Deposição de nano sílica (SiO 2) em fibras de celulose para reforço em matriz de amido termoplástico (TPS)

Abstract

Objetivou-se estudar neste trabalho a deposição de nanopartículas de sílica (SiO 2 ) sobre a superfície de fibras de polpa celulósica de Eucalyptus e verificar sua interferência, no desempenho de compósitos de amido termoplástico (TPS). Na primeira etapa do trabalho, avaliou-se a influência da concentração de precursor (1,9, 4,2 e 8,4 g.g -1 ) e do tempo de reação (2, 12, 18 e 24 h) na deposição das nanopartículas, por meio das propriedades microestruturais térmicas e de adsorção de umidade dos materiais híbridos orgânico-inorgânicos formados. Nessa etapa, observou-se que: (i) houve uma pequena tendência de aumento do tamanho das nanopartículas e da quantidade de silício (Si) depositada nas fibras, com o aumento do tempo de reação; (ii) a deposição de nanopartículas melhorou a estabilidade térmica do material, aumentando a temperatura do início de degradação em 10-15 oC; (iii) a capacidade de adsorção de umidade da fibra de celulose modificada foi reduzida em até 50%. Na segunda etapa, o desempenho da adição de 5% e 10% (em massa) de fibras modificadas (FM) e não modificadas (FNM) em matriz de TPS, foi avaliado. Fibras de polpa celulose (FM e FNM) foram capazes de melhorar a resistência à tração e diminuir a adsorção de umidade dos compósitos de TPS, sendo que os melhores resultados foram proporcionados pelo maior teor de fibras (10%). No entanto, a deposição de nanopartículas de SiO 2 diminui as hidroxilas livres na superfície da fibra, prejudicando a interação entre a FM e a matriz de TPS. Os resultados revelaram o potencial da utilização das fibras de celulose em matriz de TPS e que a modificação pode ser uma alternativa na aplicação da polpa celulose em matrizes mais hidrofóbicas.

This study investigated the deposition of nanoparticles silica (SiO2) on the surface of Eucalyptus cellulose pulp fibers and checks its interference on the performance of thermoplastic starch composites (TPS). In the first stage of this work, it was assessed the influence of the precursor concentration (1.9, 4.2 and 8.4 g.g-1) and reaction time (2, 12, 18 and 24 h) in the nanoparticles deposition by means of thermal and microstructural properties of moisture adsorption of the formed organic-inorganic hybrid materials. In this step, it was found that: (i) there was a small tendency to increase the nanoparticles size and silicon amount (Si) deposited on the fibers with increasing reaction time; (ii) the nanoparticles deposition improved the thermal stability of the hybrid material, increasing the onset temperature of degradation in 10-15 °C; and (iii) the moisture absorption capacity of the modified cellulose fiber was reduced until 50%. In the second stage, performing the addition of 5% and 10% (by mass) of modified and unmodified fiber in TPS matrix was evaluated. Cellulose pulp fibers (modified and unmodified) were able to improve the tensile strength and decrease the moisture absorption of the TPS composites, and the best results were provided by the higher fiber content (10%). However, the deposition of SiO 2 nanoparticles decreased the free hydroxyl on the fiber surface, damaging the interaction between modified fiber and TPS matrix. Results show the potential use of cellulose fibers in the TPS matrixes and the modification may be an alternative for cellulose pulp application in matrix more hydrophobic.