Potencial do uso da torta de mamona (Ricinus communis L.) como matriz para produção de compósitos e nanocompósitos

Abstract

Durante as últimas décadas, tem aumentado os problemas ambientais causados pelo grande consumo de petróleo, um produto não-renovável, base de materiais plásticos e isso têm despertado interesse na comunidade científica na busca de novos materiais. Esses materiais devem ter as características de renovabilidade, fácil biodegradabilidade, com propriedades específicas comparáveis e, claro, de baixo custo e que causem menor impacto ambiental. O desenvolvimento destes novos materiais é possível com o uso dos recursos naturais oriundos de fontes renováveis, incluindo subprodutos da agroindústria, a fim de mitigar os problemas ambientais do mundo de hoje. Entre muitos desses subprodutos renováveis da agroindústria, a torta de mamona têm recebido atenção especial devido ao aumento da utilização de óleo de rícino, principalmente para a produção do biodiesel. No Brasil, devido ao incentivo para utilização do biodiesel, produz grandes quantidades de resíduos durante a extração de óleo, este resíduo denominado de torta de mamona. O presente estudo teve por finalidade encontrar o potencial uso da torta de mamona (Ricinus communis L.), para desenvolvimento de compósitos e nanocompósitos Em ambos os casos, o glicerol foi utilizado como agente plastificante. Os compósitos foram preparados com duas granulometrias de torta de mamona variando as quantidades entre (75-85%), e diferentes quantidades de glicerol entre (15-25%), por termomoldagem, aplicando cargas e temperaturas constantes para tempos de prensagens diferentes. Para esta finalidade a torta de mamona foi caracterizada físico e quimicamente. Para o glicerol foi utilizada caracterização do fabricante. Em seguida, os compósitos obtidos foram caracterizados pelas propriedades mecânicas e físicas. Para compreender as propriedades mecânicas observadas, estudos fractográficos dos compósitos foram realizados utilizando microscópio eletrônico de varredura. Na segunda fase, as nanofibrilas de celulose obtidas a partir da madeira de balsa (Ochroma pyramidale (Cav.)) foram preparadas por métodos químicos e mecânicos e caracterizado por microscopia eletrônica de transmissão. Os nanocompósitos foram preparados utilizando torta de mamona plasticizada com uma quantidade fixa de glicerol e diferentes proporções de nanofibrilas (2%,5% e 10% em massa) por termomoldagem e caracterizado por propriedades mecânicas, físicas e pela morfologia da superfície da região de fratura. Os resultados mostraram que o aumento da adição de nanofibrila resultou em aumento do módulo de flexão, a absorção de água e inchamento em espessura dos nanocompósito sobre a matriz. Os estudos acima mostraram claramente que o objetivo do presente estudo foi alcançado, portanto a torta de mamona pode ser utilizada para o desenvolvimento de compósitos e nanocompósitos.

During the last decade or so increasing environmental problems caused by the huge consumption of non-renewable and high cost petroleum based plastic materials have been forcing the scientific community with enhanced interest in the search of new materials. Such materials should have the characteristics of renewability, ease of biodegradability, with comparable specific properties and of course of low cost and cause very low environmental impact. This type of development of new materials has been possible with the use of the natural resources originating from of renewable sources including agro-industrial by- products in order to mitigate the environmental issues of today’s world. Amongst many such renewable agro-industrial by-products, cake of castor bean needs some attention due to increasing use of castor oil particularly its use in the production of biodiesel in Brazil, which produces the large amount of residues in the form of cake produced during the extraction of this oil. With the above back ground, the present studies focuses on finding the potential of the cake obtained from the castor bean (Ricinus comunis L.), a residue of the castor oil production, in the development of both micro and nano composites. In both the cases glycerin has been used as plasticizer. In the first place, micro composites have been prepared with two sizes of the bean cake varying the amounts between 75-85% with different amounts of glycerin (15-25% as plasticizer) by thermo- molding by applying different loads for different times. For this purpose both the castor bean cake and glycerin were characterized for different properties. To understand the observed mechanical properties, fractographic studies of composites have been carried out using scanning electron microscope. Both water absorption and thickness of composites increased with time of applied pressure in the case of composites containing all the three % glycerin content and castor bean cake particles of 60 mesh sizes, while these properties of composite with 80 mesh size particles for both 15 and 20% glycerol contents increased with time. These properties showed opposite trends with time of applied pressure for composites containing 25% glycerin. With these it has been possible to optimize the processing conditions to obtain micro composites with optimal properties. In the second phase, nano cellulose of raft wood [Ochroma pyramidale (Cav.)] was prepared by chemical and mechanical methods and characterized for different properties of the obtained nano fibers. Then nano composites were prepared using these in different amounts (2,5 and 10 wt. %)with plasticized castor bean cake with fixed amount of glycerin by thermo-molding and characterized for flexural properties and water absorption. It was observed that with increasing amount of nano fiber addition resulted in enhancement of flexural modulus, water absorption and thickness of nano-composites over the matrix. The above studies have clearly met the objective of the present study, viz., the potential of castor been cake in the development of both micro and nano composites.