Boletim de Pesquisa e Desenvolvimento ?· Por exemplo, no caso de se utilizar um ácido sulfúrico concentrado…

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Boletim de Pesquisa e Desenvolvimento

94ISSN 0103 - 0841Dezembro, 2012

Processo de Obteno de Nanocristais de Celulose a partir do Lnter de Algodo

ISSN 0103-0841Dezembro, 2012

Empresa Brasileira de Pesquisa AgropecuriaCentro Nacional de Pesquisa de AlgodoMinistrio da Agricultura, Pecuria e Abastecimento

Boletim de Pesquisa e Desenvolvimento 94

Processo de Obteno de Nanocristais de Celulose a partir do Lnter de Algodo Joo Paulo Saraiva MoraisMorsyleide de Freitas RosaMen de S Moreira de Souza FilhoLlian Chayn AlexandrinoAna Cassales Ribeiro

Campina Grande, PB

2012

Exemplares desta publicao podem ser adquiridos na:

Embrapa AlgodoRua Osvaldo Cruz, 1143, CentenrioCEP 58428-095Caixa Postal 174Fone: (83) 3182 4300Fax: (83) 3182 4367Home page: http://www.cnpa.embrapa.brE-mail: cnpa.sac@embrapa.br

Comit de Publicaes da Unidade

Presidente: Odilon Reny Ribeiro Ferreira SilvaSecretrio-Executivo: Geraldo Fernandes de Sousa FilhoMembros: Augusto Guerreiros Fontoura Costa, Gilvan Barbosa Ferreira, Joo Luis da Silva

Filho, Joo Paulo Saraiva Morais, Liziane Maria de Lima, Marleide Magalhes de Andrade Lima, Valdinei Sofiatti e Virgnia de Souza Columbiano Barbosa

Superviso editorial: Geraldo Fernandes de Sousa FilhoReviso de texto: Everaldo Correia da Silva Filho Normalizao bibliogrfica: Ana Lucia Delalibera de FariaTratamento de ilustraes: Oriel Santana BarbosaEditorao eletrnica: Oriel Santana BarbosaFoto da capa: Joo Paulo Saraiva Morais

1 edio1 impresso (2012).

Todos os direitos reservados.A reproduo no-autorizada desta publicao, no todo ou em parte, constitui violao

dos direitos autorais (Lei no 9.610).

Dados Internacionais de Catalogao na Publicao (CIP)Embrapa Algodo

Embrapa 2012

Processo de obteno de nanocristais de celulose a partir do lnter de algodo / Joo Paulo Saraiva Morais ... [et al]. Campina Grande : Embrapa Algodo, 2012.

19 p. (Boletim de Pesquisa e Desenvolvimento / Embrapa Algodo, ISSN

0103-0841; 94)

1. Algodo Nanotecnologia. I. Morais, Joo Paulo Saraiva. II. Embrapa Algodo. III. Srie. CDD 633.51233 (21. ed.)

Sumrio

Resumo..............................................................................5

Abstract.............................................................................7

Introduo........................................................................ 9

Material e Mtodos .....................................................10

Resultados e Discusso ............................................13

Concluso.......................................................................15

Referncias ...................................................................16

Processo de Obteno de Nanocristais de Celulose a partir do Lnter de AlgodoJoo Paulo Saraiva Morais1 Morsyleide de Freitas Rosa2 Men de S Moreira de Souza Filho2 Llian Chayn Alexandrino2 Ana Cassales Ribeiro2

ResumoA Nanotecnologia e a Qumica Verde tm se constitudo, nos ltimos anos, como alternativas viveis para o desenvolvimento de novos materiais. Alguns desses materiais podem ser utilizados para sntese de produtos concorrentes aos derivados de petrleo, com a vantagem de serem biodegradveis. Nesse contexto, o presente boletim vem mostrar resultados de pesquisas desenvolvidas por projetos internos da Embrapa, na qual um subproduto do algodo, o lnter, matria-prima para o desenvolvimento de um insumo nanoestruturado, os nanowhiskers de celulose, passveis de utilizao no desenvolvimento de produtos manufaturados inovadores. Foi possvel obter nanocristais com dimenses mdias de 177 nm de comprimento por 12 nm de dimetro, por meio de uma rota nanotecnolgica de obteno top-down, via hidrlise cida. Esses cristais podem ser utilizados, por exemplo, como um aditivo no acabamento de peas txteis, ou como reforo no preparo de nanocompsitos, como filmes biodegradveis, ou estabilizantes de emulses, dentre diversas outras funes. Dessa forma, cumprindo-se uma abordagem de biorrefinaria, a extrao de nanocristais de celulose a partir do lnter de algodo tanto agrega valor a uma biomassa, ainda tratada sob vrios aspectos como um resduo, quanto tambm se torna uma fonte local de um insumo portador de futuro.

Termos para Indexao: agronegcio, nanotecnologia, nanowhisker de celulose, algodo, lnter, Gossypium hirsutum.1Farmacutico, Mestre em Bioqumica de Plantas, Pesquisador da Embrapa Algodo, Campina Grande, PB, joao.morais@embrapa.br.

