Bionanocompósitos de hidroxipropilcelulose com nanocristais de celulose de palha de milho : interações com surfactantes iônicos

Abstract

Esta tese trata da obtenção e caracterização de bionanocompósitos de hidroxipropilcelulose (HPC) com nanocristais de celulose de palha de milho em presença de surfactantes. Primeiramente, a celulose foi extraída a partir da palha de milho através de um processo ecologicamente correto que removeu lignina e hemicelulose de forma eficiente. A celulose extraída mostrou-se altamente cristalina. Os nanocristais de celulose, ou whiskers, foram isolados por hidrólise ácida com ácido sulfúrico e apresentaram forma de agulhas. A superfície dos nanocristais foi modificada utilizando-se surfactantes: aniônico, dodecilsulfato de sódio (SDS), ou catiônico, brometo de cetiltrimetilamônio (CTAB). A adição de SDS causou ordenação e arranjo longitudinal dos nanocristais conforme evidenciado por microscopia eletrônica de transmissão. Este efeito não foi observado na presença de CTAB. A interação nanocristal/surfactante foi estudada por espalhamento de luz e potencial zeta. Os bionanocompósitos de HPC com os nanocristais, em presença de SDS ou CTAB, foram preparados por moldagem em solução aquosa, tendo-se obtido filmes transparentes para baixas concentrações de surfactante. Todos os filmes mostraram caráter hidrofílico. Um efeito de reforço do surfactante e dos nanocristais na matriz de HPC foi observado, especialmente com CTAB, como resultado de interações eletrostáticas e micelização.

This thesis addresses the process to prepare and characterize the bionanocomposites of hydroxypropyl cellulose (HPC) with nanocrystals of maize straw cellulose in the presence of surfactants. First of all, cellulose was extracted from maize straw using an environmental friendly process which efficiently removed lignin and hemicellulose. The extracted cellulose is highly crystalline. The nanocrystals of maize straw cellulose, also called whiskers, were isolated by acid hydrolysis with sulfuric acid and showed to be needle shaped. The nanocrystals' surface was modified by using surfactants: anionic, sodium dodecylsulphate (SDS) or cationic, cetyl trimethylammonium bromide (CTAB). The addition of SDS caused ordering and longitudinal arrangement of the nanocrystals. This effect was not observed in presence of CTAB. The interaction nanocrystal/surfactant was studied by light scattering (LS) and zeta potential (ζ) techniques. Bionanocomposites of HPC with nanocrystals of maize straw cellulose, in the presence of SDS or CTAB, were prepared by solution casting and the films presented a good transparency at low surfactant concentrations. All films showed hydrophilic character. A reinforcing effect of the HPC matrix was observed in the presence of the surfactant and nanocrystals as a result of electrostatic interactions and micellization, especially when CTAB was used.