BONDANCIA, T. J.

MATTOSO, L. H. C.

MOREIRA, F. K. V.

OLIVEIRA, F. B. de

TEIXEIRA, E. de M.

RCAAP - Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal

Deslignificação da medula do bagaço de cana-de-açúcar e obtenção de 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 Benedit 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: Dr. 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 ediçãolª impressão (2009): tiragem 200Todos os direitoa reservados.A reprodução não-autorizada desta publicação, no todo ou em parte,constitui violação dos direitos autorais (Lei no 9.610).CIP-Brasil. Catalogação-fia-publicação.Embrapa Instrumentação AgropecuáriaAnais do V Workshop da rede de nanotecnologia aplicada aoagronegócio 2009 - São Carlos: Embrapa InstrumentaçãoAgropecuaria, 2009.IrregularISSN: 2175-83951. Nanotecnologia - 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 Agronegocio - Anais do V WorkshopDESLIGNIFICAÇÃO DA MEDÚLA DO BAGAÇO DECANA-DE-AÇÚCAR E OBTENÇÃO DE NANOFIBRAS DE CELULOSEFranciéli B. de Oliveira', Thalita J. Bondancía':', Eliangela de M. Teixeira', Francys K.V. Moreíra'",Luiz H. C. Mattoso"ILNNA IEMBRAPA, Laboratório Nacional de Nanotecnologia aplicada ao Agronegócio, EmpresaBrasileira de Instrumentação Agropecuária "e-mail: mattoso@cnpdia.embrapa.br2DEMalUFSCar, Departamento-de Engenharia de Materiais, Universidade Federal de São Carlos3DQ/UFSCar, Departamento de Química, Universidade Federal de São CarlosProjeto Componente: PC4 Plano de Ação: 01.05.1.01.04.04ResumoA produção de álcool de cana-de-açúcar é uma importante atividade econômica no estado de SãoPaulo, consequentemente, gera uma grande quantidade de resíduos - bagaço de cana-de-açúcar.Este, por sua vez, pode ser usado como fonte de obtenção de nanofibras de celulose. As nanofibrasde celulose foram extraídas por hidrólise ácida da medula de bagaço de cana-de-açúcar. Estas foramextraídas por hidrólise ácida da medula do bagaço de cana-de-açúcar. Em seguida, estas foramcaracterizadas por termogravimetria (TG) para avaliar estabilidade térmica, microscopia eletrônicade transmissão (MET) para avaliar a morfologia, cristalinidade (di fração de raio X). Os resultadosmostraram a obtenção de nanofibras em tomo de 250 e 7 nm de comprimento e diâmetro,respectivamente.Palavras-chave: celulose, nanofibra, bagaço de cana-de-açúcar, matriz biodegradável.IntroduçãoNos últimos anos a conscientização a respeitoda preservação do meio ambiente resultou em umcrescente interesse no uso de materiais que causemmenor impacto ambiental. Tal fato é motivadoprincipalmente pelo aumento do consumo demateriais poliméricos não biodegradáveis, os quaisse acumulam em diversas esferas do ecossistematerrestre. Desta forma, o uso de materiaissustentáveis tem crescido, principalmente, aquelesobtidos de fontes renováveis, tais como amido ecelulose (AVÉROUS e HALLEY, 2009).Conseqüentemente, observa-se o aumentosignificativo de pesquisas envolvendo a substituiçãode fibras sintéticas por fibras de origem vegetal,devido às suas propriedades específicas napreparação de compósitos poliméricos (PASQUINIet al., 2008; OLIVEIRA et ai., 2008; MARTINS etal., 2009a). A partir de fibras lignocelulósicas épossível obter nanofibras por meio de hidróliseácida. Neste contexto, nanofibras de celulose podemser uma alternativa viável para desenvolvermateriais de elevado desempenho mecânico, umavez que apresentam baixa densidade e, ainda