Modificações da celulose kraft branqueada de eucalipto por tratamento térmico e de radiação ultravioleta.

Abstract

A celulose é utilizada na produção de diversos materiais em sua forma nativa (celulose I) ou nas formas modificadas (Celulose II, III1, III2, IV1, IV2) e pode ser obtida através de muitos processos e matérias primas, sendo os processos de polpação química de madeiras (hardwood/softwood) os mais utilizados. A celulose sofre modificações ao longo do tempo associadas a processos hidrolíticos, térmicos, foto induzidos, bacterianos ou a combinação destes, catalisados ou não por metais de transição. Estas modificações podem alterar suas propriedades ópticas e mecânicas, levando a falhas e depreciação dos produtos. O comportamento das propriedades ópticas das fibras e derivados de celulose é bastante estudado, porém o efeito da degradação nas propriedades mecânicas ainda não recebeu a mesma atenção. De forma adicional, os mecanismos, intensidade e o papel dos demais constituintes da polpa celulósica já foram extensamente discutidos, porém ainda persistem algumas questões. Para a maioria dos autores os mecanismos de degradação concentram-se na ação de radicais livres com contribuição importante dos metais de transição. Os metais podem ainda ser fonte direta de cor nas polpas. O papel de estruturas cromóforas nas modificações das propriedades óticas também é discutida, sendo atribuído às estruturas oxidadas dos carboidratos, ácido hexenuroxilana (Hexas) e complexos lignina carboidrato a maior parte do efeito de amarelecimento da celulose branqueada. Neste trabalho amostras de fibras de celulose branqueada de Eucalipto foram expostas à energia térmica em temperaturas variando de 60°C a 100°C e à radiação ultravioleta na região de 360mn em tempos variáveis. As propriedades ópticas, mecânicas e térmicas foram avaliadas após os tratamentos demonstrando alterações importantes. Foi experimentado ainda o tratamento das amostras com sulfato de magnésio hepta hidratado (MgSO4.7H2O) e a enzima Xilanase a fim de minimizar os efeitos não desejados da exposição ao calor e ultravioleta prolongando a vida útil dos produtos. A exposição ao calor provocou maior amarelecimento detectado através da análise de brancura CIELab e com isso elevação na opacidade. Foi observada também substancial remoção de compostos solúveis em acetona e nenhuma alteração no teor de pentoses. O surgimento de estruturas oxidadas foi monitorada pela análise de ultravioleta observando-se o incremento do teor de carbonilas e carboxilas, a elevação do teor de carboxilas solúveis em água levou ainda alterações no pH e condutividade das amostras. O grau de polimerização viscosimétrico foi alterado tanto em função da temperatura quanto pelo tempo de exposição com maior redução em temperaturas e tempos mais elevados. Os espectros de FTIR mostraram alterações importantes na estrutura das ligações de hidrogênio que aliadas ao incremento na resistência à tração, módulo de elasticidade e tenacidade levou à suposição do fortalecimento da interação entre as cadeias e fibras de celulose. As análises térmicas (TGA e DTA) apresentaram alterações nas curvas termogravimétricas indicando redução na estabilidade térmica. A exposição à radiação ultravioleta provocou maior redução de alvura comparada à exposição ao calor. Foi observada também substancial remoção de compostos solúveis indicando possível alteração na sua estrutura tornando-os insolúveis em acetona. Assim como na exposição ao calor, não foi observada nenhuma alteração no teor de pentoses. O surgimento de estruturas oxidadas foi monitorado pela análise de ultravioleta observando-se o incremento no teor de carbonilas e carboxilas. De forma inesperada o grau de polimerização viscosimétrico não foi alterado com a exposição à radiação ultravioleta. Foram observadas ainda nos espectros de FTIR alterações na estrutura das ligações de hidrogênio, porém de forma menos pronunciada quando comparada à exposição ao calor. Foi observada ainda drástica redução na resistência à tração, módulo de elasticidade e tenacidade. As análises térmicas (TGA e DTA) apresentaram alterações nas curvas termogravimétricas indicando redução na estabilidade térmica. O tratamento das amostras com sulfato de magnésio (MgSO4.7H2O) não apresentou nenhum benefício quanto à preservação das propriedades ópticas, mecânicas e térmicas das fibras. Entretanto a xilanase mostrou-se eficiente quanto à redução da perda de alvura, amarelecimento e propriedades mecânicas. Os resultados de TGA e DTG mostraram que não houve alteração da estabilidade térmica da amostra após tratamento com xilanase em atmosfera de N2, enquanto os resultados em atmosfera de ar apresentaram ligeira elevação na estabilidade na primeira fase de decomposição e redução na fase final.