Obtenção de microfibrilas de celulose funcionalizadas por oxipropilação

Abstract

No início do ano de 2022, a Assembleia das Nações Unidas para o Meio Ambiente (UNEA) adotou uma resolução para combater a poluição plástica até final de 2024. Tendo em vista a necessidade de se adequar às tendências atuais, o desenvolvimento de compósitos a base de celulose para o setor de embalagens representa uma inovação tecnológica ao mercado nacional, contribuindo para a valorização da biomassa vegetal e um menor impacto ambiental, evidenciando o caráter inovativo deste trabalho. Diante deste cenário, o presente estudo visa a obtenção de microfibrilas de celulose (CMFs) funcionalizadas através da reação de modificação química de oxipropilação das fibras de celulose (CFs). A metodologia consiste em expor a celulose a uma etapa inicial de ativação alcalina e posteriormente, a etapa de funcionalização em um reator autoclave. Para a funcionalização foram empregadas diferentes condições de síntese: (i) proporções molares [OP]/[OHcelulose] e (ii) temperatura reacional. Finalizada a modificação química as amostras foram lavadas, secadas e foi feito o estudo da caracterização química. Para confirmar se a funcionalização ocorreu com sucesso foi realizada a análise de Espectroscopia no Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR) onde visualizou os aumentos das intensidades das bandas atribuídas aos grupos metilênicos e éter. Pela técnica de Difração de raios-X (DRX) foi feito o estudo da cristalinidade, em que se verificou o aumento da cristalinidade e que houve mudança do alomorfo da celulose. As morfologias das CMFs foram analisadas por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e observou que a natureza fibrilar foi preservada após a modificação química. Os resultados de análise térmica (TG e DTG) apontaram uma maior resistência à degradação nas amostras funcionalizadas, o que pode estar associado à formação de ligações cruzadas pela presença dos grupos metilênicos na celulose. A obtenção das microfibrilas e o seu grau de dispersão foi investigado por Microscopia Óptica (MO) após a etapa de homogeneização e dispersão por ultrassom em diferentes intervalos de tempo de exposição. A partir deste estudo realizado pretende-se contribuir para o avanço do conhecimento na área, explorando novas possibilidades de funcionalização de CMFs e fornecendo informações importantes para aplicações em diversos campos da ciência dos polímeros e suas tecnologias.

At the beginning of the year 2022, the United Nations Environment Assembly (UNEA) adopted a resolution to combat plastic pollution by the end of 2024. Given the need to adapt to current trends, the development of composites based on cellulose for the packaging sector represents a technological innovation for the national market, contributing to the valorization of plant biomass and a lower environmental impact, highlighting the innovative nature of this work. Given this scenario, the present study aims to obtain functionalized cellulose microfibrils (CMFs) through the chemical modification reaction of oxypropylation of cellulose fibers (CFs). The methodology consists of exposing the cellulose to an initial alkaline activation step and subsequently, the functionalization step in an autoclave reactor. For functionalization, different synthesis conditions were used: (i) molar proportions [OP]/[OHcellulose] and (ii) reaction temperature. Once the chemical modification was complete, the samples were washed, dried and the chemical characterization was studied. To confirm whether the functionalization occurred successfully, Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) analysis was performed, which visualized the increased intensities of the bands attributed to the methylene and ether groups. Using the X-ray Diffraction (XRD) technique, the crystallinity was studied, which showed an increase in crystallinity and a change in the cellulose allomorph. The morphologies of the CMFs were analyzed by Scanning Electron Microscopy (SEM) and it was observed that the fibrillar nature was preserved after chemical modification. The thermal analysis results (TG and DTG) showed greater resistance to degradation in the functionalized samples, which may be associated with the formation of cross-links due to the presence of methylene groups in cellulose. The obtaining of microfibrils and their degree of dispersion was investigated by Optical Microscopy (OM) after the homogenization and dispersion stage by ultrasound at different exposure time intervals. This study aims to contribute to the advancement of knowledge in the area, exploring new possibilities for functionalizing CMFs and providing important information for applications in various fields of polymer science and its technologies.