Nanotecnologia

WHISKERS DE FIBRAS DE BANANEIRAS OBTIDOS SOB DIFERENTES CONDIÇÕES DE HIDRÓLISE ÁCIDA

C. S. de Miranda1*; A. S. Souza¹; L. C. S. Ferreira¹; N. M. José1

1Universidade Federal da Bahia, Instituto de Química, Grupo de Energia e Ciências dos Materiais, GECIM, Escola Politécnica, Rua Prof. Aristides Novis, n°2, Federação, Salvador, Bahia, Brasil. *[e-mail]

RESUMO

Atualmente, diversificando-se o uso de fibras celulósicas, uma nova tendência tem-se manifestado em segmentos de pesquisas que objetivam a obtenção e uso dos chamados “whiskers” de celulose. Estes são obtidos após a hidrólise ácida da celulose, processo no qual acarreta a remoção da fase amorfa permanecendo a fase cristalina da celulose. Os whiskers têm diferentes razões de aspecto (comprimento/diâmetro (L/D)) dependendo das condições de extração e da origem da celulose. O objetivo do trabalho foi avaliar termicamente, estruturalmente e morfologicamente os materiais. A obtenção da celulose foi obtida por dois métodos: solução alcalina de peróxido de hidrogênio e solução de hipoclorito de sódio. Os whiskers de celulose foram obtidos através da hidrólise ácida. Os resultados obtidos revelaram que o método de extração da celulose influencia nas propriedades térmica, estrutural e morfológica dos materiais.

Palavras-chave: Fibra de bananeira, celulose, whiskers, propriedades

INTRODUÇÃO

Do pseudocaule da bananeira é possível extrair vários tipos de fibras, mas todas essas características dependem da espécie, das condições climáticas e do tipo de solo (1). Estas fibras têm despertado um grande interesse, conforme a literatura elas apresentam um alto teor de celulose em sua composição química (2) e este constituinte é responsável pelas propriedades mecânicas da fibra, pois a celulose confere flexibilidade às fibras (3).

O estudo dos processos de fracionamento das fibras se faz necessário por possibilitar a utilização dos componentes estruturais isolados das fibras vegetais em aplicações específicas (4). A separação das fibras naturais em seus constituintes principais pode ser realizada por vários métodos, os quais exploram as diferenças químicas e estruturais entre os componentes (5).

A obtenção de polpas branqueadas e com alto nível de deslignificação é de grande interesse para produção de celulose microcristalina e whiskers devido a sua aplicabilidade como reforço de matrizes poliméricas, principalmente, em função de sua grande área superficial e ótimas propriedades mecânicas. Assim, diversas metodologias de preparação de whiskers têm sido desenvolvidas e otimizadas, já que quanto menor o tamanho da partícula maior o índice de cristalinidade obtido (6-7).

Portanto, o presente trabalho propõe desenvolver nanofibras e celulose, obtidas por fibras de bananeiras provenientes do estado da Bahia.

MATERIAIS E MÉTODOS

Materiais

Foram utilizadas para os tratamentos fibras extraídas do pseudocaule de Bananeira da prata (Musa Paradisíaca) da região de Salvador-Ba. Utilizou-se hidróxido de sódio, ácido sulfúrico, solução de hipoclorito de sódio (VETEC), ácido acético glacial (QUIMIS) e o peróxido de hidrogênio (Synth).

Método

Polpação

Foram submetidas 15g de cada fibra em 300 mL da solução de 5% de hidróxido de sódio em um béquer sobre agitação mecânica durante 2 horas a 80 °C. Depois foi filtrada, lavada e seca em estufa a 70 ºC.

Branqueamento das Fibras com Hipoclorito de Sódio

Após a extração da lignina as fibras foram submetidas a uma solução de hipoclorito de sódio e uma solução tampão 1:1 (ácido acético e hidróxido de sódio), por 2 horas a 80 °C até o branqueamento. Foram filtradas, lavadas com água destilada e seca em estufa a 70 °C.

Branqueamento das Fibras com Peróxido de Hidrogênio

As fibras de bananeira previamente tratadas com hidróxido de sódio (conforme descrito acima) foram colocadas em uma mistura de peróxido de hidrogênio (H2O2 15% (v/v)) e hidróxido de sódio (NaOH 5% (m/v)) à temperatura de 55 °C. O sistema permaneceu sob constante agitação por 2 horas. Após o resfriamento procedeu-se a filtração sob vácuo lavando-se o material com água destilada até atingir pH neutro. A fibra foi seca em estufa.

Preparação das Nanopartículas de Celulose

As fibras branqueadas foram submetidas à hidrólise ácida. Utilizou-se 100 mL da solução de 55% de ácido sulfúrico para 5g de fibra branqueada. A hidrólise foi realizada em um béquer com agitação mecânica constante a uma temperatura de 50 °C, por aproximadamente 1h e 30min e 2h. Decorrido este tempo, foram adicionados à suspensão obtida 300 mL de água destilada gelada para cada 5 g de fibra. Em seguida a suspensão foi centrifugada a 4.400 RPM por 10min sendo esta etapa repetida até ausência de sobrenadantes e submetida à diálise até atingir o pH entre 6 e 7. A suspensão neutra de nanofibras foi dispersa em um banho de ultrassom por 5 minutos e finalmente secas.

As amostras foram caracterizadas por TG, FTIR, DRX, MEV e composição química por Van Soest.

Tabela 1. Especificações dos códigos das amostras.

Código Especificação

FB Fibra de bananeira

FBBH Fibra de bananeira branqueada com NaClO

FBBP Fibra de bananeira branqueada com H2O2

WBH1 Whiskers de FBBH t = 90 min

WBH2 Whiskers de FBBH t = 120 min

WBP Whiskers de FBBP t = 90 min

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Diversas fibras estão sendo aptas a serem utilizadas como reforços poliméricos, por possuírem como principais atrativos o baixo custo, boa resistência e rigidez, baixa densidade e biodegradabilidade. A baixa densidade da fibra é de grande interesse industrial devido à possibilidade de produzir materiais resistentes e leves. Como mostrado na Tab. 2, à fibra de bananeira possui baixa densidade e em sua composição química apresenta alto teor de celulose, característica esta