Filmes de nanocelulose a partir de resíduos madeireiros da Amazônia

Abstract

O desenvolvimento de filmes de nanocelulose de alta qualidade e valor agregado a partir de resíduos madeireiros gerados nas indústrias apresenta-se como uma alternativa interessante e compatível com as vigências atuais da sustentabilidade. Objetivou-se com este trabalho verificar se a origem dos resíduos provenientes de diferentes espécies de folhosas alternativas da Amazônia e o grau de fibrilação mecânica de nanofibras influenciam na qualidade de filmes nanocelulósicos. As espécies estudadas foram Cordia goeldiana, Brosimun parinarioides e Parkia gigantocarpa. Os resultados obtidos para as espécies nativas foram comparados aos da espécie E. grandis. As matérias-primas consistiram de lâminas de baixa qualidade para produção de compensados que foram coletadas, moídas e selecionadas para obtenção da serragem in natura. Para obtenção de fibras de madeira e remoção de componentes não celulósicos foi realizado tratamento alcalino sob pressão e subsequente branqueamento sob agitação mecânica. A partir de suspensões de fibras branqueadas, a celulose microfibrilada foi gerada pelo método mecânico em moinho microfibrilador especializado após 10, 20, 30 e 40 ciclos de processamento. Os filmes de nanocelulose provenientes das quatro espécies de estudos e quatro ciclos diferentes foram formados pelo método casting. Foram conduzidas análises de natura química, térmica, cristalográfica, morfológica, física, mecânica e colorimétrica nas serragens in natura, fibras branqueadas, fibras não branqueadas, suspensões de celulose microfibrilada e filmes de nanocelulose. Foi observado que o tratamento alcalino e o branqueamento foram eficientes no isolamento da celulose sem ocasionar sua modificação estrutural. Os resíduos de P. gigantocarpa apresentaram remoção mais efetiva de lignina e hemiceluloses, porém ocorreu maior degradação morfológica para essa espécie. A espécie C. goeldiana exibiu maior teor de lignina e dificuldade de isolamento da celulose. A fibrilação foi mais intensa com mais ciclos de passagem no moinho microfibrilador, o que ficou comprovado pela diminuição do diâmetro das nanoestruturas. Esse efeito foi mais eficiente nos resíduos madeireiros de C. goeldiana e E. grandis. Resíduos da espécie E. grandis resultaram em filmes de nanocelulose de melhor qualidade em relação aos provenientes de todas as madeiras tropicais alternativas. Dentre esses, os melhores resultados de resistência mecânica foram apresentados pelos produzidos a partir de C. goeldiana. Para resíduos de C. goeldiana, B. parinarioides e P. gigantocarpa filmes de nanocelulose de melhor qualidade foram obtidos após 30, 20 e 20 passagens no moinho microfibrilador respectivamente.

The development of high quality and added value nanocellulose films from wood wastes generated in the industries is an interesting alternative within the current sustainability terms. This work aimed to verify if the waste raw material source from different alternative Amazon hardwoods and the mechanical fibrillation degree affect the quality of nanocellulose films. The species studied were Cordia goeldiana, Brosimun parinarioides and Parkia gigantocarpa. The results obtained for the native species were compared to the species E. grandis. The raw material consisted of low-quality veneers for plywood production that were collected, milled and selection to raw sawdust generation. Alkaline treatment under pressure and subsequent bleaching under mechanical stirring were performed in order to obtain wood fibers and to remove non-cellulosic components. From the bleached fiber suspensions, microfibrillated cellulose was produced through the mechanical method in a specialized grinder after 10, 20, 20 and 40 processing cycles. The nanocellulose films from the four species studied and different cycles were formed by the casting method. Chemical, thermal, crystallographic, morphological, mechanical and colorimetric analyses were carried out in the raw sawdust, unbleached fibers, bleached fibers, microfibrillated cellulose suspensions and nanocellulose films. It was observed that alkaline treatment and bleaching were efficient in cellulose isolation without causing its structural modification. P. gigantocarpa wastes had the most effective lignin and hemiceluloses removal. On the other hand, considerable morphological degradation was observed for this species. C. goeldiana exhibited higher lignin content which hindered cellulose isolation. More intense fibrilation with more passage cycles in grinder was noticed and assured by diameter decrease of the nanostructures. Such effect was more efficient in woody wastes from C. goeldiana and E. grandis. E. grandis wastes resulted in higher quality nanocellulose films in relation to those from alternative tropical woods. Among those, the best results of mechanical strength were presented by C. goeldiana films. For wastes from C. goeldiana, B. parinarioides and P. gigantocarpa better quality nanocellulose films were obtained after 30, 20 and 20 passages in grinder respectively.