Os pré-tratamentos empregados para a produção de nanofibras celulósicas foram eficazes. Polpas celulósicas com altos rendimentos e com variações nas alvuras foram produzidas. A análise da composição química indicou um aumento de 121% no teor de alfa-celulose da polpa, após o primeiro branquemento em relação a fibra “in natura”. O espectro de FTIR confirmou este dado e revelou que os pré-tratamentos químicos removeram com sucesso lignina e hemiceluloses. Ambos os resultados de DRX e TGA indicaram melhoria progressiva das propriedades das polpas. O aumento da cristalinidade das amostras foi de cerca de 12% após o primeiro branqueamento, em relação a fibra “in natura”. O pré-tratamento selecionado, aplicado pela segunda vez consecutiva à polpa, causou danos na estrutura da celulose. Este comportamento foi observado pela redução nos valores do rendimento, cristalinidade, TGA e alfa-celulose, após o primeiro branqueamento. O aumento da intensidade das bandas dos grupos carbonílicos apresentados no espectro de FTIR confirma a deterioração.
A nanofibrila de celulose de polpa de bambu pode ser isolada utilizando processos industriais de polpação e refino seguido por pré-tratamentos químicos (alcalino e branqueamento com H2O2) e mecânico (desfibrilador e ultra-som). A maior quantidade
de nanofibras com diâmetros inferiores a 100 nm foi produzida para as polpas com 30 passagens pelo desfibrilador mecânico. A redução na largura destas nanofibras em relação as nanofibras com 5 passagens foi de cerca de 88%. A ação dos pré-tratamentos e das forças de cisalhamento combinada com o ultra-som durante a sonicação foi efetiva na abertura da estrutura das fibras liberando as nanofibrila da parede celular. As forças de oscilação mecânica reduziram a viscosidade e o grau de polimerização das nanofibras conforme o aumento do número de passagens pelo desfibrilador. O aumento da transparência das suspensões caracterizou uma melhoria progressiva na passagem da micro para a nanoescla.
O amido de mandioca apresentou as melhores particularidades para a formação de biofilmes em relação aos outros polissacarídeos analisados. As medições de FTIR revelaram a presença do grupo acetil e carbonilas conjugadas entre as moléculas de amilose e amilopectina, tratando-se, portanto, de um amido acetilado. Este comportamento também foi identificado pelos diferentes valores de amilose (14,98±0,67) e amilopectina (85,01±1,11) apresentados pelo amido. O amido de
mandioca apresentou uma estrutura mais organizada a nível molecular com baixa tendência a retrogradação e mais resistentes frente a ações térmicas e mecânicas durante o ensaio viscoamilográfico, sendo, portanto, mais estáveis e com alto potencial para formação de biofilmes, em relação aos outros polissacarídeos analisados.
As análises preliminares dos biofilmes de polissacarídeos e álcool polivinílico mostraram que a melhor concentração de solução filmogênica obtida foi de 3% para todos os biofilmes de polissacarídeos, enquanto as melhores concentrações de plastificantes foram de 20, 12 e 12%, para os biofilmes de amido de arroz, amido de mandioca e amido de milho, respectivamente. Dentre estes biofilmes, aquele que mais se destacou mediante seu comportamento frente as propriedades morfológicas, mecânicas, térmicas, microestruturais e físicas foi o produzido com 3% de amido de mandioca e 12% de plastificante. A escolha do biofilme de álcool polivinílico foi realizada segundo o seu comportamento frente as propriedades mecânicas de tração, permeabilidade e solubilidade em água, sendo escolhido aquele que obteve um melhor desempenho, que neste caso foi o biofilme formado com 4% de solução filmogênica e 25% de plastificante.
As análises morfológicas, termogravimétricas e de espectroscopia de infravermelho confirmaram a boa compatibilidade e a interação entre os polímeros formadores da blenda (amido de mandioca e álcool polivinílico) para a maioria das proporções. O aumento da proporção de amido de mandioca levou a formação de blendas mais rígidas, quebradiças, opacas, mais resistentes termicamente e menos permeáveis ao vapor de água, enquanto a adição de uma quantidade mais elevada (60 e 80%) de álcool polivinílico originou blendas mais flexíveis e maleáveis, menos resistentes termicamente, mais transparentes e mais solúveis em água. Por apresentar propriedades morfológicas, mecânicas e óticas mais adequadas as aplicações propostas, a blenda com melhor desempenho foi aquela com 80% de álcool polivinílico e 20% de amido de mandioca.
A formação de blendas com amido de mandioca e álcool polivinílico é uma alternativa mais limpa para produção de filmes biodegradáveis mais sustentáveis para atender as demandas dos setores de embalagens plásticas e agrícola.
Os resultados revelaram melhorias significativas em todas as propriedades dos bionanocompósitos após a inserção de nanofibras produzidas com 30 passagens pelo desfibrilador na blenda de controle (80P20A). As propriedades mecânicas de tensão na ruptura e alongamento na ruptura aumentaram em 24 e 51%, respectivamente, em
relação a blenda de controle, com 6,5% de nanoreforço, enquanto o módulo de elasticidade apresentou queda de 40%. Estes resultados tornaram o bionanocompósito mais forte e flexível, portanto mais tenazes e dúcteis em relação aos demais. A inserção de 6,5% de nanofibras elevou a cristalinidade do bionanocompósito em cerca de 10%. Já a transmissão de luz diminuiu com o aumento do teor de nanofibrila. Os resultados também mostraram que o teor de 6,5% de nanofibrila reduziu para 20 e 30% os valores de permeabilidade ao vapor de água e solubilidade em água, respectivamente, em relação a blenda 80P20A. As endotermas e as exotermas obtidas pelo ensaio de DSC mostraram que as nanofibras (6,5%) com 30 passagens pelo desfibrilador atuaram como agente de nucleação na matriz, formando cristais mais perfeitos e com maiores dimensões.
O trabalho demonstrou a viabilidade de se produzir bionanocompósitos para atender as demandas dos setores de embalagens plásticas e agrícolas fazendo uso de materiais biodegradáveis mais baratos e sustentáveis em todas as fases de produção, em substituição a matéria-prima sintética, largamente utilizada nos dias de hoje, apresentando propriedades semelhantes e até melhoradas em relação a alguns tipos de polímeros utilizados por estes setores.
REDEMAT CAPÍTULO 7