Avaliação do processo de mercerização da torta de mamona
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Maira Cunha Sanches , Nathalia Nogueira Coelho¹, Jorge de M. Futigami¹, Marisa C. G. Rocha
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1: Instituto Politécnico do Estado do Rio de Janeiro (IPRJ-UERJ). Nova Friburgo, Brasil
* e-mail: [email protected]
RESUMO:
A mercerização de fibras naturais é um procedimento bastante utilizado para melhorar a adesão entre as fibras e matrizes
poliméricas. Nesse processo, as fibras vegetais são submetidas a uma interação com solução aquosa de uma base forte,
que produz grande intumescimento, que gera mudanças na estrutura, nas dimensões, na morfologia e nas propriedades
mecânicas das fibras. Nesse trabalho a torta de mamona foi mercerizada utilizando concentraçãoes de 5 e 10% de NaOH.
As fibras foram caracterizadas através de espectrometria no infravermelho com transformada de Fourier, difratograma de
raios X e microscopia eletrônica de varredura. Os resultados evidenciaram que a estrutura e a morfología das fibras foram
alteradas, indicando que houve remoção das ligninas, graxas e de hemiceluloses. A difração de raios x mostra que a
estrutura cristalina que causa difração nas amostras tratadas com 5% de NaOH não é a mesma que causa difração nas
amostras com 10% de NaOH.
Palavras-chave: Mercerização, Torta de mamona , misturas poliméricas.
1
INTRODUÇÃO
O impacto adverso relacionado ao descarte dos
materiais sintéticos, principalmente os utilizados em
embalagens, tem conduzido a uma série de estudos
visando a introdução de cargas naturais, de polímeros
produzidos a partir de fontes renováveis, assim como
de biopolímeros na formulação de materiais
poliméricos. Nesse contexto, estudos de misturas de
PEBD e PHB carregadas com torta de mamona,
subproduto do processo de produção de biodiesel,
têm sido desenvolvidos no Instituto Politécnico. Os
resultados obtidos demonstraram que a adição de
uma dada concentração de PHB ou TM ao PEBD
pode ser considerada como uma possibilidade de
obtenção de materiais à base de PEBD com maior
susceptibilidade a biodegradação. Esses estudos
também demonstraram a necessidade de tratamento
prévio da torta de mamona, de forma a promover
adesão interfacial satisfatória entre a carga e a matriz
e a obtenção de propriedades mecânicas superiores.
Nesse processo, as fibras vegetais são submetidas a
uma interação com solução aquosa de uma base
forte, que produz grande intumescimento, que gera
mudanças na estrutura, nas dimensões, na morfologia
1,2,3
e nas propriedades mecânicas das fibras . Esse
trabalho apresenta a avaliação do proceso de
mercerização da torta de mamona.
2
MATERIAIS E MÉTODOS
2.1 – Materiais
PEBD, com índice de fluídez (190ºC, 2,16 Kg) de 2,2
g/10 min foi fornecido pela BRASKEM S.A. (Triunfo,
RS); O PHB foi fornecido pela PHB Industrial S.A.
(Serrana, SP), a torta de mamona foi fornecida pela
empresa Bom Brasil Óleo de Mamona Ltda (Salvador,
BA); O NaOH foi fornecido pela Vetec Química Fina
Ltda.
2.2 – Purificação e classificação granulométrica
da torta de mamona
Inicialmente, a torta de mamona foi triturada em
moinho de facas Crompton por um período de 5
minutos e colocada em estufa com circulação de ar,
0
em uma temperatura de 60 C por 8 horas.
Subsequentemente, a amostra foi peneirada e a
fração com partículas de tamanho menor que 150
micrometros, ou seja, a fração que passou por uma
peneira de 100 mesh foi selecionada para esse
estudo. Após essa etapa, a amostra foi autoclavada
0
a 120 C e pressão de 1 atmosfera durante 20
minutos. A autoclavagem foi efetuada com o objetivo
de desnaturar a ricina que é uma proteína
extremamente tóxica presente na torta de mamona.
BRASILTEC 2014, 24 e 25 de setembro de 2014, Rio de Janeiro, Brasil - 1 -
2.3 – Mercerização da torta de mamona
A torta de mamona foi mercerizada utilizando
concentrações de 5% e 10% de NaOH. As fibras
foram colocadas na solução e mantidas em repouso
durante 1 hora. Após esse período, as fibras foram
lavadas com água destilada utilizando um sistema de
filtração a vácuo e posteriormente colocadas em
água destilada por 24 horas para remoção do NaOH
residual. Em seguida, a solução foi novamente
filtrada a vácuo e as fibras foram imersas em água
novamente, por um período de 24 horas. O pH da
solução foi então determinado através de um
pHmetro portátil. Valores obtidos de pH igual a sete
(7) indicaram que a remoção do NaOH residual foi
eficaz.
Figura 1: Torta de mamona sem tratamento
2.4 Caracterização das fibras por espectrometria
no infravermelho com transformada de Fourier
(FTIR)
As posições das bandas no espectro de absorção das
amostras de mamona pura e da mamona mercerizada
com solução de NaOH a 5% e foram obtidos em um
espectrômetro Varian, modelo Excalubur 3100. Os
espectros foram obtidos a partir das pastilhas de KBr
com varredura de 4000 a 400 cmˉ¹.
2.5. Difratograma de Raios X
As amostras de torta de mamona pura e mercerizada
sob a forma de pó foram caracterizadas por difração
de raios-X em difratômetro Rigaku, modelo Miniflex,
equipamento com uma fonte de radiação gerada a 30
KV e 15 mA. Esse equipamento opera no
comprimento de onda de 1.542 Å, correspondente à
banda CuKα. Os difratogramas foram obtidos sob
velocidade de 1º(2ɵ)/min com um passo de 0,05º. A
radiação foi detectada por meio de um detector
proporcional. Os difratogramas foram obtidos no modo
de reflexão na faixa angular de 2 a 40º (2ɵ).
