Filmes formados simultaneamente às sínteses de poliuretanos: celulose microcristalina e óleo de mamona como polióis

• Ano de defesa: 2021
• Autor(a) principal: Porto, Deyvid de Souza
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: bio-baseado; biobased; celulose microcristalina; composites; compósitos; filmes; films; microcrystalline cellulose; poliuretanos; polyurethane
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/75/75133/tde-03092021-090848/

Este estudo teve como objetivo a formação de filmes simultaneamente às sínteses de poliuretanos (PU), utilizando polióis de origem renovável, óleo de mamona (Castor oil, CO) e celulose microcristalina (MCC), na ausência de solventes e de catalisadores. Como isocianatos, foram usados o difenilmetano diisocianato polimérico, pMDI, e o trímero do hexametileno diisocianato, tHDI, com razão molar NCO/OH 1:1. Inicialmente, PUs foram sintetizados a partir de MCC (20 a 60%), CO e pMDI, temperatura ambiente, e parte das reações a 70, 90 e 100 oC. Resumidamente, foram observados valores para a temperatura do pico tan &delta; (relacionado à transição vítrea, Tg) na sequência PU20CELpMDI (16 oC)&#60PU25CELpMDI&#60PU30CELpMDI&#60PU35CELpMDI&#60PU40CELpMDI&#60PU45CELpMDI&#60PU50CELpMDI&#60PU55CELpMDI&#60PU60CELpMDI (78 oC). A complexidade estrutural das macromoléculas geradas aumentou com a maior proporção de anéis glicosídicos (três grupos hidroxila reativos cada um), restringindo a mobilidade de segmentos, e aumentando Tg. A resistência à tração na ruptura seguiu a mesma tendência de Tg, destacando-se PU20CELpMDI = 0,6 MPa e PU60CELpMDI = 14 MPa. PU60CEL100pMDI (60% MCC, 100oC) apresentou a maior resistência a tração (20 MPa) dentre os filmes PUs-pMDI, provavelmente devido a maior complexidade estrutural gerada a temperatura mais alta, incluindo possibilidades de entrecruzamentos (físico e químico). PUs-pMDI, e os demais filmes aqui citados, foram também caracterizados quanto à espectroscopia na região do infravermelho, análise termogravimétrica, difração de raios X, microscopia eletrônica de varredura, módulo de armazenamento, ângulo de contato-água, intumescimento por N,N- Dimetilformamida. O impacto da substituição de pMDI por tHDI nas propriedades dos filmes foi considerado, sendo realizadas sínteses usando de 30 a 80% de MCC (100 oC, devido propriedades de filmes PUs-pMDI formados nesta temperatura; para PUs30CELtHDI a temperatura foi alternada entre a ambiente e 60 oC, visando avaliar possível influência deste parâmetro). Os resultados de Tg</sub e resistência a tração para os filmes PUs-tHDI seguiram as mesmas tendências dos filmes PUs-pMDI. Destaca-se a elevada porcentagem de MCC usada na síntese de PU80CELtHDI (Tg = 72 oC, resistência a tração = 18 MPa), viabilizada pela menor viscosidade de tHDI comparada a de pMDI. Filmes compósitos também foram formados a partir de sínteses PUs-tHDI (30 e 50% MCC) e celulose nanocristalina (CNC,10,0% e 12,5%-PU30CELtHDI; 5,0% e 7,5%-PU50CELtHDI), destacando-se o aumento nos módulos de Young, de 6,2 MPa (PU30CELtHDI) para 18,8 MPa (PU30CEL12,5CNCtHDI) e de 12,6 MPa (PU50CELtHDI) para 23,5 MPa (PU50CEL7,5CNCtHDI). Todos os filmes apresentaram transparência, com transmitância de luz visível diminuindo com o aumento da porcentagem de MCC, usada como poliól. Filmes PUs-pMDI, PUs-tHDI e PUs-tHDI/CNC se mostraram não-citotóxicos via análise de viabilidade celular com células de fibroblastos. Potenciais aplicações dos filmes formados incluem revestimento de superfícies, embalagens, área médica (curativos, dentre outros), dispositivos óticos. A partir do conhecimento que se tem, a ampla investigação realizada neste estudo sobre uso de celulose como poliol não tem precedentes, e permite modelar as propriedades dos filmes gerados. Também, adiciona importante contribuição à bioeconomia circular, considerando a imensa disponibilidade mundial deste polímero renovável.