Modificação de filmes de nanocelulose via esterificação e reticulação com ácido cítrico

• Main Author: Silva, Melise Raphaela da
• Publication Date: 2025
• Format: Master thesis
• Language: por
• Source: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
• Download full: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18158/tde-09062025-134516/
• topic: ácido cítrico; celulose nanofibrilada; citric acid; esterificação; esterification; glicerol; glycerol; nanofibrillated cellulose

A celulose vem sendo considerada uma opção promissora para substituir os polímeros convencionais derivados do petróleo, especialmente por ser renovável, biodegradável, biocompatível, atóxica, apresentar grande abundância e baixo custo. A celulose nanofibrilada (NFC), partícula de celulose com dimensões em escala nano, se destaca por apresentar alta razão de aspecto, área superficial e facilidade de modificação estrutural. No entanto, a elevada hidrofilicidade desse material influencia em diversas propriedades, como as mecânicas, restringindo seu uso em um maior número de aplicações. As reações de reticulação são uma alternativa para modificar as propriedades de materiais, e dentre as reações que podem ser empregadas para a celulose, as de esterificação são muito convenientes. O objetivo deste trabalho foi realizar a modificação de filmes de NFC pela reação de esterificação com ácido cítrico, para aprimorar a resistência mecânica e à água do material. O ácido cítrico foi escolhido como agente de reticulação por ser atóxico e não prejudicial ao meio ambiente. Assim, suspensões modificadas com teores de 1% e 5% de ácido cítrico, com e sem a adição de 10% de glicerol, foram utilizadas para a produção de filmes pelo método de evaporação do solvente. Os filmes foram submetidos à tratamento térmico em temperaturas de 110°C ou 160°C por 10 minutos, para promover a reação de esterificação do ácido cítrico com as nanofibras. O método de planejamento fatorial 23 foi utilizado para a avaliação das variáveis de maior influência no sistema. A reação de esterificação foi avaliada através da análise de espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), a análise termogravimétrica (TGA) foi utilizada para estudar a estabilidade térmica, a morfologia da superfície foi analisada através da microscopia eletrônica de varredura (MEV), as propriedades mecânicas e termomecânicas foram avaliadas via ensaios de tração e análise térmica dinâmico mecânica (DMTA), e os ensaios de ângulo de contato, absorção de umidade, absorção de água e teor extraído foram utilizados para analisar a interação das amostras com a água. A reação de esterificação, e possível reticulação das nanofibras, foi comprovada através do surgimento da banda de absorção relativa à ligação éster na análise de FTIR, a qual foi intensificada com o aumento do teor de ácido cítrico e da temperatura. O aumento desses parâmetros também gerou filmes com morfologia da superfície mais compacta, uniforme e com menos poros, além de maior estabilidade térmica, aumento do módulo elástico, resistência à tração, ângulo de contato e menor absorção de água, sugerindo o aumento do grau de esterificação do material, e possivelmente da reticulação. Os resultados também indicaram a presença de uma parcela de ácido cítrico não reagido. Além disso, foi observado que apenas a aplicação de elevada temperatura de tratamento térmico já é capaz de gerar alterações em algumas propriedades dos filmes, como o aumento na resistência à tração e diminuição da absorção de água. O efeito plastificante do glicerol foi comprovado através dos resultados de tração, no entanto também notou-se o aumento no tamanho e número de poros superficiais, teores de umidade e água absorvidos e teor extraído.