Síntese de ésteres de celulose para posterior uso na síntese de poliuretanas

• Processo: 19/00884-2
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Iniciação Científica
• Data de Início da vigência: 01 de abril de 2019
• Data de Término da vigência: 30 de novembro de 2020
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia de Materiais e Metalúrgica - Materiais Não-metálicos
• Pesquisador responsável: Elisabete Frollini
• Beneficiário: Claudia Santana Gonçalves Ferreira
• Instituição Sede: Instituto de Química de São Carlos (IQSC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos , SP, Brasil
• Assunto(s): Materiais não metálicos Biomassa lignocelulósica Polímeros naturais Óleo de mamona Celulose Espectroscopia Termogravimetria Difração por raios X Microscopia eletrônica de varredura
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: celulose | ésteres de celulose | óleo de mamona | Polímeros Naturais

Resumo

A utilização de biomassa lignocelulósica como insumo para a produção de diferentes materiais atende às expectativas da sociedade atual referente ao aproveitamento de recursos renováveis como matérias-primas para produção de novos materiais. As fibras lignocelulósicas são compostas principalmente por celulose, hemiceluloses e lignina, sendo a celulose o polímero de origem vegetal mais abundante na natureza. No presente projeto serão sintetizados (em meio homogêneo, usando o sistema de solvente Dimetilacetamida/Cloreto de lítio) e caracterizados ésteres de celulose com cadeias relativamente longas (como butanoatos e hexanoatos) ligadas à carbonila do grupo éster, a partir da reação de celulose microcristalina com anidridos. Esta celulose foi escolhida por apresentar cadeias relativamente curtas, o que se adequa à segunda parte do projeto, em que os ésteres serão usados como reagentes em síntese de poliuretanas. A estequiometria da reação será adaptada para obtenção de ésteres com grau de substituição (GS) em torno de 1,0. A celulose será caracterizada via espectroscopia na região de infravermelho - Transformada de Fourier (FTIR), massa molar média viscosimétrica, Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), cristalinidade por difração de raios X (DRX). As caracterizações dos ésteres obtidos corresponderão principalmente a FTIR e Ressonância Magnética Nuclear de Prótons (1H RMN, para determinação do GS dos ésteres). A segunda parte do projeto consistirá em utilizar diferentes proporções dos ésteres de celulose sintetizados e caracterizados previamente, os quais, por terem um GS em torno de 1,0, possuirão em torno de duas hidroxilas não aciladas por unidade glicosídica, e disponíveis para atuarem como polióis na síntese de poliuretanas. A cadeia hidrocarbônica ligada ao grupo carbonila do éster poderá atuar como plasticizante interno dos filmes obtidos a partir das poliuretanas sintetizadas. O óleo de mamona (OM, cujo principal componente é o ácido ricinoleico) será usado como fonte adicional de hidroxilas, e também para atuar como meio dispersante dos ésteres de celulose no meio reacional, pois a reação ocorrerá na ausência de solventes. Adicionalmente, um diisocianato, inicialmente o difenilmetanodiisocianato polimérico (PMDI), será usado como reagente. A reação ocorrerá inicialmente em balão com agitação, a temperatura ambiente, e a partir da observação de viscosidade que permita espalhar o meio viscoso em placa de vidro, isto ocorrerá, o que permitirá formação de filmes simultaneamente a continuidade da reação. Será feito acompanhamento por FTIR, monitorando-se a diminuição da intensidade, e posterior desaparecimento, da banda referente ao grupo isocianato, que será consumido durante a reação. Foram escolhidos ésteres de celulose monossubstituídos, com cadeias hidrocarbônicas relativamente longas ligadas ao grupo éster, como um dos reagentes (poliól), visando que estas cadeias atuem como plasticizante interno dos filmes preparados. Os filmes obtidos serão caracterizados via Microscopia Eletrônica de Varredura, Termogravimetria, Absorção de umidade, Análise Térmica Dinâmico Mecânica, Propriedades de Tração, Ângulo de Contato. Pretende-se desta forma obter filmes baseados em poliuretanas sintetizadas a partir de alto teor de matérias primas originadas de fontes renováveis, usando um plasticizante interno, que não migra para a superfície dos materiais por estar quimicamente ligado à estrutura do polímero, eliminando assim um possível inconveniente decorrente do uso de plasticizantes externos.