FERREIRA, M.

GONÇALVES, P. de S.

MARTINS, M. A.

MATTOSO, L. H. C.

TEIXEIRA, E. de M.

RCAAP - Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal

Caracterização térmica de nanocompósitos de borracha natural e nanofibras de celulose.

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ISSN 2175-8395Empresa Brasileira de Pesquisa AgropecuáriaEmbrapa Instrumentação AgropecuáriaMinistério da Agricultura, Pecuária e AbastecimentoRede de Nanotecnologia Aplicada ao AgronegócioAnais do V Workshop 2009Odílio Benedito Garrido de AssisWilson Tadeu Lopes da SilvaLuiz Henrique Capparelli MattosoEditoresEmbrapa Instrumentação AgropecuáriaSão Carlos, SP2009Exemplares desta publicação podem ser adquiridos na:Embrapa Instrumentação AgropecuáriaRua XV de Novembro, 1452Caixa Postal 741CEP 13560-970 - São Carlos-SPFone: (16) 2107 2800Fax: (16) 2107 2902http://www.cnpdia.embrapa.brE-mail: sac@cnpdia.embrap.brComitê de Publicações da UnidadePresidente: Dr. Luiz Henrique Capparelli MattosoMembros: Dra. Débora Marcondes Bastos Pereira Milori,Dr. João de Mendonça Naime,Dr. Washington Luiz de Barros MeioValéria de Fátima CardosoMembro Suplente: DI'. Paulo Sérgio de Paula Herrmann JuniorSupervisor editorial: Dr. Victor Bertucci NetoNormalização bibliográfica: Valéria de Fátima CardosoCapa: Manoela Campos e Valentim MonzaneImagem da Capa: Imagem de AFM de nanofibra de celulose - Rubens Bernardes FilhoEditoração eletrônica: Manoela Campos e Valentim Monzane1ª edição1ª impressão (2009): tiragem 200Todos os direitos reservados.A reprodução não-autorizada desta publicação, no todo ou em .parte,constitui violação dos direitos autorais (Lei nO 9.610).CIP ·Brasil. Catalogação-na-publicação.Embrapa Instrumentação AgropecuáriaAnais do V Workshop da rede de nanotecnologia aplicada aoagronegócio 2009 - São Carlos: Embrapa InstrumentaçãoAgropecuaria, 2009.IrregularISSN: 2175-8395I. Nanotec.nologia - Evento. I. Assis, Odílio Benedito Garrido de.11.Silva, Wilson Tadeu Lopes da. Ill. Mattoso, Luiz HenriqueCapparelli. IV. Embrapa Instrumentação Agropecuaria© Embrapa 2009Rede de Nanotecnologia Aplicada ao Agronegàcio - Anais do V WorkshopCARACTERIZAÇÃO TÉRMICA DE NANOCOMPÓSITOS DEBORRACHA NATURAL E NANOFIBRAS DE CELULOSEMaria Alice Martins', Eliangela de Morais Teíxeira', Paulo de Souza Gonçalves", Luiz HenriqueCapparelli Mattoso" Mariselma Ferreira''Universidade Federal do ABC, CCNH, maria.martins@ufabc.edu.br, mariselma.ferreira@ufabc.edu.br.2Lab. Nac. Nanotecnologia Agronegócio, Embrapa Instrumentação Agropecuária,eliangela@cnpdia.embrapa.br, llmattoso@cnpdia.embrapa.br.3Instituto Agronômico, AptalIAC - Programa Seringueira, *paulog@iac.sp.gov.br.Projeto Componente: PC4 Plano de Ação: 01.05.1.01.04.02Resumoo objetivo deste trabalho foi avaliação das propriedades térmicas (TG e DSC) de nanocompósitosde borracha natural do clone RRIM 600 e nanofibras de celulose obtidas de algodão comercial. Osnanocompósitos apresentaram resultados promissores, pois mostraram boa estabilidade térmica até300 DCem atmosfera inerte e 250 DCem atmosfera oxidativa. A adição e o aumento no conteúdo denanofibras de 2 para 12% não levou a uma redução da estabilidade térmica dos materiais obtidos enão influenciou nos valores obtidos para a transição vítrea, em tomo de -66°C para todas asamostras.Palavras-chave: TG, DSC, algodão, borracha natural, nanocompósito.IntroduçãoNanocompósitos são materiais multifásicosnos quais uma das fases possui dimensõesnanométricas em pelo menos um dos eixosgeométricos das partículas. Devido à sua estrutura,essa nova classe de materiais pode apresentarpropriedades únicas, diferentes dos compósitosconvencionais e dos seus constituintes, gerandonovas tecnologias e aplicações (VARGUESE, 2003).A borracha natural crua proveniente do látexda seringueira [Hevea brasiliensis (Willd. ex Adr. deJuss.) Muell.