CARACTERIZAÇÃO TÉRMICA DAS FIBRAS DE BAGAÇO DE CANA-DE-AÇÚCAR TRATADAS PARA APLICAÇÃO EM LUMINÁRIA FRIGORÍFICA

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1 CARACTERIZAÇÃO TÉRMICA DAS FIBRAS DE BAGAÇO DE CANA-DE-AÇÚCAR TRATADAS PARA APLICAÇÃO EM LUMINÁRIA FRIGORÍFICA Daniella R. Mulinari 1*, Kelly C. C. Carvalho 1, Luíza dos Santos Conejo 1 ; Adriana D. Vidal 1, Herman J. C. Voorwald 1, Maria Odila H. Cioffi 1 1 Universidade Estadual Paulista UNESP, Campus de Guaratinguetá, Guaratinguetá-SP- pos07002@feg.unesp.br Um fator importante para a utilização das fibras naturais como reforço em compósitos é a estabilidade térmica, pois este parâmetro indica o comportamento do material no processamento. Com objetivo de avaliar o comportamento térmico de fibras de bagaço de cana-de-açúcar tratadas com solução alcalina foram realizadas análises por termogravimetria (TGA/DTG). Os resultados indicaram que o tratamento com solução alcalina de NaOH modificou a temperatura de degradação das fibras e que a estabilidade térmica das fibras tratadas aumentou cerca de 5,5% comparada às fibras in natura. Palavras-chave: Fibras de bagaço de cana-de-açúcar,termogravimetria, solução alcalina, estabilidade térmica, tratamento quimico. Thermal characterization of the sugarcane bagasse fibres treated for application in refrigeratin light An important factor for the use of natural fibres as reinforcement in composites is the thermal stability, therefore this parameter indicates the behavior of the material in the processing. With objective to evaluate the behavior of sugarcane bagasse fibres treated with alkaline solution were carried through analyses by thermogravimetry (TG/DTG). Results indicated the treatment with alkaline solution of NaOH modified the temperature degradation of fibres and that the thermal stability of treated fibres increased about 5.5% compared to in natura fibres. Keywords: Sugarcane bagasse fibres, thermogravimetry, alkaline solution, thermal stability, chemical treatment. Introdução Atualmente nas áreas laváveis das indústrias alimentícias têm sido empregadas luminárias fluorescentes com corpo produzido com a popular fibra de vidro. No entanto, com a conscientização com relação a questões relacionadas ao impacto ambiental e desenvolvimento sustentável tem levado a renovação do interesse em materiais provenientes de fontes naturais, aumentando a introdução de novas matérias-primas e produtos (1). Com isso, o estudo sobre o uso de fibras naturais como materiais de reforço em plásticos tem aumentado nas últimas décadas (2-5). Um fator importante que favorece o emprego de fibras naturais como insumo renovável é a crescente perspectiva de economia de energia por meio da redução de peso dos componentes, bem como os aspectos ligados à recuperação das matérias-primas e reaproveitamento dos materiais no final do ciclo de vida do produto (6). Além disso, as fibras naturais tornaram-se uma importante classe de materiais de reforço, devido às vantagens que elas oferecem, tais como: baixa massa específica, baixo custo, biodegradabilidade, flexibilidade no processamento, por serem fontes renováveis e não tóxicas (4).