Figura 2: Torta de mamona mercerizada com 5%
de NaOH
2.6. Caracterização das fibras através da
microscopia eletrônica de varredura (MEV)
As amostras de torta de mamona pura e mercerizadas
foram analisadas em microscópio eletrônico de
varredura de bancada, Hitachi modelo TM 3000.
Figura 3: Torta de mamona mercerizada com 10%
3
RESULTADOS E DISCUSSÕES
A Figura 1 apresenta a micrografia da torta de
mamona não tratada. As Figura 2 e 3 apresentam a
micrografia da torta de mamona tratada com 5% e
10% de NaOH respectivamente.
de NaOH
A análise das Figuras 1, 2 e 3 mostra que o processo
de mercerização promove a remoçao da lignina e a
hemicelulose das fibras, causando uma fibrilação da
fibra que resulta em um aumento da área de contato
disponível para interação com a matriz, que se torna
mais evidente quando uma concentração de 10% de
NaOH foi utilizada no tratamento alcalino da torta.
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A Figura 4 apresenta os espectros de infravermelho
da torta de mamona sem tratamento e submetida ao
tratamento alcalino.
Os espectros de difração de raios X da torta de
mamona sem tratamento e mercerizada com 5% e
10% são apresentados na Figura 5.
Figura 4: Infravermelho da torta de mamona não
tratada e da mercerizada com 5% de torta de
mamona
O espectro da torta de mamona sem tratamento é
-1
caracterizado por uma banda em 3400 cm referente
ao estiramento vibracional dos grupos OH presentes
-1
1
na amostra. As bandas em 2928 cm e 2854 cmestão relacionadas ao estiramento C-H alifático dos
grupos metila e metileno, respectivamente. A banda
-1
em 1645 cm pode ser atribuída ao estiramento dos
grupos carbonila da lignina. Bandas de absorção em
-1
1730-1738 cm atribuídas ao estiramento dos grupos
carbonila presentes na hemicelulose não foram
-1
observados. As bandas em 1529 e 1426 cm estão
relacionadas ao estiramento da ligação carbonocarbono no anel aromático, à deformação assimétrica
do grupo metila e a ligação éter (C-O-C) da celulose.
-1
A banda em 1645 cm também pode ser atribuída ao
estiramento da ligação carbono-carbono no anel
aromático que pode estar superposta com a absorção
-1
referente aos grupos carbonila. A banda em 1237 cm
pode ser atribuída ao estiramento do grupo acetil da
hemicelulose e a deformação axial da ligação
-1
carbono-oxigênio. A banda em 1050 cm pode ser
atribuída a deformação angular no plano de ligação
carbono-oxigênio.
As fibras de torta de mamona mercerizada
apresentam espectro similar, porém apresentam
banda de absorção correspondente ao estiramento da
ligação OH muito mais pronunciado e ausência da
-1
banda de absorção em 1237 cm . A maior definição
-1
da absorção em 3350 cm nas fibras submetidas ao
tratamento alcalino indica que houve um aumento dos
grupos OH em função da quebra de ligações de
lignina e hemicelulose com a celulose. A intensidade
-1
da banda em 1645 cm na torta tratada com álcali
diminuiu o que pode sugerir redução da absorção
referente à carbonila. Este resultado sugere que a
hemicelulose, sendo solúvel até em baixas
concentrações de álcalis tenha sido parcialmente
removida da fibra.
Figura 5: Difratogramas da torta de mamona, da
torta de mamona mercerizada com 5% e 10% de
NaOH
A caracterização das amostras por difração de raios X
possibilita avaliar a cristalinidade das fibras
lignocelulósicas após tratamento químico. Os efeitos
desses tratamentos variam de acordo com a
composição da fibra, principalmente em relação ao
teor de celulose. Em fibras lignocelulósicas, a fração
cristalina corresponde à celulose, enquanto a lignina e
a hemicelulose encontram se na fração amorfa
presente nas amostras. Os difratogramas apresentam
picos de difração atribuídos à fase cristalina da torta
0
de mamona em 26,9 e 29,7 . A intensidade desses
picos na amostra de mamona mercerizada com 5 e
10% é mais pronunciada devido à redução da fase
amorfa na amostra devido ao tratamento com NaOH,
responsável pela remoção parcial da hemicelulose, de
0
graxas e lignina. Os picos apresentados em 23 C
evidenciam o surgimento de fase cristalina.
4
CONCLUSÕES
Os resultados evidenciaram que a estrutura e a
morfología das fibras foram alteradas indicando que
houve remoção das ligninas, graxas e de
hemiceluloses. A difração de raios X mostra que a
estrutura cristalina que causa difração de raios X nas
amostras tratadas com 5% de NaOH não é a mesma
que causa difração com 10%.
5
REFERÊNCIAS
Gustavo A. D. Burlein; Marisa C. G.
Rocha,LDPE/PHB blends filled with castor oil pressed
cake.
2
Ichazo, M. N.; Albano, C.; González, J.; Pereira, R.;
Candal, M. V.; Compos. Struct. 2001, 54, 207.
3
Marinelli, A. L.; Monteiro, M. R.; Ambrósio, J. D.;
Polímeros: Ciência e Tecnologia 2008, 18,92.
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BRASILTEC 2014, 24 e 25 de setembro de 2014, Rio de Janeiro, Brasil - 3 -