-Arg.), um polímero de alta. massamolar de estrutura cis - 1,4 poliisopreno, é umamatéria-prima agrícola importante para amanufatura de uma grande quantidade de produtos(MORTON, 1981). O látex obtido das árvores daseringueira contém, em adição ao hidrocarbonetopoliisoprênico, uma grande quantidade de outrassubstâncias orgânicas e inorgânicas que têminfluência nas propriedades fisico-químicas dopolímero poliisopreno, sendo entres estas influêncianas propriedades físico-químicas do polímeropoliisopreno, sendo entres estas propriedades domaterial, o comportamento térmico é importantepara a determinação dos parâmetros de formulação eprocessamento da borracha. (TANAKA, 1985;MARTINS et aI., 2008).O algodoeiro é uma das principais plantasdomesticadas pelo homem e uma das mais antigas,tendo registros de seu uso a mais de 4.000 anos, e écultivado comercialmente em mais de 65 países.Essa cultura representa no Brasil mais de 60% dosinsumos têxteis, e nos Estados Unidos 65%. Cerca de90% das fibras de algodão comercializadas nomundo são provenientes da espécie Gossypiumhirsutum (BELTRÃO, 1999).O objetivo deste trabalho foi avaliação daspropriedades térmicas de nanocompósitos deborracha natural do clone RRIM 600 e nanofibras decelulose obtidas de algodão comercial.Embrapa Instrumentação Agropecuária, São Carlos, 17 e 18 de setembro de 2009216Rede de Nanotecnologia Aplicada ao Agronegócio - Anais do V WorkshopMateriais e métodoso látex de borracha natural do clone RRIM600 foi coletado em Pindorama dentro do programaSeringueira desenvolvido pelo IAC. A borracha foiavaliada através de ensaios de índice de retençãode plasticidade (PRI), plasticidade Wallace(Po),viscosidade Mooney (VR)' extrato acetônico, eporcentagem de nitrogênio. O algodão para aobtenção das nanofibras foi adquirido no comérciolocal. Para preparação das nanofibras, cerca de 5 g defibras de algodão foram dispersas em 100 mL desolução de ácido sulfúrico 6.5M a 45°C, sob agitaçãopor 75 minoA suspensão resultante foi submetida àdiálise com água usando uma membrana de celuloseaté pH entre 6 e 7. A difratometria de raios X foirealizada em um equipamento VEB Carl Zeiss-JENA URD-6 Diffractometer, usando CuKaradiation (À = 1.5406A) operando a 40 kV e 20 mA.Para a obtenção dos nanocompósitos, a suspensão denanofibras foi misturada ao látex sob suave agitaçãoem diferentes proporções (2%-12% phr). Osnanocompósitos foram obtidos na forma de filme"by casting", a mistura foi depositada em um moldede teflon e seca em estufa a temperatura moderada.Os ensaios de TG/DTG foram realizados àtaxa de aquecimento de 10 °C/min, em atmosferainerte (nitrogênio) e oxidativa (ar sintético) datemperatura ambiente até 800°C num equipamentoTA Q500. A temperatura de transição vítrea e ocomportamento térmico da borracha natural e dosnanocompósitos foram determinados através deensaios de DSC em um instrumento TA QIOO. Arazão de aquecimento utilizada foi 10 °C/min, entre90°Ca 150°C.Resultados e discussãoA Tabela 1 apresenta os resultados daavaliação da borracha através de ensaios de índice deretenção de plasticidade (PRI), plasticidadeWallace(Po), viscosidade Mooney (VR)' extratoacetônico, e porcentagem de nitrogênio. Osresultados mostraram que a borracha utilizada temqualidade dentro dos padrões da norma brasileira einternacional.Na Figura 1 são apresentados osdifratogramas da fibra de algodão e das nanofibras.Pode se observar a presença dos principais picosreferentes aos planos cristalográficos nos seguintesângulos de Bragg (28): 15,00 (plano 101); 16,so(plano 101); 22,70 (plano 002); 34,40 (plano 040). Afibra de algodão comercial apresentou um índice decristalinidade (Ic) de 77% e ocorreu um aumento decerca de 20% em relação ao das nanofibras, com Icigual a 91%.Em atmosfera inerte, as curvas de TG,Figura 2 mostraram que, em todos os casos, Oprocesso de decomposição ocorreu em uma únicaetapa e que não existe diferença signi ficativa entre asamostras, indicando que a adição e o aumento noconteúdo de nanofibras de 2 para 12% não levou auma redução da estabilidade térmica do materialobtido. Observou-se ainda que a temperatura inicialde decomposição é próxima a 300°C, sendo que atéesta temperatura ocorreu uma perda de massa decerca de 10% em relação àmassa inicial tanto para aborracha como para os nanocompósitos.Tabela 1. Propriedades tecnológicas da borrachanatural do clone RRIM 600.Propriedade M~r dia C V. (%)e Ia109 860 1372 113,1 190,5 29VRPoPRI~ee~nicoicoNhlliw,êni~(éV«Y1o)60007000.,.