Influência do beneficiamento químico do algodão na obtenção e caracterização de nanocristais de celulose

Abstract

A nanotecnologia é um ramo de extrema importância, pois possibilita a obtenção de nanomateriais com propriedades únicas e diferenciadas. Assim, a obtenção e aplicação desses nanomateriais têm sido intensivamente estudadas em diversos segmentos. Um nanomaterial que possui excelentes características e grande potencial para aplicação em compósitos é o nanocristal de celulose, sendo biodegradável, de fácil obtenção, com alta resistência mecânica, cristalinidade, possibilidade de auto-montagem e modificação química da superfície, entre tantas outras propriedades. Para obter-se os nanocristais de celulose podem ser utilizadas variadas fontes celulósicas encontradas na natureza. Neste trabalho estudou-se cinco tipos de algodões como fonte, sendo a diferença entre eles o beneficiamento químico utilizado. Dessa forma, o objetivo geral deste trabalho é estudar a influência do beneficiamento químico do algodão na obtenção e caracterização dos nanocristais de celulose. Os beneficiamentos químicos realizados a partir de fita de algodão cru foram a purga, o alvejamento e a caustificação. Além destes, uma fita de carda alvejada industrialmente foi utilizada. Para a extração dos nanocristais de celulose utilizou-se hidrólise ácida com solução de ácido sulfúrico 64% m., temperatura de 45 ºC e tempo de 45 minutos. Foram realizadas também caracterizações das amostras de algodão beneficiadas e dos nanocristais formados. As amostrasalvejadas apresentaram coloração esbranquiçada e as demaiscontinuaramcom coloração amarelada semelhante a fita de carda de algodão cru. Notou-se alteração da seção longitudinal do algodão que foi caustificado em relação aos outros algodões, devido à mudança do alomorfismo da celulose. As nanoceluloses obtidas apresentaram alta cristalinidade (>80%), estrutura cristalina de celulose I e dimensões entre 100 e 360 nm, sendo os menores valores observados quando utilizou-se as fontes celulósicas alvejadas. A nanocelulose obtida do algodão cru foi a mais estável em suspensão e com maior cristalinidade, porém a com maior dimensão. Os nanocristais de celulose das amostras de algodão alvejado obtiveram o formato de agulhas que era esperado para a nanocelulose. De forma geral conclui-se que os tratamentos químicos dos algodões influenciam na nanocelulose formada, pois alteram aspecto, dimensão e estabilidade dos nanocristais. Devido ao menor tamanho e adequadas cristalinidade e estabilidade, o algodão alvejado apresenta maior potencial para estudos em compósitos.

Nanotechnology is a branch of extreme importance because it makes it possible to obtain nanomaterials with unique and differentiated properties. Thus, the obtaining and application of these nanomaterials has been highly studied in several fields. A nanomaterial that has excellent properties and great potential for the application in composites is the cellulose nanocrystal, being biodegradable, easy to obtain, with high mechanical resistance, crystallinity, possibility of self-assembly and surface chemistry modification, among many other properties. In order to obtain cellulose nanocrystals, various cellulosic sources found in nature can be used. In this work, five types of cottons with different chemical beneficiation were studied as source. Thus, the general objective of this work is to study the influence of cotton chemical processing on the production and characterization of cellulose nanocrystals. The chemical treatments made from carded cotton were purging, bleaching and causticizing. In addition, industrially bleached card strip was used. For the extraction of the cellulose nanocrystals, acid hydrolysis with sulfuric acid solution (64% m.) was performed at temperature of 45 °C for 45 minutes. Characterization of the beneficiated cottons and the formed nanocrystals were also carried out. The cottons submitted to bleaching showed whitish coloring while samples with purge and causticizing remained with yellowish coloration, similar to raw cotton card ribbon. It was noticed a change in the longitudinal section of the cotton that was causticized in relation to the other cottons, due to a change in the alomorphism of the cellulose. The obtained nanocellulose had high crystallinity (> 80%), crystalline structure of cellulose I and dimensions between 100 and 360 nm, being the smaller values observed when the cellulosic sources bleached were used. The nanocellulose obtained from raw cotton was the most stable and with the highest crystallinity, but the largest one. The cellulose nanocrystals of the bleached cottons showed the format of needles that were expected for the nanocellulose. In general, it is concluded that the chemical treatments of the cottons influence the formed nanocellulose formed, because they alter the appearance, dimension and stability of the nanocrystals. Due to the smaller size and adequate crystallinity and stability, the bleached cotton presents greater potential for further studies on composites.