Repensando materiais leves celulósicos: como construir estruturas celulares flexíveis sem desconstruir o complexo lignocelulósico?

• Processo: 23/09659-7
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Jovens Pesquisadores
• Data de Início da vigência: 01 de outubro de 2025
• Data de Término da vigência: 30 de setembro de 2030
• Área do conhecimento: Engenharias - Engenharia de Materiais e Metalúrgica - Materiais Não-metálicos
• Pesquisador responsável: Elisa Silva Ferreira
• Beneficiário: Elisa Silva Ferreira
• Instituição Sede: Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM). Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação (Brasil). Campinas , SP, Brasil
• Pesquisadores associados: Bjorn de Koeijer ; Elina Pääkkönen ; Emily Cranston ; Holmer Savastano Junior ; Mark Martinez
• Assunto(s): Biopolímeros Materiais compósitos
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Biopolímeros | compósitos | espumas | materiais leves | nanoceluloses | secagem em estufa | Compósitos Renováveis

Resumo

Materiais de celulose com baixíssima densidade são preparados usando técnicas de alto custo, como liofilização e secagem supercrítica, que limitam suas aplicações práticas. A formação com espuma é um método alternativo para produzir espumas de celulose usando secagem em estufa. No entanto, mesmo com melhorias, é improvável que as espumas de celulose atinjam um desempenho compatível com a substituição de espumas plásticas em diversas aplicações, pois as perspectivas apontam que as espumas de celulose apresentarão densidade relativamente alta, flexibilidade limitada e baixa resiliência em água. Essas projeções indicam que novas abordagens são essenciais para tornar a substituição de plásticos uma realidade. Este projeto visa desenvolver materiais flexíveis e leves a partir de partículas lignocelulósicas usando formação com espuma. O uso direto de partículas não refinadas (bagaço de cana-de-açúcar e casca de eucalipto) traz uma nova perspectiva que contrasta com a abordagem convencional de desconstrução de biomassa. Duas classes de compósitos serão desenvolvidas: (I) espumas sólidas e (II) substratos porosos, usando três etapas: (1) produção de espumas aquosas; (2) drenagem de espumas aquosas; (3.I) secagem em estufa; ou (3.II) estrutura de espuma em colapso, seguida de secagem. As espumas aquosas formarão um arcabouço leve, confinando partículas em filmes líquidos entre as bolhas. A pectina e o amido aumentarão a resistência dessa estrutura, conectando as partículas com uma camada de biopolímero reticulada com ácido cítrico. Para flexibilidade, a camada de biopolímero será disposta em domínios finos plastificados com glicerina. Por fim, a estabilidade em água será dada por ligações cruzadas de ácido cítrico e pela resiliência natural da biomassa não refinada. A morfologia e o desempenho dos materiais porosos serão avaliados por diversas técnicas e normas para desenvolver alternativas às espumas plásticas usadas em embalagens e construção civil, e substratos de papel refinado usados em embalagens. (AU)