----------------,- FibraNanofibra5000~ 4000j 300020005 15 i& (graÔs) 30 35 40 45217Fig. 1. Difratogramas de raios-X da fibra dealgodão e das nanofibras.- RRIM600•• o •• 2% Nanofibra4% Nanofibrao 0.0 o 12% Nanofibra100 200 300 400 500 600 700 800Temperatura 0Ç)Fig. 2. Curvas de TG para a borracha natural e paraos nanocompósitos em atmosfera de nitrogênio, 10°C/min.A Figura 3 mostra as curvas de TG ematmosfera oxidativa de ar sintético, observa-se quehouve uma mudança no mecanismo de degradaçãotanto para a borracha quanto para osEmbrapa Instrumentação Agropecuária, São Carlos, 17 e 18 de setembro de 2009100010Rede de Nanotecnologia Aplicada ao Agronegócio - Anais do V Workshopnanocompósitos. A decomposição em atmosferatermo-oxidativa ocorre após uma perda de massainicial, em três processos. Considerando-se a perdade massa inicial de cerca de 5%, atribuída àeliminação de voláteis, a etapa inicial de degradaçãoocorre na temperatura de cerca de 250°C para todasas amostras.100 -RRIM600·····2% Nanofibra·····4% Nanofibra80 - _._.-12% Nanofibra~60m~ 4020100 200 300 400 500 600 700 800Temperatura ~)Fig. 3. Curvas TG para a borracha natural e para osnanocompósitos em atmosfera oxidativa, 10°C/min.Para comparação, a Figura 4 mostra as curvasde TG da fibra, da nanofibra, da borracha e de umnanocompósito como exemplo. Observa-se que ananofibra apresenta a menor estabilidade térmica eque apesar disto a adição das nanofibras reduzsomente levemente o desempenho térmico domaterial. Observa-se também que osnanocompósitos apresentam comportamento similarao da borracha natural sem reforço.~~ 6040-RRIM600.... FibraNanofibra- _. 12% Nanofibra8020100 200 300 400 500 600 700 800Temperatura ~)Fig. 4. Curvas de TG para a borracha natural, fibrade algodão, nanofibra e nanocompósito com 12%de nanofibra, em atmosfera de nitrogênio, 10°C/min.Os resultados obtidos através da técnica deDSC são apresentados na Figura 5. A transiçãoobservada é atribuída à temperatura de transiçãovítrea (Tg). Observa que ocorreu pouca diferençanos valores de Tg entre os nanocompósitos, queapresentaram Tg em tomo de -66°C, resultadossemelhantes foi observado por Bendahou et al.(2009).0,0-0,5h~ -1,0~~ti:-1,5- RRIM600..... 2% Nanofibra4% Nanofibra. - - - 12% Nanofibra-80 -60 -40 -20 o 20 40 60 80 100Temperatura 0Ç)Fig. 5: Curvas de DSC para a borracha natural epara os nanocompósitos.ConclusõesOs nanocompósitos apresentaram resultadosbastante promissores, pois mostraram boaestabilidade térmica até cerca de 300°C ematmosfera inerte e até aproximadamente 250 °C ematmosfera oxidativa. Observou-se também que aadição e o aumento no conteúdo de nanofibras de 2para 12% não levou a uma redução da estabilidadetérmica do material obtido. A adição de nanofibrastambém não influenciou nos valores obtidos para atransição vítrea, pois todas as amostras apresentaramTg em tomo de -66°C, sugerindo que o materialobtido tem capacidade de movimentação, ouflexibilidade das cadeias poliméricas semelhante.AgradecimentosUFABC, EMBRAPA, FINEP/MCT, FAPESP eCNPq .ReferênciasBELTRÃO, N. E. M. O Agronegócio do Algodãono Brasil, Brasília: [s. n.], 1999.BENDAHOU, A.; HABIBI, Y.; KADDAMI, H.;DUFRESNE, A. Biobased Materiais andBioenergy, [S.l.], v. 3, p. 81-90,2009.MARTINS, M. A.; MORENO, R. M. B.;MATTOSO, L. H. C.; GONÇALVES, P. S.Seringueira. Belo Horizonte: EPAMIG, 2008.MORTON, M. Rubber technology. Malabar,Florida: [s.n.], 1981.VARGUESE, S.; KARGER-KOCSIS, 1. Polymer,[S.L.], v.44,p.492l,2003.TANAKA, Y. In: INTERNATIONAL RUBBERCONFERENCE. 1985, Kyoto. [S. l.: s. n.], 1985. p.141-146.Embrapa Instrumentação Agropecuária, São Carlos, 17 e 18de setembro de 2009218

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