Produção e caracterização de polieletrólitos catiônicos derivados da celulose

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Autor(a) principal: ARAÚJO, Arthur Tadeu Freitas de Almeida
Data de Publicação: 2019
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFTM
Texto Completo: http://bdtd.uftm.edu.br/handle/tede/621
Resumo: Polímeros são materiais presentes em quase todas as áreas de atuação humana. Porém, muitos polímeros são oriundos de fontes não renováveis e podem gerar resíduos tóxicos no seu processamento, o que agride o meio ambiente. Uma alternativa mais sustentável é a substituição desses materiais por outros que sejam ambientalmente adequados. Os biopolímeros são materiais naturais e biodegradáveis, portanto são um atrativo para a substituição de polímeros sintéticos. A celulose é o biopolímero mais abundante da Terra. Ela está presente na parede celular da maioria dos vegetais como um importante elemento estrutural. É um polímero linear, neutro, com alta massa molar e apresenta regiões cristalinas e também fortes ligações de hidrogênio inter e intramoleculares. Devido a tais características o processamento da celulose se torna difícil. Polieletrólitos geralmente são polímeros sintéticos e empregados em diversas áreas, tais como: tratamento de efluentes, produção de papel, em indústrias químicas, de alimentos, de cosméticos e farmacêuticos, de petróleo e indústrias têxteis. Esses materiais apresentam cargas ao longo de sua estrutura, podendo ser catiônicos, aniônicos ou anfóteros. Neste trabalho foram testadas várias fontes de celulose, tais como bagaço de cana-de-açúcar, acetato de celulose comercial e metilcelulose comercial, a fim de realizar a sua solubilização e posteriormente reagir com um agente quaternizante, para dar origem a um polieletrólito catiônico que seja biodegradável. O agente quaternizante utilizado foi o cloreto de 2,3-epoxipropiltrimetilamônio (ETA). Das fontes testadas, apenas a celulose do bagaço de cana-de-açúcar, a qual sofreu um tratamento prévio para a redução de sua massa molar (CBCA/AD), conseguiu ser solubilizada no sistema solvente LiOH/ureia. E após proceder à reação de quaternização ou cationização dessa amostra o material mostrou-se solúvel em água a temperatura ambiente. Para a reação de quaternização em que se empregou a metilcelulose comercial (MCC), que é um material derivado da celulose já solúvel em água, o produto de reação desse material (MCC) com o ETA também mostrou-se solúvel em água a temperatura ambiente. Além da solubilidade, as amostras foram caracterizadas por difração de raios – X, espectroscopia na região do infravermelho (FTIR) e a amostra de CBCA/ADcationizada também foi caracterizada por ressonância magnética nucler de 13C. As caracterizações dos materiais indicaram a substituição de grupos hidroxila (OH) da celulose/metilcelulose por grupamentos catiônicos, evidenciando o êxito na produção de polieletrólitos catiônicos derivados da celulose.
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spelling Produção e caracterização de polieletrólitos catiônicos derivados da celuloseBiopolímeros.Celulose.Polieletrólito catiônico.Metilcelulose.Biopolymers.Cellulose.Cationic polyelectrolyte.Methylcellulose.MateriaisPolímeros são materiais presentes em quase todas as áreas de atuação humana. Porém, muitos polímeros são oriundos de fontes não renováveis e podem gerar resíduos tóxicos no seu processamento, o que agride o meio ambiente. Uma alternativa mais sustentável é a substituição desses materiais por outros que sejam ambientalmente adequados. Os biopolímeros são materiais naturais e biodegradáveis, portanto são um atrativo para a substituição de polímeros sintéticos. A celulose é o biopolímero mais abundante da Terra. Ela está presente na parede celular da maioria dos vegetais como um importante elemento estrutural. É um polímero linear, neutro, com alta massa molar e apresenta regiões cristalinas e também fortes ligações de hidrogênio inter e intramoleculares. Devido a tais características o processamento da celulose se torna difícil. Polieletrólitos geralmente são polímeros sintéticos e empregados em diversas áreas, tais como: tratamento de efluentes, produção de papel, em indústrias químicas, de