Dissertação
Filmes de nanofibrilas de celulose e microssílica do resíduo do açaí com alta reatividade superficial.
Registro en:
SAKUMA, Fernanda Yukari de Souza. Filmes de nanofibrilas de celulose e microssílica do resíduo do açaí com alta reatividade superficial. Orientadora: Lina Bufalino. 2022. 52 f. Dissertação (Mestrado em Ciências Florestais) - Universidade Federal Rural da Amazônia, Belém, 2022. Disponível em: . Acesso em: .
CDD: 634.6098115
Autor
SAKUMA, Fernanda Yukari de Souza
Institución
Resumen
A cadeia produtiva do açaí gera de grandes quantidades de resíduos compostos por fibras lignocelulósicas e sementes que são desperdiçados e poluem o ambiente. O objetivo deste trabalho foi desenvolver filmes biodegradáveis de alta reatividade a partir da combinação de dois materiais derivados do resíduo do despolpamento do açaí: nanofibrilas de celulose e microssílica. As fibras foram submetidas a tratamentos alcalinos com hidróxido de sódio (NaOH) e branqueamento com peróxido de hidrogênio (H2O2). As nanofibrilas de celulose foram produzidas com cinco passagens no grinder Supermasscolloider. Três composições do resíduo foram submetidas à produção de microssílica: (a) sementes + fibras lignocelulósicas; (b) fibras lignocelulósicas; e (c) sementes. As amostras foram submetidas sequencialmente aos seguintes procedimentos: tratamento com (2N) HCl; tratamento térmico a 650 °C por 3 h; tratamento com (6N) HCl para formação do silicato de sódio (Na2SiO3) por meio da agitação magnética em solução 2.5N de NaOH, formando o gel com adição de ácido sulfúrico (H2SO4); e secagem em estufa. Os filmes de nanofibrilas de celulose foram produzidos com concentrações diferentes de microssílica (2,5%, 5% e 10%) pelo método casting. As seguintes caracterizações foram realizadas: microscopia eletrônica de varredura (MEV) para as fibras; microscopia eletrônica de transmissão para as nanofibrilas; espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier, termogravimetria, MEV com espectroscopia por energia dispersiva e difração de raios X para as microssílicas; e ângulo de contato e propriedades físicas dos filmes. Os tratamentos químicos individualizaram as fibras e removeram extrativos orgânicos e inorgânicos das suas superfícies. Foram obtidas nanofibrilas de celulose com aproximadamente 30 nm de diâmetro. A metodologia proposta para obtenção de estruturas de sílica, com tratamentos químicos e combustão a 650°C, a partir as três frações do resíduo do açaí, foi eficiente para as fibras isoladas, pois resultou em fração mineral em maior proporção (≈ 96%), com predominância de microestruturas compostas de sílica cristalina, com alta resistência térmica e sem evidências de componentes químicos primários orgânicos da biomassa. As sementes contendo ou não fibras submetidas ao mesmo processo resultaram em resíduo orgânico em maior proporção e menor proporção de micropartículas de sílica. A adição das micropartículas de sílica de alta pureza resultou em filmes de alta reatividade superficial, molhabilidade, absorção de água e permeabilidade. Estas características são vantajosas para aplicações como dispositivos eletrônicos sustentáveis e papéis para impressão. The açaí production chain generates large amounts of waste composed of lignocellulosic fibers and seeds that are wasted and pollute the environment. The objective of this work was to develop highly reactive biodegradable films from the combination of two materials derived from açaí pulping waste: cellulose nanofibrils and microsssilica. The fibers were submitted to alkaline treatments with sodium hydroxide (NaOH) and bleaching with hydrogen peroxide (H2O2). Cellulose nanofibrils were produced with five passes in the Supermasscolloider grinder. Three residue compositions were subjected to microssilica production: (a) seeds + lignocellulosic fibers; (b) lignocellulosic fibers; and (c) seeds. The samples were sequentially submitted to the following procedures: treatment with (2N) HCl; heat treatment at 650 °C for 3 h; treatment with (6N) HCl to form sodium silicate (Na2SiO3) using magnetic stirring in 2.5N NaOH solution, forming the gel with the addition of sulfuric acid (H2SO4); and oven drying. Cellulose nanofibril films were produced with different concentrations of microssilica (2.5%, 5%, and 10%) by the casting method. The following characterizations were performed: scanning electron microscopy (SEM) for the fibers; transmission electron microscopy for nanofibrils; Fourier transform infrared spectroscopy, thermogravimetry, SEM with energy dispersive spectroscopy and X-ray diffraction for microssilicas; and contact angle and physical properties of the films. Chemical treatments individualized the fibers and removed organic and inorganic extractives from their surfaces. Cellulose nanofibrils with approximately 30 nm in diameter were obtained. The proposed methodology for obtaining silica structures, with chemical treatments and combustion at 650°C, from the three fractions of açaí waste, was efficient for the isolated fibers, as it resulted in a mineral fraction in a more significant proportion (≈ 96%), with a predominance of microstructures composed of crystalline silica, with high thermal resistance and without evidence of primary organic chemical components of the biomass. The seeds containing or not fibers submitted to the same process resulted in organic residue in greater proportion and lesser proportion of silica microparticles. The addition of high purity silica microparticles resulted in films of high surface reactivity, wettability, water absorption, and permeability. These features are advantageous for applications such as sustainable electronic devices and printing papers.