Produção de biomateriais compostos por espuma de poliuretana e fibras de madeira tratadas termicamente

Abstract

A busca por materiais renováveis e com baixo custo de produção estimulou este trabalho, onde foram preparados compósitos a partir de óleo vegetal (OV) e serragem de madeira. O poliol utilizado para obtenção das poliuretanas (PU) foi obtido por epoxidação do óleo da semente de macaúba (OAM), com abertura dos anéis usando glicerol maior quantidade de grupos hidroxila nas cadeias de ácidos graxos, que é um método inovador. O pó de madeira foi usado para reforçar a matriz polimérica de PU e agregar valor ao produto. As quantidades de reagentes para epoxidação do OAM com ácido fórmico e H2O2 foram calculadas com base na insaturação por mol do OAM, obtida pela integração dos picos em seu espectro de RMN 1H. A reação de abertura do anel epóxido (EPOAM) ocorreu na proporção 1:1, glicerina e EPOAM. BF3(Et2O) a 10% foi utilizado como catalisador. As PU foram preparadas em diferentes razões molares [NCO]/[OH]. Os compósitos foram obtidos adicionando pó de madeira às matrizes de PU. As espécies de madeira utilizadas foram faia (Fagus sylvatica), abeto (Albies alba) e carvoeiro (Tachigali vulgaris) (CV). As madeiras foram pré-tratadas e suas amostras secadas a 103 °C, até a estabilização da massa. Todas as madeiras foram tratadas a 2 °Cmin-1 , até atingir a temperatura definida, seguida de tratamento isotérmico de 30 min. Ao analisar os dados de deconvolução do DTG e fracionamento da madeira, as temperaturas de tratamento escolhidas foram: 275 °C, 310 °C e 290 °C, para faia, abeto e CV, respectivamente. A deslignificação do CV foi mais próxima da do abeto do que da faia, com poucos incrementos na relação celulose/hemicelulose, até a degradação da celulose. A formação de epóxido e poliol foi confirmada por FTIR e RMN 1H. O índice OH calculado, 85,57 mg KOH/g, foi baixo para um poliol de OV com pouca insaturação. As PU foram produzidas em três razões [NCO]/[OH] diferentes e apresentaram espectros no FTIR semelhantes, especialmente PU 1,0 e 1,2, indicando que após a razão 1,0, o isocianato adicionado permanece em excesso. Os picos C-N nos espectros FTIR dos compósitos 1,0 e 1,2 [NCO]/[OH] foram quase idênticos, sendo menores para o 0,8. Os compósitos com madeira crua exibiram diferenças no pico C-N nas PU 1,0 e 1,2 e não exibiram tanto -OH residual como as demais amostras. As curvas TG e DTG da PU 1,0 mostraram três picos de degradação e as PU 0,8 e 1,2 4 picos, sugerindo que diferentes razões de NCO e OH podem formar ligações cruzadas resultando em segmentos rígidos e macios intermediários. Os espectros no FTIR indicaram que a madeira favorece a formação de segmentos duros e moles. 5% de madeira mudaram as análises de TG, comparando amostras compostas com madeira crua e tratada. O DVS para PU mostrou resultados semelhantes com menos de 2% de absorção de água. A adição de 2% de madeira crua mudou pouco a absorção de água, mas a adição de madeira tratada mostrou maior absorção de água. Todas as amostras com 5% de madeira crua apresentaram absorção de água muito maior que os compósitos com 2%. A análise por DMA foi usada para calcular a densidade de reticulação das amostras e ajuda a explicar seu comportamento termomecânico. As PU obtidas nesta pesquisa são excelentes candidatos como matrizes para compósitos de base biológica.