alimentos, de cosméticos e farmacêuticos, de petróleo e indústrias têxteis. Esses materiais apresentam cargas ao longo de sua estrutura, podendo ser catiônicos, aniônicos ou anfóteros. Neste trabalho foram testadas várias fontes de celulose, tais como bagaço de cana-de-açúcar, acetato de celulose comercial e metilcelulose comercial, a fim de realizar a sua solubilização e posteriormente reagir com um agente quaternizante, para dar origem a um polieletrólito catiônico que seja biodegradável. O agente quaternizante utilizado foi o cloreto de 2,3-epoxipropiltrimetilamônio (ETA). Das fontes testadas, apenas a celulose do bagaço de cana-de-açúcar, a qual sofreu um tratamento prévio para a redução de sua massa molar (CBCA/AD), conseguiu ser solubilizada no sistema solvente LiOH/ureia. E após proceder à reação de quaternização ou cationização dessa amostra o material mostrou-se solúvel em água a temperatura ambiente. Para a reação de quaternização em que se empregou a metilcelulose comercial (MCC), que é um material derivado da celulose já solúvel em água, o produto de reação desse material (MCC) com o ETA também mostrou-se solúvel em água a temperatura ambiente. Além da solubilidade, as amostras foram caracterizadas por difração de raios – X, espectroscopia na região do infravermelho (FTIR) e a amostra de CBCA/ADcationizada também foi caracterizada por ressonância magnética nucler de 13C. As caracterizações dos materiais indicaram a substituição de grupos hidroxila (OH) da celulose/metilcelulose por grupamentos catiônicos, evidenciando o êxito na produção de polieletrólitos catiônicos derivados da celulose.Polymers are materials present in almost all areas of human performance. However, many polymers come from non-renewable sources and can generate toxic waste in their processing, which harms the environment. A more sustainable alternative is to replace these materials with others that are environmentally appropriate. Biopolymers are natural and biodegradable materials, so they are an attractive substitute for synthetic polymers. Cellulose is the most abundant biopolymer on earth. It is present in the cell wall of most vegetables as an important structural component. It is a linear, neutral polymer with high molar mass and has crystalline regions and also strong inter- and intramolecular hydrogen bonds. Due to such characteristics the processing of the cellulose becomes difficult. Polyelectrolytes are generally synthetic polymers and employed in various areas such as: effluent treatment, paper production, in the chemical, food, cosmetic and pharmaceutical industries, petroleum and textile industries. These materials have loads throughout their structure, and can be cationic, anionic or amphoteric. In this work, several sources of cellulose, such as sugarcane bagasse, commercial cellulose acetate and commercial methylcellulose were tested in order to carry out their solubilization and then react with a quaternizing agent to give a polyelectrolyte cationic surfactant that is biodegradable. The quaternizing agent was 2,3-epoxypropyltrimethylammonium chloride (ETA). From the sources tested, only sugarcane bagasse pulp, which had been previously treated to reduce its molar mass (CBCA/AD), was solubilized by the LiOH/urea solvent system. After the quaternization or cationization reaction of this sample, the material was soluble in water at room temperature. For the quaternization reaction using commercially available methylcellulose (MCC), which is a water-soluble cellulose-derived material, the reaction product of this material (MCC) with ETA was also soluble in water at room temperature. In addition to the solubility, the samples were characterized by X - ray diffraction, infrared spectroscopy (FTIR) and the cationized CBCA/AD sample was also characterized by 13C nucler magnetic resonance. The characterization of the materials indicated the substitution of hydroxyl (OH) groups of cellulose/methylcellulose bycationic groups, evidencing the successful production of cationic polyelectrolytes derived from cellulose.