Blendas de amido e hidroxipropil metilcelulose reforçadas com nanocristais de celulose

Abstract

O interesse por nanocristais de celulose obtidos de fontes naturais tem crescido principalmente por causa das características que tais materiais proporcionam quando inseridos em matrizes poliméricas. O presente estudo teve como objetivo entender e avaliar o efeito da adição de nanocristais de celulose nas propriedades mecânicas e de barreira de filmes. O trabalho foi dividido em duas etapas e todos os filmes foram avaliados quanto à estabilidade térmica (TG e DSC), desempenho mecânico, permeabilidade ao vapor de água (PVA), solubilidade em água e interface de fratura da matriz (MEV). Na primeira etapa, filmes foram produzidos com matrizes poliméricas (hidroxipropil metilcelulose, H, amido de mandioca, A, e blendas, B, desses polímeros), por meio de “casting”. Foi observado que tanto para o filme de amido, como para o filme B19, os números indicam que a proporção (m/m) de A e H na blenda apresentou um comportamento frágil, contrário aos filmes elaborados com B91, B11 e aqueles com H, que obtiveram maior deformação e a maior tensão de ruptura. Apesar de os filmes elaborados com B11 possuírem maior deformação que os filmes de A e B19, os primeiros apresentaram também a menor tensão de ruptura. A escolha, para reforço com nanocristais, foi B91 já que os filmes dessa blenda apresentaram valores intermediários para deformação e resistência à tração na ruptura.Ainda na primeira etapa, nanocristais de celulose foram produzidos por hidrólise ácida e caracterizados (TG, MO, MET e DRX). Na segunda etapa do trabalho os nanocristais, dispersos em água, foram adicionados à blenda escolhida nas concentrações de 1%, 3% e 10% (m/m). O reforço melhorou as propriedades mecânicas e houve aumentos próximos de 46% e 90% na tensão na ruptura e deformação máxima. Os reforços com 1% e 3% (m/m) foram mais eficientes que o reforço com 10% (m/m) de nanocristais, pois obtiveram reforços similares, mas com uma concentração de até 900% menos nanocristais de celulose.Os nanocristais também diminuíram as perdas de massa e a PVA dos filmes, mas não afetaram a solubilidade e filmes com maior teor H foram mais solúveis em água.Nas regiões de fratura dos filmes ensaiados (MEV), observa-se que os nanocristais de celulose também promoveram maior coesão das moléculas na blenda e criaram uma superfície de fratura mais homogênea. Espera-se que os resultados obtidos possam contribuir com o conhecimento dos métodos de produção dos nanocristais de celulose de Eucalyptus sp.e de obtenção de filmes biodegradáveis.

Interest in cellulose nanocrystals obtained from natural sources has grown mainly because of features that provide such materials when inserted into polymeric matrices. The present study aimed to understand and assess the effect of adding cellulose nanocrystals in mechanical properties and barrier films. The work was divided into two stages and all the films were evaluated for thermal stability (TG and DSC), mechanical performance, water vapor permeability (PVA), water solubility and interface fracture matrix (SEM). In the first step, films were produced with polymer matrices (hydroxypropyl methylcellulose, H, cassava starch A, and blends, B, such polymers) by "casting". It was observed that both the starch film, as the film B19, the numbers indicate the percentage (w/w) of the blend and H, showed brittle behavior, unlike films prepared with the B91, B11 and those with H who obtained higher deformation and higher breakdown tension. The choice for reinforcement nanocrystals was B91 as movies that blend showed intermediate values for deformation and tensile strength at break. Still in the first phase, cellulose nanocrystals were produced by acid hydrolysis and characterized (TG, MO XRD and TEM). In the second stage of labor nanocrystals dispersed in water were added to the blend chosen concentrations of 1%, 3% and 10% (m/m). The reinforcement improved mechanical properties and increases were near 46% and 90% in tensile strength and maximum strain. The boosted with 1% and 3% (w/w) were more efficient than boosting with 10% (w/w) of nanocrystals, as obtained reinforcements similar but with a concentration of up to 900% less cellulose nanocrystals. The nanocrystals also decreased the mass losses and PVA films, but did not affect the solubility and films with higher H content were more soluble in water. In the regions of fracture of the films tested (SEM), it is observed that the cellulose nanocrystals also promoted greater cohesion of the molecules in the blend and created a more homogeneous fracture surface. It is expected that the results obtained can contribute to the understanding of the methods of production of cellulose nanocrystals Eucalyptus sp. and obtaining biodegradable films.