Produção e caracterização de nanocompósito celulose bacteriana e montmorilonita sódica

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Campus Joinville, Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciências Mecânicas, Joinville, 2019Devido ao inevitável esgotamento dos recursos fósseis, materiais provenientes de recursos renováveis tem conquistado cada vez mais importância para que no futuro possam substituir produtos de base petroquímica. Novas pesquisas buscam compósitos de matriz polimérica que sejam biodegradáveis e que consigam substituir eficientemente os polímeros convencionais. A celulose bacteriana (CB) é produzida por bactérias, sendo de fácil obtenção e purificação, possuindo propriedades físicas e mecânicas únicas, não apresentadas por outros biomateriais. É uma celulose altamente pura, uniforme e biocompatível. Por sua vez, as argilas são materiais muito versáteis, abundantes na natureza, que apresentam granulometria extremamente fina, possuindo excelentes propriedades de barreira e bactericidas. A incorporação da argila montmorilonita sódica (MMT) a CB tem sido apresentada como opção de reforço, melhorando as propriedades e diminuindo os custos dos nanocompósitos desenvolvidos. O objetivo deste trabalho foi produzirnanocompósitos de celulose bacteriana e nanoargila montmorilonita sódica utilizando a técnica de produção in situ, caracterizando suas propriedades morfológicas, físico-químicas e térmicas. Foram estudadas as variáveis velocidade de agitação e concentração de argila mantendo atemperatura constante em 30 oC. Os resultados mostraram que a MMT não inibe a biossíntese da CB, sendo que o aumento da velocidade de agitação melhora a incorporação de argila nas nanofibras. A análise morfológica evidenciou a presença de MMT nas nanofibras de CB, enquanto foram identificados os íons característicos da argila montmorilonita Si, Al, O e Na na análise físico-química utilizando energia dispersiva. Os espectros de infravermelho e as análises térmicas demonstraram que a MMT pode ser usada como carga, aumentando a estabilidade térmica do polímero e diminuindo a sua perda de massa com o aumento da temperatura. Assim, nanocompósitos de celulose bacteriana e argila montmorilonita sódica foram produzidos com propriedades térmicas superiores, permitindo que os mesmos possam ser aplicados como substitutos de materiais para aplicações em diversas áreas do nosso cotidiano.Abstract: Due to inevitable depletion of fossil resources, materials from renewable resources have become increasingly important so that they can replace petrochemical-based products in the future. New researches are looking for polymer matrix composites that are biodegradable and can efficiently replace conventional polymers. The bacterial cellulose (BC) is produced by bacteria, being easily obtainable and purified, possessing unique physical and mechanical properties, not presented by otherbiomaterials. It is a highly pure, uniform and biocompatible material. On the other hand, clays are very versatile materials, abundant in nature, that have extremely fine granulometry, possessing excellent barrier properties and bactericides. The incorporation of sodium montmorillonite clay (SMC) to BC has been presented as a reinforcement option, improving the properties and reducing the costs of developed nanocomposites. The objective of this essay was to produce nanocomposites of bacterial cellulose and sodium montmorillonite nanoclay using the in situ production technique, characterizing its morphological, physicochemical and thermal properties. The variables agitation velocity and clay concentration were studied, keeping the temperature constant at 30 oC. The results showed that MMT does not inhibit the biosynthesis of BC, and that the increased stirring velocity improves the incorporation of clay in the nanofibres. The morphological analysis evidenced the presence of MMT in the BC nanofibers, while the characteristic ions of the montmorillonite clay Si, Al, O and Na wereidentified in the physicochemical analysis using EDS. FTIR spectra and termal analyzes demonstrated that MMT can be used as a filler, increasing the thermal stability of the polymer and decreasing its mass loss with increasing temperature. Thus, bacterial celulose nanocomposites and sodium montmorillonite nanoclay were produced with superior thermal properties, allowing them to be applied as substitutes for materials in various areas of our daily life