Desenvolvimento de filmes condutores de celulose regenerada de juta com nanopartículas de prata

Abstract

A celulose é um dos polímeros de origem natural mais abundante na terra, além de possuir vantagens como biocompatibilidade, biodegradabilidade e custo-benefício. Materiais derivados da celulose com condutividade elétrica, como filmes de celulose regenerada, podem ser aplicados como elementos em dispositivos eletrônicos. Portanto, o presente estudo tem como objetivo obter e avaliar a condutividade de filmes de celulose regenerada com adição de nanopartículas de prata, a partir da celulose obtida da fibra de juta in natura. A polpa celulósica da fibra de juta foi obtida por uma sucessão de tratamentos químicos que possibilitaram a dissolução e regeneração de filmes de celulose. A combinação química para obtenção da polpa celulósica envolveu tratamentos alcalinos com hidróxido de potássio (KOH) e hidróxido de sódio (NaOH), de acetilação e branqueamento da fibra. Dentre essas etapas de tratamento, foi realizado um planjemento fatorial 22 para avaliar os efeitos no rendimento da polpa celulósica, variando a concentração de hidróxido de potássio (KOH) e o tempo de reação. As fibras tratadas foram caracterizadas quimicamente quanto ao teor de holocelulose, alfacelulose e hemicelulose. O efeito dos tratamentos químicos na cristalinidade das fibras foi observado usando a Difração de Raios X. A polpa celulósica branqueada obtida foi utilizada no procedimento de fabricação de filme regenerado. O procedimento de dissolução da celulose branqueada em meio aquoso de NaOH e coagulação em água possibilitou a produção do filme regenerado. As fibras de juta in natura, tratadas de acordo com os parâmetros do planejamento fatorial, as fibras ao longo dos sucessivos tratamentos químicos para obtenção da celulose e o filme de celulose regenerada foram caracterizados por Análise Térmica (TG/DTG) e Espectroscopia de Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR). Foi realizada a síntese das nanopartículas de prata (AgNP) por meio da reação de nitrato de prata e borohidreto de sódio. Foram incorporadas as nanopartículas de prata durante o procedimento de fabricação dos filmes de celulose regenerada e os mesmos foram caracterizados por FTIR, UV-Vis, Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e resistência de folha pelo método de Van der Pauw. O procedimento de extração alcalina adotado permitiu a extração parcial de componentes lignocelulósicos presente na fibra, conforme comprovado pela análise química. A concentração de KOH e o tempo de reação afetaram significativamente o rendimento de alfacelulose. Das condições estudadas no planejamento fatorial, a melhor foi com tratamento de KOH a 10% (m/v) por 3 h. As fibras tratadas com KOH tiveram temperaturas iniciais de degradação mais altas do que a juta in natura. Os tratamentos químicos adotados para obtenção da polpa celulósica permitiram a remoção de lignina e hemicelulose presentes na fibra, comprovado por análise química. As fibras com os sucessivos tiveram inicio de degradação em temperaturas mais altas do que a juta in natura. Houve aumento da cristalinidade pelo aumento do conteúdo de celulose e consequente diminuição de umidade. A estabilidade térmica do filme de celulose regenerada foi deslocada para temperaturas mais baixas em relação às fibras tratadas. A solução de nanopartículas de prata revelou a presença de banda plasmônica característica desse tipo de nanopartícula. O aumento da concentração de AgNP foi favorável para aumento da condutividade dos filmes, porém houve diminuição da transmitância. A condutividade dos filmes caracterizados ocorreu na faixa de de 10-2 S/cm.