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Abstract:
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Devido às preocupações com recursos naturais limitados e impactos ambientais causados pelo uso de polímeros sintéticos, tem havido grande interesse nos últimos anos no uso e desenvolvimento de materiais poliméricos obtidos da biomassa. Neste trabalho, nanocristais de celulose (NC) foram extraídos a partir do sabugo de milho (SM), um rejeito agroindustrial abundante, e utilizados como fase de reforço mecânico e de barreira de filmes bionanocompósitos baseados em quitosana. Antes do isolamento dos NC, os SM foram submetidos a um processo de purificação, através de uma etapa de polpação química (NaOH) e branqueamento (H2O2), a fim de remover constituintes não celulósicos. Foram realizadas análises da composição química, morfológicas e de cristalinidade após cada etapa do processo de purificação, visando avaliar a eficiência do processo na remoção, principalmente, de hemiceluloses e lignina. O material resultante da purificação foi denominado de fibras do sabugo de milho branqueado (SMB), o qual foi submetido a uma hidrólise com ácido sulfúrico 64% (m/m) (45 °C, 60 minutos) para a solubilização das regiões amorfas e liberação das regiões cristalinas em suspensão. Como método alternativo à hidrólise ácida e à funcionalização química tradicional de NC, foi realizada uma oxidação mediada por radical 2,2,6,6-tetrametilpiperidina-1-oxil (TEMPO) diretamente nas fibras celulósicas. A comprovação do isolamento dos NC obtidos via hidrólise (NCH) e via oxidação (NCO) foi realizada por meio de microscopia eletrônica de transmissão (MET) e análises de birrefringência. Além disso, análises de difração de raios x, foram realizadas para comprovar a sua natureza cristalina, e análises termogravimétricas para verificar a sua estabilidade térmica. Os filmes bionanocompósitos foram preparados pela técnica ?casting?, através da adição dos NCH ou NCO em uma solução de quitosana 1% (m/v), e caracterizados quanto as suas propriedades de permeabilidade, solubilidade, hidrofilicidade/hidrofobicidade, energia de superfície, mecânicas, morfológica e térmica. Como propósito secundário, os filmes foram aplicados como interfoliadores de queijo fatiado e a sua eficiência como tal foi avaliada através da investigação da adesão entre as superfícies e, também, pela comparação das suas propriedades (mecânicas, hidrofilicidade/hidrofobicidade e permeabilidade ao vapor de água) com a de dois interfoliadores comerciais (polietileno, PE e papel greasepel, PG). Após o processo de purifacação do SM, os percentuais de celulose, hemiceluloses e lignina foram de 89,3±5,3%, 4,1±0,5% e 1,2±0,3%, respectivamente. Pode-se dizer que o processo de purificação foi eficiente, de modo que a composição do SMB é sustentável para a extração de NC. O rendimento de purificação foi de aproximadamente 50,8% (base seca). Sob as condições de hidrólise e oxidação empregadas foi possível a obtenção de suspensões aquosas estáveis e homogêneas de NCH e NCO. Análises de birrefringência, sob polarizadores cruzados, indicaram a presença dos nanocristais isolados nas suspensões, o que foi confirmado por análise de MET. O rendimento dos NCH e NCO foi de 43% (base seca) e 60% (base seca), respectivamente. O comprimento, diâmetro e aspecto de raio dos NCH variaram de 5 a 40 nm, 3 a 22 nm e de 1 a 2,4, respectivamente, enquanto que dos NCO variaram de 5 a 25 nm, 3 a 17 nm e de 1 a 1,7, respectivamente. Os nanocristais apresentaram uma elevada cristalinidade, sendo de 78,0% para os NCH e de 92,4% para os NCO. A incorporação dessas nanopartículas em diferentes proporções (quitosana:NC (15:1 ou 7:1)) na matriz filmogênica de quitosana proporcionou a obtenção de bionanocompósitos com propriedades melhoradas em comparação aos filmes monofásicos de quitosana. A permeabilidade foi reduzida em até 70%, a resistência à tração e o módulo de Young aumentaram em até 136% e 224%, respectivamente, o que demonstra a boa capacidade de reforço mecânico e de barreira dessas bionanopartículas para a matriz de quitosana. Através de estudos de ângulo de contato de gotas de água sobre a superfície dos filmes, verificou-se que a incorporação dos NCH ou NCO à matriz do filme proporcionou aumento dos valores médios de ângulo de contato, indicando uma menor molhabilidade e, consequentemente, uma maior hidrofobicidade dos filmes bionanocompósitos. Resultados de testes de descascamento mostram que os filmes bionanocompósitos desenvolvidos apresentaram os menores valores de resistência ao descascamento, ou seja, a menor adesão com as superfícies do queijo fatiado, quando comparados aos filmes monofásicos de quitosana e aos filmes de PE e PG. |
