A adição de 0,1% (m/m) dos compósitos acima formulados em relação à pasta de cimento Portland tipo Poty (C) mostrou melhoria das propriedades em presença de aditivos comerciais, a saber: plastificante (P) e retardante (R). Assim, por medidas reológicas, se verificou que a aplicação de polissacarídeos/borato nas pastas de cimento melhorou o nível de hidratação, especialmente para o sistema que continha a XG. E, para a qual, também se observou melhor resposta quanto à trabalhabilidade, plasticidade, maior tempo para o início da pega e menor histerese. As análises por DMA confirmaram as medidas reológicas sobre a previsão do início e fim da pega e do mais alto nível de hidratação do cimento para as pastas contendo o sistema de C/AM/XG/T/R/P, o qual refletiu também na menor variação de temperatura no final do processo de hidratação do cimento. As características de melhor flexibilidade foram observadas em materiais que continham o sistema AM/XG/T. Portanto, as respostas de comportamento com a adição do compósito híbrido ternário às pastas de cimento, em relação a uma referência padrão, mostraram características de um aditivo super-plastificante para pastas de cimentação.

Abstract: In recent years, various alternative materials as polysaccharides are been used in folders for cementing, to the modification and improvement of its properties, particularly with regard to water retention. In this work, firstly, were described the chemical and physical-chemistry characterization of one industrially gelatinized manioc starch sample (AM) and of one xyloglucan (XG) extracted from jatobá (H. courbaril) seeds. After this, were evaluated the behavior of AM and its blends with XG in the presence of borate ions (T) at pH 12, by rheology at rotational and dynamic measurements. The viscosity values showed a good interaction between polysaccharides (20/5 g.L-1, respectively, to AM and XG), which were highly modified by the presence of T (7 g.L-1) resulting in better pseudoplasticity (low shear rate) and plasticity (high shear rate). To systems AM/XG/T at 20/5/7 or 40/10/14 g.L-1 the rheological properties were dependent of polysaccharides/T concentration. So, mixtures at 25/7 g.L-1 performed a viscoelastic solution and at 50/14 g.L-1 a elastic gel. After the temperature sweep analyses (heating and cooling) were observed a more solid character. This performance could be explained as a result of total gelatinization process of starch, that benefic the structural reorganization, better interaction between polysaccharides and the borate complex, which was better formed with the hydrocolloid, as observed by RMN (11B) analysis. Also, the performance of AM/XG/T system, after heating/cooling and on a shear stress, showed a helical conformation similar to that obtained with amylose standard, since that the hybrid composite was colored with tri iodine, not observed in the sample in absence of shear/temperature. So, the chains interactions are related with the conformational change of AM/XG and better water adsorption on temperature and shear processes, whose aid in the reptation phenomena and improve the solid character. The influence of addition of biopolymers and borate ions complexes (0.1% m/m) on the rheological and dynamic mechanical properties of cement (C) Portlandpaste in presence of commercial additives (plasticizer (P) and retardant (R)) was investigated. The results showed that the systems containing AM/XG/T composite presented better plasticity and consistency index, with consequently better water retention, that was indicated by the hysteresis curves. By the DMA analysis was found a high handle time in this case. The characteristics of better flexibility materials obtained from systems containing AM/XG/T allow a good homogenization and more work time in comparison with cement paste without hydrocolloid. The performance obtained showed that the hybrid composites could be characterized as a super plasticizer additive in cement paste.