Desenvolvimento de aerogéis compósitos de amido preenchido com nanocelulose

Desenvolvimento de aerogéis compósitos de amido preenchido com nanocelulose

• Autor
• Paulo Henrique Camani
• Co-autores
• Carolina Paschoalini , Karina M. Sato , Derval S. Rosa
• Resumo

• Aerogéis são estruturas altamente porosas, que possuem elevada porosidade, baixíssima densidade, bem como elevada área superficial e baixa taxa de encolhimento. Como materiais funcionais, estes podem ser aplicados desde isolamento térmico e acústico, drug delivery, bem como na remediação de recursos hídricos. Além disso, a incorporação de micro e/ou nanocargas na matriz dos aerogéis tem sido relatada como uma estratégia eficiente para melhorar as propriedades dos compósitos de aerogéis sintetizados, como comportamento de intumescimento, resistência mecânica, térmica e desempenho de remoção de íons metálicos. Logo, este trabalho visa o desenvolvimento de um aerogel compósito de amido de milho contendo nanoestruturas de celulose (NECs) oriundas de resíduos lignocelulósicos de eucalipto. Para o preparo da nanocelulose, a serragem de eucalipto foi submetida à pré-tratamentos assistidos por micro-ondas, com posterior isolamento mecânico combinatório. Após o isolamento das NECs, estas foram incorporadas durante a síntese dos hidrogéis de amido por reticulação nas concentrações de 1, 3 e 5% (m/m), seguido de secagem por freeze-drying (liofilização) para obtenção dos aerogéis compósitos. Logo, estes aerogéis foram caracterizados por densidade aparente, porosidade, taxa de encolhimento, microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia infravermelha com transformada de Fourier (FTIR). Primeiramente, avaliando o aspecto visual dos aerogéis compósitos, uma estrutura porosa e semelhante à uma espuma foi obtida. A adição das NECs tornou o aerogel de amido menos rígido, mais macio ao toque, semelhante à espuma de poliuretano. Além disso, as amostras de 3 e 5% possuem menos falhas na superfície quando comparadas ao aerogel de amido puro, enquanto a amostra de 1% de nanocelulose possui um aspecto intermediário. Quanto a densidade média aparente e porosidade média (%), obteve-se densidade aparentes de 0,26 ± 0,03; 0,19 ± 0,03 e 0,19 ± 0,04 g/cm³ e percentual de porosidade de 67 ± 3; 76 ± 4 e 75 ± 5% para as amostras contendo 1, 3 e 5% de NECs, respectivamente. Estes resultados condizem com a literatura existente sobre o assunto, cuja densidade varia entre 0,1 e 0,24 g/cm³, no entanto a porosidade deveria alcançar a faixa dos 85%. Em relação a taxa de encolhimento, os aerogéis obtiveram taxas de encolhimento entre 11 e 13%, que caracterizam a obtenção de uma estrutura estável e sem colapso de estrutura tridimensional, que são essenciais para a obtenção de um aerogel. Por sua vez, a sua morfologia resultou em estruturas tridimensionais interconectadas, compostas por lamelas finas visíveis. E se nota a presença de poros, variando a dimensão deles, que são responsáveis pela baixa densidade discutida anteriormente. Além disso, é verificado partículas de NECs incrustradas na estrutura do aerogel de amido, presumindo que haja uma boa interação superficial entre a fase dispersa e a fase matriz. Por fim, a partir dos espectros de FTIR, um aumento de intensidade da banda em 3000-3600 cm^-1, associada ao estiramento das hidroxilas –OH foi observada para os compósitos de 3 e 5% de NECs, indicando um maior número de hidroxilas devido às ligações de hidrogênio formadas entre o amido e a nanocelulose. Além disso, observou-se um acentuamento significativo e ligeiro deslocamento para uma região de menor frequência da banda associada a flexão do grupo –CO, no pico 1640 cm^-1 para as amostras puras e pico 1575 cm^-1 para as amostras de compósito. Esta banda está geralmente relacionada com a cristalinidade, indicando que as amostras de 5% obtiveram estruturas cristalinas com maior eficiência que as amostras 1 e 3 %, respectivamente. Portanto, a partir da adição de NECs na estrutura, um leve aumento de porosidade foi verificado, bem como estabilidade dimensional, morfologia altamente porosa e possível indício de maior cristalinidade foi alcançado, possibilitando aplicações como na área de remediação de ecossistemas contaminados. 

• Palavras-chave
• aerogel; compósito; amido; nanocelulose; estrutura porosa.
• Modalidade
• Pôster
• Área Temática
• Materias Funcionais Avançados