2Engenheira qumica, Doutora em Tecnologia de Processos Qumicos e Bioqumicos, Pesquisadora da Embrapa Agroindstria Tropical, Fortaleza, CE, morsyleide.rosa@embrapa.br.

2Engenheiro qumico, Doutor em Engenharia de Produo, Pesquisador da Embrapa Agroindstria Tropical, Fortaleza, CE, men.souza@embrapa.br.

2Engenharia Qumica, Assistente da Embrapa Agroindstria Tropical, Fortaleza, CE, lilian.alexandre@embrapa.br

2Qumica industrial, Mestra em Cincia e Tecnologia dos Alimentos, Analista da Embrapa Agroindstria Tropical, Fortaleza, CE, ana.cassales@embrapa.br

Obtaining Process and Application of Cellulose Nanocrystals from Cotton Linter

Abstract

Nanotechnology and Green Chemistry are lately becoming viable alternatives for new bio-based materials. Some of them can be used for the synthesis of oil-based alternatives, plus the advantage of biodegradability. In this context, the following bulletin present results from Embrapa funded researches that transform a cotton by-product, the linter, in a raw-material for the development of a nanostructured industrial input, the cellulose nanowhiskers, which may be used for the development of innovative manufactures. It was possible to obtain nanocrystals with average length of 177 nm and average diameter of 12 nm, by a top-down nanotechnological pathway through acidic hydrolysis. These crystals can be used as additives in textiles, reinforcement of nanocomposites, biodegradable films, emulsion stabilizing, among other uses. So, a biorefinery approach is reached by the extraction of nanocellulose crystals from cotton linter and it is possible to add value to a product that until today is treated in many aspects as a waste, while it also becomes a local source of an innovative industrial supply.

Index terms: agribusiness, nanotechnology, cellulose nanowhiskers, cotton, linter, Gossypium hirsutum.

9Processo de obteno de nanocristais de celulose a partir do lnter de algodo

Introduo

O algodo a principal fibra txtil natural utilizada no mundo. No ano de 2010, houve uma produo estimada de quase 23,5 milhes de toneladas de pluma de algodo ao redor do mundo, dos quais China e Estados Unidos foram os principais produtores. O Brasil foi o sexto maior produtor, com uma safra de 966.000 toneladas de pluma (FAO, 2012).

A semente de algodo coberta por fibras longas, a pluma ou lint, que corresponde de 33% a 40% em massa. Alm disso, a semente tambm constituda, em massa, de 30% a 35% de amndoa e de 8% a 12% de fibras curtas ou lnter (Figura 1) (BELTRO; SOUZA, 1999). Com base nesses dados, pode-se estimar uma produo mundial de cerca de 7 milhes de toneladas de lnter.

O lnter retirado da semente no pode ser usado na fiao, porm uma fonte de fibras amplamente utilizadas para reforo de compsitos tipo baquelite, produo de papis tcnicos e especiais, algodo cirrgico, e como fonte de celulose para produo de celulose regenerada, acetatos, nitratos de celulose e teres de celulose, como carboximetilcelulose. O lnter removido das sementes por mquinas semelhantes s desfibradoras que separam a fibra comercial, mas as suas serras so dispostas de forma mais prxima das sementes. Estas podem passar uma ou duas vezes atravs das serras, gerando o lnter de primeiro e de segundo corte, respectivamente. O lnter de primeiro

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Figura 1. Exemplos de pluma de algodo (esquerda) e lnter de algodo (direita).

10 Processo de obteno de nanocristais de celulose a partir do lnter de algodo

corte mais limpo que o de segundo, j que ele produzido com menos resduos provenientes da semente (VIEIRA; BELTRO, 1999; SCZOSTAK, 2009).

A nanotecnologia trata da manipulao de tomos individuais ou molculas para gerao de estruturas organizadas. Essas estruturas, em escala nano, podem ter suas caractersticas fsicas e qumicas diferentes dos materiais em escala macro. Ela vem se apresentando como uma nova forma de se agregar valor a produtos convencionais, criando-se novas funcionalidades (MEDEIROS et al., 2006; KAOUNIDES et al., 2007; JEEVANI, 2011).

Nesse contexto, nanocristais de celulose, como os obtidos a partir do lnter do algodo, podem ser empregados tanto como uma forma de se agregar mais valor a um resduo agroindustrial gerado em grande volume e concentrado nas algodoeiras, como uma fonte de uma matria-prima inovadora, para uso no desenvolvimento de novos produtos.

Dessa forma, o projeto intitulado Desenvolvimento de novos produtos e processos para valorizao de resduos decorrentes da produo do biocombustvel estudou uma rota qumica capaz de se tornar um processo agroindustrial para a transformao do lnter, um resduo fibroso do algodo, em um insumo nanotecnolgico, passvel de emprego por outras indstrias de alta tecnologia.

Material e Mtodos

O processo de obteno dos nanocristais de celulose a partir de lnter de algodo descrito a seguir baseado no trabalho de Morais e colaboradores (2013). Inicialmente, o lnter foi modo em um moinho de facas, tipo Wiley, para reduo dos agregados e obteno de uma maior rea para reagir com os materiais nas etapas seguintes.

A seguir, em um bquer de vidro ou outro mat

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