Elucidação e caracterização de extrato polimérico de Crotalaria spectabilis: possíveis aplicações biossustentáveis em espumas poliuretanas e potencial retardância de chamas

Abstract

Em tempos de acelerado desenvolvimento tecnológico e científico, o homem por sua necessidade, passou a desenvolver produtos que apresentam características físico-químicas superiores, como resistência à degradação, baixa densidade, fácil processamento, e que hoje em nossos dias são consumidos diariamente por toda a população. Os polímeros se enquadram nesse perfil, como produtos de sucesso em engenharia. Mas a falta de programas e estudos de impacto ambiental, acarretaram em milhões de toneladas de lixo e resíduos produzidos a partir da fabricação e destinação dos produtos. Além disso, o uso excessivo de fontes não renováveis e altamente poluentes, agravam ainda mais esse cenário. Dentro desse contexto, o uso de produtos de origem vegetal com perfil sustentável vem atraindo o interesse e estimulando a pesquisa de novos materiais verdes ou bio-based. Este trabalho teve por objetivo a caracterização e elucidação do extrato aquoso polimérico de Crotalaria spectabilis de parte aérea e possível aplicação na síntese de espumas de poliuretano (PU) e determinação da ação retardante de chamas do extrato puro e reativo em espumas bio-baseadas. A metodologia aplicada seguiu três passos: otimização e caracterização do extrato de C. spectabilis, síntese e caracterização de polímero biobaseado e caracterização dos materiais com retardância a chamas. O material vegetal apresentou altos teores de macro e micronutrientes que apresentaram papel importante nas características físicas e comportamentais do extrato polimérico para suas aplicações. O material foi caracterizado como um compósito polimérico, apresentando como componente majoritário uma pectina do tipo RGI. A inserção do extrato de C. spectabilis na síntese de PU foi satisfatória e apresentou potencial de aplicação levando a um material com maior densidade aparente e com alta porosidade, o que pode ser interessante em aplicações tecnológicas. Pelas propriedades retardantes de chama, o material foi classificado, segundo a norma UL-94, como V-0, assim como a espuma bio-baseada. Estes produtos apresentaram características intumescentes, com formação de uma rede carbonizada na superfície do material, além da proteção otimizada devido a presença de nanopartículas em todo a amostra. O trabalho apresenta potencial para aplicação industrial e vai de acordo com os princípios de sustentabilidade.

Abstract: In times of rapid technological and scientific development, the man, due to his need, began to develop products that have superior physicochemical characteristics such as degradation resistance, low density, easy processing, and which today are consumed daily by the entire population. Polymers fit this profile as successful engineering products. But, the lack of programs and studies of environmental impact, resulted in millions of tons of garbage and waste produced from the manufacture and disposal of the products. In addition, the excessive use of non-renewable and highly polluting sources further aggravates this scenario. Within this context, the use of products of plant origin with sustainable profile has attracted interest and stimulated the research of new green or bio-based materials. The objective of this work was the characterization and elucidation of Crotalaria spectabilis polymeric aqueous extract from aerial part, and possible application in the synthesis of polyurethane (PU) foams and determination of flame retardant action of pure and reactive extract in bio-based foams. The applied methodology followed three steps: optimization and characterization of C. spectabilis extract, synthesis and characterization of bio-based polymer and characterization of flame retardant materials. Plant material presented high levels of macro and micronutrients that played an important role in the physical and behavioral characteristics of the polymeric extract for its applications. The material was characterized as a polymeric composite, presenting as major component a pectin type RGI. The application in PU synthesis was satisfactory and presented application potential leading to a material with higher apparent density and high porosity, which may be interesting in technological applications. Due to its flame retardant properties, the material has been classified according to UL-94 as V-0, as well as bio-based foam. These products presented intumescent characteristics, with the formation of a carbonized network on the surface of the material, besides the optimized protection due to the presence of nanoparticles in the whole sample. The work has potential for industrial application and is in accordance with the principles of sustainability.