Nanocristais de celulose para preparação de bionanocompósitos com quitosana e carbonos nanoestruturados para aplicações tecnológicas e ambientais

AUTOR(ES)
FONTE

IBICT - Instituto Brasileiro de Informação em Ciência e Tecnologia

DATA DE PUBLICAÇÃO

28/02/2012

RESUMO

Nesta tese de doutorado, nanocristais de celulose (NCCs), preparados a partir de polpa de eucalipto, foram utilizados como material de reforço em bionanocompósitos poliméricos com o biopolímero quitosana e na preparação de nanoestruturas de carbono, através de pirólise controlada. As nanoestruturas de carbono obtidas foram usadas para modificar a superfície de vermiculita expandida (VE). Os NCCs foram obtidos por meio da hidrólise da polpa de eucalipto com H2SO4 e caracterizados com diferentes técnicas incluindo MET, DRX, FT-IR e titulação potenciométrica. Os NCCs obtidos apresentaram em média 145+-25 nm de comprimento e 6+-1,5 nm de diâmetro e uma superfície negativamente carregada, com 141mmol.Kg-1 de grupos funcionais ácidos na superfície dos nanocristais.Para preparação dos bionanocompósitos de quitosana com NCCs foram utilizadas três diferentes estratégias. Primeiro, os bionanocompósitos de quitosana com NCCs foram preparados utilizando o método de evaporação do solvente. O efeito da incorporação dos NCCs nas propriedades mecânicas, térmicas e de capacidade de absorção de água dos filmes dos nanocompósitos com diferentes concentrações de NCCs foram avaliados. Foi verificado que os NCCs encontram-se uniformemente dispersos na matriz interagindo fortemente com as cadeias poliméricas da quitosana. Essas interações fortes resultaram em melhorias de até 160% no módulo de elasticidade, 115% na resistência a tração e numa diminuição significativa da capacidade de absorção de água do biopolímero. Nos bionanocompósitos obtidos através da ligação química entre os NCCs e a quitosana foram observadas propriedades mecânicas semelhantes às observadas para os materiais preparados com NCCs não funcionalizados. No entanto, neste compósito, a diminuição da capacidade de absorção de água foi consideravelmente maior que a observada no material obtido pela simples incorporação de NCCs no biopolímero. A técnica de deposição camada por camada foi também utilizada para preparação de filmes finos de bionanocompósitos QT/NCCs. Verificou-se, com a espectroscopia UV-Vis, um crescimento linear dos filmes com os ciclos de imersão, e, em cada ciclo mediu-se uma deposição de 14,7 mg.m-2 de quitosana. Essa massa de quitosana depositada, mais a camada de NCC formaram uma bicamada (QT+NCC) de 7 nm de espessura. Além disso, imagens obtidas com MEV mostraram que a superfície dos filmes apresentam uma morfologia porosa tipo ¿espaguete¿ sendo caracterizada, por microscopia de força atômica (MFA), como relativamente suave com um valor de rugosidade médio menor que 11 nm para um filme de 20 bicamadas. Os NCCs foram também utilizados na preparação de nanoestruturas de carbono por meio de pirólise em diferentes temperaturas. Foi verificado que as diferentes temperaturas de pirólise modificam profundamente as características do carbono obtido. Com a pirólise a 300ºC tem-se uma carbonização incompleta, entretanto foi possível identificar através da MET-AR a presença de estruturas tubulares com ordenamento grafítico. Com o aumento da temperatura de pirólise para 600 e 900ºC, as estruturas tubulares desaparecem e outras, constituídas de carbono amorfo e carbono grafítico, com morfologia esférica e oval predominam. Além disso, há um significativo aumento na área específica e volume de micro e mesoporos com a elevação da temperatura de pirólise. Os materiais obtidos foram então utilizados na adsorção de bisfenol A. A amostra de NCC pirolisada a 900°C (CANCC900) apresentou uma significativa afinidade pela molécula do bisfenol A, apresentando uma capacidade de adsorção rápida e alta. A capacidade máxima de adsorção, obtida com o ajuste dos dados pela isoterma de Langmuir, foi de 1029 mgg-1. Essa alta capacidade de adsorção foi atribuída à maior área superficial e também a maior acessibilidade à superfície, proporcionada pelo significativo montante de mesoporos. Finalmente, os NCCs foram dispersos e depositados sobre a superfície de vermiculitas expandidas através do simples controle dos ciclos de imersão. A deposição de NCCs sobre a superfície da vermiculita foi confirmada por FTIR e TG. Posteriormente, as vermiculitas recobertas com NCC foram pirolisados a 900ºC para a formação de uma camada superficial de carbono nanoestruturado amorfo e grafítico. A presença desta camada de carbono modificou significativamente a morfologia da superfície, assim como o seu caráter hidrofóbico/hidrofílico aumentado a capacidade de absorção de óleo vegetal e de motor em 250 e 100%, respectivamente, em relação à VE

ASSUNTO(S)

química inorgânica  teses.   vermiculita teses.   celulose  teses.   quitosana teses.   nanotecnologia  teses.   cristais  teses.  

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