sãobiodegradáveis (MARTINS et ai., 2009). Asnanofibras de celulose podem ser extraídas deresíduos vegetais, por exemplo, a medula bagaço dacana-de-açúcar (MBC), o que possibilita aagregação de valor a essa matéria-prima. O Brasil éatualmente o principal produtor de cana-de-açúcarno mundo, com produção de cerca de 691 milhões detoneladas em junho de 2009 (IBGE, 2009). Estetambém representa o maior subproduto gerado nosengenhos de etanol e açúcar no país, especialmenteno estado de São Paulo, onde se concentram asplantações tradicionais da cultura (HOAREAU etal., 2004). O teor de celulose (-50%) associado comEmbrapa Instrumentação Agropecuária, São Carlos, 17 e 18 de setembro de 2009151Rede de Nanotecnologia Aplicada ao Agronegócio - Anais do V Workshopo baixo custo e elevada quantidade de resíduo geradatoma atrativo seu uso como fonte de nanofibras decelulose. No entanto, essa fibra deve passar por umprocesso de isolamento da celulose oudeslignificação, também conhecido comobranqueamento. O presente estudo descreve adeslignificação da medula de bagaço de cana-de-açúcar (MBC), para preparação e caracterização denanofibras de celulose e posterior incorporação emmatriz biodegradável de amido.Materiais e métodosAs fibras de medula de bagaço de cana-de-açúcar foram previamente trituradas forambranqueadas por diferentes tratamentos: (A)Hidróxido de sódio (NaOH): as fibras foramadicionadas a um béquer contendo solução deNAOH (5 %) mantidas sob agitação mecânica por 60min a 90 "C, (B) Mistura dos ácidos acético(CH)C02H) e nítrico (HNO)): as fibras foramadicionadas a um béquer contendo uma mistura desoluções dos ácidos acético (80 %) e nítrico (70 %),sendo mantidas sob agitação por 30 min a 90 oe. (C)Peróxido de hidrogênio (H202): as fibras foramadicionadas a um béquer contendo uma mistura desoluções de hidróxido de sódio (NaOH 4%) e HP2(40%) e mantidas sob agitação mecânica por 90 mina 55 "C. Em seguida, para todos os branqueamentos,as fibras foram lavadas com água destilada, atéatingir pH idêntico ao da água usada na lavagem esecas em estufa de circulação de ar (50°C), até massaconstante. Os experimentos de microscopiaeletrônica de transmissão (MET) foram feitos emequipamento marca TECNAI F20G2 comaceleração de voltagem 120 kV no módulo STEAM,a suspensão foi diluída, depositada sobre gride. Asanálises de termogravimetria (TG) foram feitas emaparelho TA Instruments Q500: 7,5 - 9,5 mg; 25 -700°C; atmosfera de nitrogênio; 10 "Cmin': 60ml.anin'. As análises de difração de raios X foramfeitas em difratômetro RlGAKU, comprimento deonda 1,542 (ka)Á, velocidade de 2 ° min', 5 - 40°(ângulo de Bragg 28), potência de 40 mA e 40 kY. Oíndice de cristalinidade foi determinado através darelação entre os picos de intensidade máxima (lmáx)e mínima (lmín), de acordo com a equação (SEGALet al., 1959): ler = [(lmóx - Im)/lmóJx100, leia-se: ler:índice de cristalinidade; lmáx: intensidade máxima(1220), lmill: intensidade mínima (1180)'Resultados e discussãoOs resultados para os teores de lignina,estabilidade térmica e cristalinidade das fibrassubmetidas a diferentes tratamentos sãoapresentados na Tabela 1. Todos os tratamentosquímicos empregados reduzem o teor de lignina daMBC in natura em tomo de 50 %. No entanto, otratamento C, o qual utiliza H202 em meio alcalinoem duas etapas de deslignificação, se mostrou maiseficiente na remoção da lignina, com o teor residualde5,8%.Tabela 1. Valores de lignina, cristalinidade