2 O Brasil é um grande produtor de cana-de-açúcar devido às grandes indústrias de álcool e açúcar, gerando desta forma uma elevada quantidade de bagaço, que é considerado sub-produto, onde na maioria das vezes, é queimado para a geração de calor. O bagaço de cana é constituído de celulose, hemiceluloses e lignina e possui características satisfatórias para a sua aplicação como reforço em matrizes poliméricas. No entanto, para que as fibras naturais e a matriz polimérica atuem conjuntamente em uma determinada aplicação, o contato interfacial entre elas tem que ser adequado. A modificação superficial da fibra diminui o seu caráter hidrofílico e aumenta a adesão com a matriz polimérica. Muitos trabalhos indicam que a modificação superficial das fibras naturais antes de ser incorporada como reforço em matrizes poliméricas reduz a diferença de polaridade e melhora a compatibilidade entre fibra e matriz (8-12). Devido à limitada estabilidade térmica das fibras naturais, somente termoplásticos que amolecem a temperaturas abaixo de 200 ºC são comumente usados nestes compósitos, como por exemplo, as poliolefinas virgens ou pós-consumo. Portanto, o objetivo deste trabalho é estudar o efeito da modificação das fibras de celulose provenientes do bagaço de cana-de-açúcar, a fim de aplicá-las como reforço em compósitos poliméricos para luminárias alimentícia na Indústria Fibrel. Experimental Obtenção e modificação das fibras As fibras de bagaço de cana-de-açúcar in natura utilizadas neste trabalho foram previamente secas em estufa à 50ºC durante um período de 24 horas, para remover toda a umidade (Figura 1A). Posteriormente as fibras foram trituradas e peneiradas em peneira de 40 mesh (Figura 1B). Figura 1. Fibras de bagaço de cana-de-açúcar: (a) in natura e (B) trituradas.

3 A modificação química das fibras de bagaço de cana-de-açúcar foi realizada com solução alcalina de NaOH 10% m/v. Para a modificação as fibras ficaram em contato com a solução alcalina por 1 hora em temperatura de 25 o C sob vigorosa agitação mecânica (Figura 2). Após este período, as fibras foram filtradas e lavadas com água destilada até que o resíduo da filtragem atingisse ph neutro a fim de remover todas as impurezas e as substâncias solúveis provenientes do tratamento químico. Em seguida as fibras foram secas em uma estufa á 50 ºC por aproximadamente 48 horas. Figura 2. Tratamento das fibras de bagaço de cana-de-açúcar com NaOH. Análise da modificação nas fibras As fibras provenientes do bagaço de cana-de-açúcar in natura e modificadas foram caracterizadas por termogravimetria (TGA). Esta técnica permite conhecer a temperatura em que os materiais modificados quimicamente começam a degradar. A termogravimetria (TGA) e sua derivada (DTG) indicam a perda de massa do material em cada estágio, fornecendo informações sobre a natureza e a extensão de degradação do material (13-15). Na termogravimetria a variação da massa do material é medida em função da temperatura ou do tempo. As amostras foram analisadas em uma termobalança SEIKO (modelo TGA-50), disponível no Laboratório de Análise Térmica e Reologia do DMT/FEG/UNESP em Guaratinguetá, com uma razão de aquecimento de 10 ºC.min -1, em fluxo de nitrogênio no intervalo de temperatura de 50 a 600 ºC utilizando aproximadamente 5 mg de cada amostra. Resultados e Discussão A termogravimetria (TG/DTG) foi utilizada para verificar a estabilidade térmica e degradação das fibras in natura e modificadas provenientes do bagaço de cana-de-açúcar. Essa técnica consiste

4 em propriedades importantes, pois permite avaliar possíveis aplicações. Nas Figuras 3 e 4 são mostradas as curvas TG/DTG das fibras BM BN Perda de Massa (%) Temperatura ( o C) Figura 3. Curvas termogravimétricas das fibras de bagaço de cana-de-açúcar: fibras in natura (BN); fibras modificadas (BM) DTG (mg.min -1 ) BM BN Temperatura ( o C) Figura 4. Curvas DTG das fibras de bagaço de cana-de-açúcar: fibras in natura (BN); fibras modificadas (BM). As curvas TG das fibras de bagaço de cana-de-açúcar da Figura 3 indicaram dois estágios de degradação, sendo que o primeiro estágio ocorreu entre 200 e 300 o C, correspondente a degradação térmica do material a qual está relacionada à decomposição da celulose e o segundo ocorreu entre 300 e 500 o C, correspondente a decomposição completa do material. A modificação nas fibras

