Preparação e caracterização de nanofibras de celulose obtidas a partir da fibra de paina e avaliação em compósitos de poli(acetato de vinila) - PVAC

Abstract

Resumo: Neste trabalho foram preparadas e caracterizadas nanofibras de celulose de paina (Chorisia speciosa), um material ainda pouco estudado para este fim. A composição química da paina foi avaliada através dos teores de umidade, cinzas, extrativos em etanol, etanol: tolueno e totais e teor de lignina insolúvel. Os grupos funcionais da paina foram identificados através de espectroscopia na região do infravermelho (FTIR), sua morfologia foi caracterizada através de microscopia eletrônica de varredura (MEV), e sua estabilidade térmica foi avaliada através de termogravimetria (TGA). Foram realizados três diferentes tratamentos químicos para o processo de deslignificação das fibras (clorito de sódio, hidróxido de sódio, hidróxido de sódio juntamente com peróxido de hidrogênio). A avaliação da efetividade dos tratamentos foi realizada com a determinação do número Kappa, por quantificação do teor residual de lignina nas fibras após os tratamentos químicos. O tratamento selecionado para a preparação das nanofibras foi do clorito de sódio (repetidos 3 vezes), pois além do maior branqueamento resultou no menor número Kappa. A nanocelulose de paina foi obtida por desfibrilação mecânica em moinho de pedras à dois níveis diferentes (10 e 15 passes). A análise através da microscopia eletrônica de transmissão (MET) mostrou que foi possível atingir feixes de celulose em escala nanométrica. O número de passes pelo moinho, assim como o tipo de tratamento utilizado para a deslignificação das fibras influenciou nas características das suspensões de paina. Foi verificada uma diferença significativa no comportamento da nanocelulose, quando o tratamento químico foi feito com a paina in natura ou na paina submetida à extração de ceras. Compósitos à base de uma emulsão de PVAc contendo 0,5 %, 0,75 % e 1 % de nanocelulose de paina foram preparados com nanocelulose obtidas em 10 passes com concentração de 1 %, amostras reforçadas com nanocelulose foram comparadas entre si e com amostras sem reforço. O potencial de aplicação como reforço físico no preparo de compósitos foi confirmado por testes mecânicos de tração

Abstract: In this work, cellulose nanofibers of silk-floss (Chorisia speciosa) were prepared and characterized, a material not yet studied for this purpose. The chemical composition were evaluated by the determination of water content, ashes, lignin, extractives in ethanol, in ethanol:toluene, in total extractives and insoluble lignin content. The silkfloss functional groups were identified by Fourier Transform Infrared Spectroscopy – FTIR, its morphology was characterized by scanning electronic microscopy (SEM). It was carried out three types of chemical treatments for the delignification process of the fibers (sodium hydroxide, sodium hydroxide with hydrogen peroxide and sodium chlorite). The effectiveness of the chemical treatments was evaluated by the kappa number determination before and after the chemical treatments, with the aim to quantify the residual lignin content. The chemical treatment selected for the nanocellulose preparation was the sodium chlorite one because the fibers became more bleached and it resulted in a lower kappa number. Silk-floss nanocellulose were obtained in 10 or 15 stages. Transmission electronic miscroscopy (TEM) analysis showed that it was possible to produce nanofibrillated cellulose. The stages number and the type of delignification treatment influenced in the quantity of nanocelulose found in the suspensions produced by the mill. A significant difference was observed in the nanocelulose behavior when the chemical treatment was done with the paina in natura or in the paina submitted to the extraction of waxes. Composites based on a PVAc emulsion containing 0.5 %, 0.75 % and 1.0 % of silk-floss nanocellulose were prepared with nanocellulose obtained in 10 stages. Samples were compared with each other and with samples without reinforcement. The potential of application as physical reinforcement in the composites preparation was confirmed by mechanical tensile tests