eestabilidade térmica para MBC submetidas adiferentes tratamentos.TratamentosLignina Cristalinidade Ti(%) (%) (0C)MBC in natura 26,4 50 253MBC-A 12,5 69 241MBC-B 9,7 67 247MBC-C 5,8 78 278Ti: Temperatura inicial de degradação térmica obtida via TGOs tratamentos de deslignificação, além deremover a lignina, aumentaram o índice decristalinidade, da MBC in natura. Talcomportamento é atribuído ao rearranjo das cadeiascelulósicas após a remoção da 1ignina. Os reagentesutilizados nos tratamentos reagem,preferencialmente, com a lignina devido a grandequantidade de grupos cromóforos presentes na suacadeia polimérica. As cadeias de lignina localizam-se próximas a superficie da fibra vegetal, enquanto ascadeias de celulose se encontram mais protegidas deataques químicos no interior da fibra (SUN et al.,2004). Então se tem como resultado final, umaumento das regiões cristalinas da fibraproporcionalmente ao teor de celulose final após oprocesso de deslignificação (BLEDZKI et al., 1999).Para a MBC submetida ao tratamento C ocorreu umaumento na temperatura inicial de degradaçãotérmica de 253 para 278°C, resultado compatívelcom maior valor de índice de cristalinidade obtidopara este tratamento. Portanto, o tratamento C semostra o mais adequado para a extração denanofibras a partir da celulose da MBe.Os estudos conduzidos atualmente pelo grupode pesquisa em nanofibras de celulose do LNNA,focam o uso de hidrólise ácida para a obtenção dasnanofibras de celulose. A Figura 1 apresenta umamicrografia obtida por MET, onde é ilustrada amorfologia das nanofibras obtidas da MBC -C.Fig. 1. MET para as nanofibras de MBe.Embrapa lnstrumentação Agropecuária, São Carlos, 17 e 18 de setembro de 2009152Rede de Nanotecnologia Aplicada ao Agronegócio - Anais do V WorkshopAs nanofibras apresentam um formato dehastes alongadas, bem como homogeneidade emsuas dimensões. °comprimento e o diâmetro médioforam determinados, utilizando-se o programa deanálise de imagem (lmagePlus), situam-se em tomode 250 e 7 nrn, respectivamente.ConclusõesOs resultados mostraram que o uso de fibrasde medula de bagaço de cana-de-açúcar são umaalternativa viável para obtenção de nanofibras decelulose.AgradecimentosFAPESP, CNPq, EMBRAPA, FINEP/MCT.ReferênciasAVÉROUS, J-L.; HALLEY, P.J. Biofuels,Bioproducts & Biorefining, v. 3, p. 329-343, 2009.BLEDZKI,AK.; GASSAN, r.Progress in PolymerScíençe, v. 24, p. 221-274,1999.GANAN, P.; ZUALUAGA, R.; RESTREPO, A;LABIDI, J.; MONDRAGON, r. BioresourceTechnology, v. 99, p. 486-491, 2008.HOHEAU, W.; TRINDADE, W.G.; SIEGMUND,B.; CASTELLAN, A; FROLLINI, E. PolymerDegradation and Stability, v. 86, p. 567-576,2004.MARTINS, 1.v.G.; MAGINA, S.P.; OLIVEIRA, L.;FREIRE, C.S.R.; SILVESTRE, AlD ..; NETO,c.P.; GANDINI, A Composites Science andTechnology, v. 69, p. 2163-2168,2009.OLIVEIRA, F. B.; GARDRAT, C.; ENJALBAL, c.,FROLLINI, E.; CASTELLAN, A. Journal ofApplied Po1ymer Science, New York, v. 109, p.2291-2303,2008.PASQUINI, D.; TEIXElRA, E. M.; CURVELO, A.A S.; BELGACEM, M. N.; DUFRESNE, A.Composites Science and Technology, Barking, v.68,p.193-201,2008.SEGAL, L.; CREELY, J. l; MARTIN Jr, E.;CONRAD, C. M. Textile Research Journal,Princeton, v. 29, p. 786-794,1959.SUN, l X.; SUN, X. F.; ZHAO, H.; SUN, R. C.Polymer Degradation and Stability, Essex, v. 84,p. 331-339,2004.Embrapa Instrumentação Agropecuária, São Carlos, 17e 18de setembro de 2009153

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