5 provocou um pequeno deslocamento da curva para temperatura superior, quando comparada às fibras in natura. As curvas DTG da Figura 4 das fibras in natura e modificadas apresentaram perfis semelhantes. Abaixo de 100 o C a perda de massa das fibras está associado a perda de água associada com a umidade das fibras. Apesar das fibras serem secas antes das análises, a total eliminação de água é dificultada pelo caráter hidrofílico das fibras. A Tabela 1 mostra a perda de massa em diferentes temperaturas e os picos de degradação das fibras in natura e modificadas. Tabela 1. Dados obtidos das curvas termogravimétricas dos materiais. Amostras Perda de Massa (%) Picos de 100 o C 200 o C 300 o C 400 o C 500 o C 580 o C Degradação ( o C) BN 7,9 8,2 25,2 77,1 80,6 81,9 237 BM 13,1 14,8 16,3 78,4 81,7 84,5 250 Analisando a Tabela 1 pode ser observado que o pico de degradação das fibras modificadas se desloca para temperaturas ligeiramente superiores às fibras in natura. A perda de massa confirma desse dado, pois nessa faixa de temperatura as fibras modificadas apresentaram menor perda de massa comparada às fibras in natura. Dessa forma, pode-se afirmar que o tratamento realizado nas fibras de bagaço de cana-de-açúcar melhorou as propriedades térmicas das fibras. Conclusões A modificação química realizada nas fibras de bagaço de cana-de-açúcar com solução alcalina influenciou na estabilidade térmica das fibras. A técnica de termogravimetria confirmou este resultado. Os resultados indicam que as fibras tratadas com NaOH apresentaram melhor propriedade térmica comparado as fibras in natura, visto que a estabilidade térmica das fibras tratadas aumentou cerca de 5,5% comparada às fibras in natura. Agradecimentos Os autores agradecem a FAPESP n o processo 2008/ pelo apoio financeiro. Referências Bibliográficas 1. R. Zah; R. Hischier; A.L. Leão; I. Braun. J. Clear Production 2007, 15, A.G. Facca; M.T. Kortschot; N. Yan. Compos. Sci. Technol. 2007, 67, F.G. Torres; M.L. Cubillas. Polym. Test. 2005, 24, X. Ma; J. Yu; J.F. Kennedy. Carbohydr. Polym. 2005, 62, S.M. Luz; A.R. Gonçalves; A.P. Del arco Jr. Compos. Part A 2007, 38, Y. Zheng; D. Cao; D. Wang; J. Chen. Compos. Part A 2007, 38, P. Wambua; J. Ivens; I. Verpoest. Compos. Sci. Technol. 2003, 63, B. Acha; M.N. Reboredo; N.E. Marcovich. Compos. Part A 2007, 38, 1507.

6 9. D. Pasquini; E.M. Teixeira; A.A.S. Curvelo; M.N. Belgacem; A. Dufresne. Compos Sci Technol 2008, 68, A.M.M. Edeerozey; H.M. Akil; A.B. Azhar; M.I.Z. Ariffin. Mater. Lett. 2007, 61, A. Gomes; T. Matsuo; K. Goda; J. Ohgi. Compos. Part A 2007, 38, V. Tserki; N.E. Zafeiropoulos; F. Simon; C.A. Panayiotou. Compos. Part A 2005, 36, D.R. Mulinari; M.C.P. Silva; G.L.J.P. Silva, G.L.J.P. Quim Nova 2006, 29, P.V. Joseph; K. Joseph; S. Thomas; C.K.S. Pillai; V.S. Prasad; G. Groeninckx; M. Sarkissova. Compos Part A 2003, 34, X. Ma; J. Yu; J.F. Kennedy. Carbohydr. Polym. 2005, 62, 19.