Dados do Trabalhos de Conclusão

UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC
NANOCIÊNCIAS E MATERIAIS AVANÇADOS (33144010006P9)
ISOLAMENTO E MODIFICAÇÕES DE NANOESTRUTURAS DE CELULOSE A PARTIR DE RESÍDUOS DE EUCALIPTO E SUAS INCORPORAÇÕES EM POLI(BUTILENO ADIPATO-CO-TEREFTALATO)
ALANA GABRIELI DE SOUZA
DISSERTAÇÃO
23/08/2018

Diante da crise ambiental provocada pelo aumento da quantidade de materiais plásticos descartados inadequadamente no meio ambiente, tem-se crescido o interesse no avanço do surgimento de novos produtos poliméricos sustentáveis e ambientalmente amigáveis. Esse estudo objetivou o isolamento e caracterização de nanoestruturas de celulose (NECs), a partir da serragem de eucalipto, por moagem mecânica, e posteriores modificações superficiais com uso de surfactante aniônico ou grafitização com polietileno glicol (PEG). A moagem foi realizada em moinho de bolas, durante 6h. As modificações foram realizadas em solução aquosa, por 24h, para garantia de uma boa adsorção superficial. Os resultados demonstraram que o tratamento realizado apresentou elevada eficácia na remoção de lignina e hemicelulose das fibras de eucalipto, resultando em um material altamente celulósico. Após o isolamento deste, foram obtidas NECs em formato de nanocristais, com elevada cristalinidade (~70%), boas propriedades térmicas e tamanhos nanométricos (~150 nm), porém com baixa estabilidade em suspensão. Para aumento dessa estabilidade, modificou-se a superfície das NECs, observando-se que o surfactante aniônico apresentou boa estabilidade eletrostática com a adição de 5% em massa deste, e o PEG, boa estabilidade estérica com a adição de 2% em massa, sendo que ambas as interações ocorreram pela substituição das hidroxilas livres da celulose, de acordo com os resultados das análises de FTIR, RMN e XPS. Além disso, após as modificações, houve um aumento na estabilidade térmica das NECs, o que favorece o processamento das mesmas na obtenção dos nanocompósitos. Observou-se que a modificação superficial não tem grande influência no formato das partículas, causando apenas variações nos tamanhos por causa dos diferentes princípios de estabilização. Por fim, realizou-se a incorporação das nanoestruturas de celulose em polímero biodegradável, o poli(butileno adipato-co-tereftalato), em homogeneizadora Drays. A incorporação das NECs modificadas resultou em aumento no módulo de elasticidade do material para ambos os sistemas, com indícios de boa dispersão, verificado pelos ensaios mecânicos de tração. Houve também aumento da estabilidade térmica dos nanocompósitos, em comparação com o PBAT puro. As NECs, com e sem modificação, atuaram como pontos de nucleação heterogênea e diminuíram o tamanho de cristalito, de acordo com as informações de DSC e DRX. A análise de absorção de água foi realizada, e verificou-se que a adição dos reforços modificados superficialmente diminuiu a afinidade do polímero com a água, de acordo com a Lei de Fick. As NECs produzidas tem um grande potencial de agente de reforço para a produção de nanocompósitos, devido à sua morfologia, cristalinidade e estabilidade térmica, sendo uma alternativa de baixo custo e aplicabilidade industrial, expandindo as aplicações comerciais com o desenvolvimento de novos produtos. As propriedades dos nanocompósitos, como rigidez, temperatura de fusão e cristalinidade permitem estudos que foquem na aplicação desses materiais em diversas áreas, como biomédica e de embalagens. Além disso, este trabalho apresentou uma nova perspectiva de uso a um resíduo de biomassa vegetal, que anteriormente era somente destinado à incineração.

Nanoestruturas de celulose;resíduo de eucalipto;modificação superficial;nanocompósitos biodegradáveis.
In the face of the environmental crisis brought about by the increase in the quantity of plastic materials improperly discarded in the environment, there has been growing interest in the development of new sustainable and environmentally friendly polymer products. This study aimed at the isolation and characterization of cellulose nanostructures (CNSs) from eucalyptus sawdust by mechanical milling and subsequent surface modifications using anionic surfactant or polyethylene glycol (PEG) graphitization. The milling was carried out in a ball mill for 6 hours. The modifications were carried out in aqueous solution, for 24 hours, to guarantee a good surface adsorption. The results showed that the treatment performed showed high efficiency in the removal of lignin and hemicellulose from the eucalyptus fibers, resulting in a highly cellulosic material. The CNSs were obtained in the form of nanocrystals, with high crystallinity (~ 70%), good thermal properties and nanometric sizes (~150 nm), but with low suspension stability. To increase this stability, the surface of the CNSs was modified, observing that the anionic surfactant presented good electrostatic stability with the addition of 5% by mass, and PEG, good steric stability with the addition of 2% by mass. Both interactions occurred by replacing the free hydroxyls of cellulose, according to the results of the FTIR, NMR and XPS analyzes. In addition, after the modifications, there was an increase in the thermal stability of the CNSs, which favors their processing in obtaining the nanocomposites. It has been observed that the surface modification has no great influence on the shape of the particles, causing only variations in the sizes because of different stabilization principles. Finally, the incorporation of cellulose nanostructures into biodegradable polymer, poly (butylene adipate-co-terephthalate), was carried out in a Drays homogenizer. The incorporation of the modified CNSs resulted in an increase in the modulus of elasticity of the material for both systems, with evidence of good dispersion verified by mechanical tensile tests. There was also an increase in the thermal stability of the nanocomposites compared to pure PBAT. The NECs, with and without modification, acted as heterogeneous nucleation points and decreased crystallite size, according to the DSC and XRD information. Water absorption analysis was performed, and it was found that the addition of the surface modified reinforcers decreased the affinity of the polymer with water, according to Fick's Law. The CNSs presented a great potential as a reinforcing agent for the production of nanocomposites due to their morphology, crystallinity and thermal stability, being an alternative of low cost and industrial applicability, expanding the commercial applications with the development of new products. The properties of nanocomposites, such as stiffness, melt temperature and crystallinity allow studies focusing on the application of these materials in several areas, such as biomedical and packaging. In addition, this work presented a new perspective of use to a vegetal biomass residue, that previously was only destined to the incineration
Cellulose nanostructures;eucalyptus residues;surface modification;biodegradable nanocomposites.
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PORTUGUES
UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC
O trabalho não possui divulgação autorizada

Contexto

NANOCIÊNCIAS E MATERIAIS AVANÇADOS
MATERIAIS FUNCIONAIS AVANÇADOS
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Banca Examinadora

DERVAL DOS SANTOS ROSA
DOCENTE - PERMANENTE
Sim
Nome Categoria
HOLMER SAVASTANO JUNIOR Participante Externo
MARIA INES BRUNO TAVARES Participante Externo

Financiadores

Financiador - Programa Fomento Número de Meses
FUND COORD DE APERFEICOAMENTO DE PESSOAL DE NIVEL SUP - Programa de Demanda Social 5
CONS NAC DE DESENVOLVIMENTO CIENTIFICO E TECNOLOGICO - Bolsa de Mestrado no País GM 11
UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC - Pró reitoria de Pós Graduação 7

Vínculo

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Não