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e TecnológicoFundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas GeraisUniversidade Federal do Triângulo MineiroInstituto de Ciências Exatas, Naturais e Educação - ICENEBrasilUFTMPrograma de Pós-Graduação Multicêntrico em Química de Minas GeraisCERQUEIRA, Daniel Alves83371427153http://lattes.cnpq.br/2869326690588369ARAÚJO, Arthur Tadeu Freitas de Almeida2019-03-26T18:38:47Z2019-02-04info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfapplication/pdfARAÚJO, Arthur Tadeu Freitas de Almeida. Produção e caracterização de polieletrólitos catiônicos derivados da celulose. 2019. 28f. Dissertação (Mestrado em Química) - Programa de Pós-Graduação Multicêntrico em Química de Minas Gerais, Universidade Federal do Triângulo Mineiro, Uberaba, 2019.http://bdtd.uftm.edu.br/handle/tede/621porAGUADO, R.; LOURENÇO, A. F.; FERREIRA, P. J.; MORAL, A.; TIJERO, A. Cationic cellulosic derivatives as flocculants in papermaking. Cellulose, v. 24, p. 3015-3027, 2017. ALMEIDA, P. M. D. C. Reciclagem de polímeros – Uma abordagem em contexto escolar. 2012. Dissertação de Mestrado - Universidade do Minho, Braga/Portugal. 2012. AGÊNCIA NACIONAL DE VIGILÂNCIA SANITÁRIA (ANVISA). Disponível em: <http://portal.anvisa.gov.br/documents/375992/3626147/Cartilha+PEI+- +usu%C3%A1rio+externo+VERS%C3%83O+4.3.pdf/a1fc4d0b-1dbe-4e98-95b1- 96a2bdafeb8a>. Acesso em: 14 mai. 2018. ARAÚJO, J. R.; WALDMAN, W. R.; DE PAOLI, M. A.; Polym. Degrad. Stab. v. 93, p. 1770, 2008. AWWA - AMERICAN WATER WORKS ASSOCIATION, Water Quality and Treatment - A Handbook of Community Water Supplies. 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Methylcellulose.
Materiais
description Polímeros são materiais presentes em quase todas as áreas de atuação humana. Porém, muitos polímeros são oriundos de fontes não renováveis e podem gerar resíduos tóxicos no seu processamento, o que agride o meio ambiente. Uma alternativa mais sustentável é a substituição desses materiais por outros que sejam ambientalmente adequados. Os biopolímeros são materiais naturais e biodegradáveis, portanto são um atrativo para a substituição de polímeros sintéticos. A celulose é o biopolímero mais abundante da Terra. Ela está presente na parede celular da maioria dos vegetais como um importante elemento estrutural. É um polímero linear, neutro, com alta massa molar e apresenta regiões cristalinas e também fortes ligações de hidrogênio inter e intramoleculares. Devido a tais características o processamento da celulose se torna difícil. Polieletrólitos geralmente são polímeros sintéticos e empregados em diversas áreas, tais como: tratamento de efluentes, produção de papel, em indústrias químicas, de alimentos, de cosméticos e farmacêuticos, de petróleo e indústrias têxteis. Esses materiais apresentam cargas ao longo de sua estrutura, podendo ser catiônicos, aniônicos ou anfóteros. Neste trabalho foram testadas várias fontes de celulose, tais como bagaço de cana-de-açúcar, acetato de celulose comercial e metilcelulose comercial, a fim de realizar a sua solubilização e posteriormente reagir com um agente quaternizante, para dar origem a um polieletrólito catiônico que seja biodegradável. O agente quaternizante utilizado foi o cloreto de 2,3-epoxipropiltrimetilamônio (ETA). Das fontes testadas, apenas a celulose do bagaço de cana-de-açúcar, a qual sofreu um tratamento prévio para a redução de sua massa molar (CBCA/AD), conseguiu ser solubilizada no sistema solvente LiOH/ureia. E após proceder à reação de quaternização ou cationização dessa amostra o material mostrou-se solúvel em água a temperatura ambiente. Para a reação de quaternização em que se empregou a metilcelulose comercial (MCC), que é um material derivado da celulose já solúvel em água, o produto de reação desse material (MCC) com o ETA também mostrou-se solúvel em água a temperatura ambiente. Além da solubilidade, as amostras foram caracterizadas por difração de raios – X, espectroscopia na região do infravermelho (FTIR) e a amostra de CBCA/ADcationizada também foi caracterizada por ressonância magnética nucler de 13C. As caracterizações dos materiais indicaram a substituição de grupos hidroxila (OH) da celulose/metilcelulose por grupamentos catiônicos, evidenciando o êxito na produção de polieletrólitos catiônicos derivados da celulose.
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