Síntese de poliuretanos bio-baseados com simultânea formação de filmes: Uso de nanopartículas de SiO2 e mantas obtidas por fiação-por-sopro a partir de solução visando agregar propriedades aos filmes

Resumo

O uso de componentes da biomassa lignocelulósica para o desenvolvimento de materiais bio-baseados tem importância cada vez maior dada a crescente necessidade de substituição de matérias primas oriundas de fontes fósseis em prol da sustentabilidade ambiental. O presente projeto tem como objetivo sintetizar poliuretanos bio-baseados a partir de polióis oriundos de biomassa vegetal, a saber celulose microcristalina (MCC) ou lignina Kraft (LK), o triglicerídeo do ácido ricinoleico, componente majoritário do óleo de mamona (castor oil, CO), juntamente com o trímero do hexametileno diisocianato (tHDI), com simultânea formação de filmes, na ausência de solventes e catalisadores. MCC foi selecionada por ter massa molar média (em torno de 20000 gmol-1) adequada para atuar como um "macromonômero", LK por ser abundante no país como subproduto do processo de polpação da madeira, CO porque além de ser um poliol adicional, pode contribuir para dispersar os reagentes sólidos no meio reacional. A mistura reacional será espalhada em uma placa de vidro, com o auxílio de um extensor, e filmes serão formados simultaneamente ao término da reação. A reação ocorrerá à temperatura ambiente, ou acima, se necessário. Os filmes serão aditivados ou não com nanopartículas de SiO2 (NPs-SiO2) devido a potencial ação antibactericida delas, importante para aplicações como em curativos e embalagens. O objetivo de aditivação com NPs-SiO2 determinou a escolha de tHDI, um isocianato de baixa viscosidade, o que pode favorecer a dispersão das NPs no meio reacional. Pretende-se também preparar mantas constituídas por fibras submicrométricas ou micrométricas através da técnica de fiação-por-sopro a partir de solução (solution blow spinning, SBS). Poliuretanos bio-baseadas serão sintetizadas buscando-se polímeros solúveis em solventes voláteis, como é necessário para aplicação de SBS. As mantas compostas por fibras serão intercaladas entre camadas de filmes, gerando compósitos, com o objetivo de avaliar a ação das mesmas como reforço, melhorando, por exemplo, propriedades de tração. O fato de filmes e mantas serem constituídos por poliuretanos deve favorecer interações intermoleculares na interface manta/filme e, portanto, a adesão, o que usualmente impacta positivamente as propriedades de compósitos. Parte das mantas serão preparadas contendo NPs-SiO2, ao invés de adiciona-las nos filmes. Esta abordagem pode dificultar a migração das NPs para o exterior quando em possíveis aplicações. Filmes serão caracterizadas por espectroscopia na região do infravermelho (infrared, IR), morfologias serão avaliadas por microscopia eletrônica de varredura (MEV) ou eletrônica (MET, quando NPS-SiO2 presentes), propriedades ótica por espectroscopia ultravioleta-visível, presença de cargas na superfície quando em contato com água via potencial zeta, caráter hidrofílico/hidrofóbico por ângulo de contato (AC), propriedades de tração, temperatura de transição vítrea (Tg) usando análise dinâmico mecânica (DMA), cristalinidade por difração de raios X, e propriedades antibacterianas. As mantas serão caracterizadas via IR, MEV, MET, AC, DMA, e propriedades de tração. Outras caracterizações poderão se mostrar apropriadas durante o desenvolvimento do projeto. A partir dos resultados que serão obtidos, será possível identificar as possíveis aplicações com maior embasamento. Até onde se conheça, a abordagem do presente projeto é inédita.