Publicação: Extração e caracterização de nanocristais de celulose a partir de casca de
soja, e sua aplicação como agente de reforço em nanocompósitos poliméricos
utilizando carboximetilcelulose como matriz
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CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA
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Resumo
Diante dos problemas envolvidos na reciclagem de plástico e no esgotamento dos recursos
fósseis surgiu um grande interesse em materiais sustentáveis e ambientalmente corretos.
Neste contexto, a aplicação de nanocristais de celulose (NC) como agente de reforço para
matrizes poliméricas tem atraído considerável atenção, pois os nanocompósitos baseados
em NC geralmente exibem propriedades térmicas, mecânicas e de barreira superiores em
relação ao polímero puro ou compósitos convencionais, e adicionalmente oferecem
benefícios ambientais. A casca de soja é um resíduo agro-industrial disponível em grandes
quantidades em vários países, incluindo o Brasil, que merece ser melhor e/ou
adequadamente aproveitado. Neste estudo foram extraídos e caracterizados NC a partir de
casca de soja sob diferentes condições de hidrólise ácida a fim de avaliar sua adequação
como um agente de reforço para a fabricação de nanocompósitos. A hidrólise foi realizada a
40 °C durante 30 ou 40 min, utilizando 30 mL de H2SO4 64% (m/m) por cada grama de
fibra. Os nanocristais de celulose de casca de soja (NCC) foram rótulados como NCC30 ou
NCC40 dependendo do tempo de hidrólise. Para avaliar a capacidade de reforço dos NCC
obtidos foram produzidos filmes nanocompósitos, utilizando carboximetilcelulose (CMC)
como matriz polimérica, e avaliou-se a resistência à ruptura destes filmes a diferentes níveis
de carga. Os resultados mostraram que o aumento do tempo de extração (40 min) provocou
uma diminuição nos comprimentos dos NCC e ainda causou danos na estrutura cristalina da
celulose. Os NCC30 apresentaram formato de agulha, cristalinidade elevada (73,5%), boa
estabilidade térmica (temperatura inicial de degradação térmica de aproximadamente 170
°C), comprimento médio de 122,7 ± 39,4 nm, diâmetro médio de 2,77 ± 0,67 nm e razão de
aspecto em torno de 44. Através dos testes de resistência à ruptura dos compósitos
observou-se que os NCC30 têm uma maior capacidade de reforço do que os NCC40. Os
NCC30 são agentes de reforço satisfatórios para a matrix de CMC, pois houve um aumento
na resistência à ruptura do polímero de até 2,56 vezes (ou 256%). Os NCC produzidos têm
um grande potencial enquanto agentes de reforço para a produção de nanocompósitos e são
uma alternativa que poderia expandir as aplicações comerciais dos filmes de CMC. Atráves
da produção de nanocristais de celulose de casca de soja neste trabalho foi agregado valor a
um resíduo de biomassa vegetal que provém de um commodity agro-industrial.
Abstract
Given the problems involved in plastic recycling and the dwindling exhaustion of fossil
resources, there is a great interest in sustainable and environmentally friendly materials.
In this context, the application of cellulose nanocrystals (NC) as reinforcement in
polymer matrixes has attracted considerable attention in this field since NC based
nanocomposites generally exhibit significant improvements in thermal, mechanical, and
barrier properties compared to the neat polymer or conventional composites, and
additionally it offers environmental benefits. Soy hull is an agro-industrial waste
available in large quantities in several countries, including Brazil, which deserves to be
better and/or properly used. In this study, NC were extracted and characterized from soy
hulls under different conditions of acid hydrolysis in order to evaluate their suitability as
a reinforcement agent for the manufacture of nanocomposites. The hydrolysis was
performed at 40 °C for 30 or 40 min, using 30 mL of H2SO4 64% for each gram of fiber.
The NC of soy hulls (NCC) were labeled NCC30 or NCC40 depending on the hydrolysis
time. To evaluate the reinforcement capability of NC obtained were produced
nanocomposite films using carboxymethylcellulose (CMC) as polymeric matrix, and
evaluated the tensile at break of these films at different load levels. The results showed
that a longer extraction time (40 min) resulted in a shorter length of CN and caused
some damage on the crystalline structure of cellulose. The NCC30 showed needleshaped,
high crystallinity (73.5%), good thermal stability (initial temperature of thermal
degradation around 170 °C), average length of 122,7 ± 39,4 nm, diameter of 2,77 ± 0,67
nm and aspect ratio around 44. By the tensile strength tests of the composites was
observed that the NCC30 have a greater capability than the reinforcing NCC40. The
NCC30 are reinforcing agents satisfactory for the CMC, because there was an increase in
tensile at break of the polymer of 2,56 times (or 256%). The NCC produced have a great
potential for use as reinforcing agents for the production of nanocomposites and are an
alternative which could expand the commercial applications of CMC films. Through the
production of cellulose nanocrystals of soy hulls in this work was added value to a plant
biomass residue that comes from an agro-industrial commodity.
Palavras-chave
Nanocristais de celulose, Casca de soja, Resíduo agro-industrial, Agente de reforço, Nanocompósitos, Cellulose nanocrystals, Soy hulls, Agro-industrial residue, Reinforcing agent, Nanocomposites, Nanocristais, Biomassa vegetal
Citação
FLAUZINO NETO, Wilson Pires. Extração e caracterização de nanocristais de celulose a partir de casca de
soja, e sua aplicação como agente de reforço em nanocompósitos poliméricos
utilizando carboximetilcelulose como matriz. 2012. 92 f. Dissertação (Mestrado em Ciências Exatas e da Terra) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2012. DOI https://doi.org/10.14393/ufu.di.2012.335