EFEITO DO TRATAMENTO QUÍMICO NAS PROPRIEDADES TÉRMICAS DE FIBRAS CURTAS DE COCO VERDE

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1 EFEITO DO TRATAMENTO QUÍMICO NAS PROPRIEDADES TÉRMICAS DE FIBRAS CURTAS DE COCO VERDE Kelly C. C. de Carvalho 1*, Daniella R. Mulinari 1, Herman J. C. Voorwald 1, Maria Odila H. Cioffi 1, Luiza dos Santos Conejo 1 1 Universidade Estadual Paulista - UNESP, Campus de Guaratinguetá, Guaratinguetá-SP kcccarvalho@uol.com.br No presente trabalho foram avaliadas as propriedades térmicas das fibras de coco verde in natura e tratadas quimicamente com solução de NaOH 10% m/v. A termogravimetria foi realizada com o objetivo de verificar a influência do tratamento químico na estabilidade térmica e na temperatura de degradação das fibras.com os resultados obtidos foi possível verificar que o tratamento realizado proporcionou melhor estabilidade térmica até a temperatura de aproximadamente 300 C, além de aumentar em torno de 6% a temperatura de início de degradação. Desta forma o tratamento químico proporciona uma maior viabilidade no uso de fibras naturais na fabricação de compósitos poliméricos. Palavras-chave: fibras de coco, termogravimetria, tratamento químico, solução alcalina, estabilidade térmica. Effect of chemical treatment on thermal properties of short coconut fibers This present work has been evaluated the thermal properties of coconut fibers untreated and treated with solution of NaOH 10% w/v. The thermogravimetric analyses were carried out with the objective of evaluate the influence of chemical treatment on thermal stability and the degradation temperature of fibers. The results proved that the treatment performed on fibers provided a better thermal stability up to 300 C, in addition to increasing around 6% the initial degradation temperature. Thus the chemical treatment provides more viable uses of natural fibers in the manufacturing of polymeric composites. Keywords: coconut fibers, thermogravimetric, chemical treatments, alkaline solution, thermal stability. Introdução Nos últimos anos houve um grande avanço tecnológico no desenvolvimento de materiais compósitos reforçados com fibras vegetais. Esse aumento do interesse de grupos de pesquisa e de indústrias em desenvolver e utilizar materiais feitos a partir de matérias primas renováveis se dá principalmente pelo grande apelo mundial para a utilização de produtos naturais e pela preservação do meio ambiente [1, 2, 3,4]. A utilização de fibras vegetais em produtos comerciais contribui com a geração de riquezas e com a redução do impacto ambiental causado pela produção e descarte de bens de consumo já que são materiais abundantes, de fonte renovável e contribuem para o melhor aproveitamento do potencial agrícola brasileiro. As fibras vegetais podem ser utilizadas como reforços em polímeros termoplásticos, termorrígidos e borrachas devido às suas inúmeras vantagens como baixo custo, baixa densidade, biodegrabilidade, baixa abrasividade, entre outras [2,5]. A utilização da fibra de coco é importante, pois além de diminuir a quantidade de resíduos, é um processo barato, natural e renovável. A fibra de coco verde tem sido muito estudada para a utilização de reforço em polímeros, como por exemplo, o poliéster [6], o polipropileno [7] e polímeros biodegradáveis [8] alterando as propriedades mecânicas destes compostos como resistência à tração e elongamento na ruptura [9]. No entanto, as fibras naturais em geral oferecem certas desvantagens em relação às fibras sintéticas, como pouca compatibilização com matriz polimérica hidrofóbica e a tendência de formar aglomerados durante o processamento, o que reduz o potencial das fibras naturais para serem

2 usadas como reforço em matriz polimérica [10]. Por outro lado, alguns tratamentos são usados para melhorar a compatibilidade entre fibra/matriz [11]. Os métodos para modificação na superfície podem ser físicos e químicos. Alguns tratamentos usados frequentemente são branqueamento, acetilação e tratamento alcalino [12-14]. Kapulskis et al [15] estudaram a modificação química de fibras de coco e sisal e suas interações interfaciais com matrizes poliméricas biodegradáveis e verificaram que o tratamento de acetilação, à temperatura de ebulição dos reagentes foi mais eficiente em termos de alteração da hidrofilicidade das fibras de coco e de sisal, com razoável alteração nas propriedades de degradação térmica e maior rugosidade na superfície das mesmas. Luz et al [16] estudaram o efeito da modificação química por acetilação de fibras provenientes do bagaço de cana-de-açúcar na interação fibra matriz e verificaram que a pós o tratamento houve uma diminuição das ligações de hidroxila e um aumento de grupos acetil, além de mudanças morfológicas das fibras. Huang Gu [17] estudou a influência do tratamento com diferentes concentrações de hidróxido de sódio nas propriedades mecânicas de fibras de coco e verificou que para tratamentos alcalinos com concentração acima de 10% a resistência à tração pode ser diminuída. Neste trabalho as fibras de coco verde in natura foram tratadas quimicamente pelo processo de alcalinização. A modificação das fibras naturais por tratamento alcalino visa limpar a superfície da fibra de ceras e graxas, provenientes do manuseio e manufatura, remover parcialmente a hemicelulose e a lignina, principalmente a hemicelulose que é solúvel em concentrações alcalinas, além de modificar o comportamento térmico das fibras [18-20]. A utilização de fibras como reforço de polímeros termoplásticos confere uma melhora nas propriedades mecânicas destes como um aumento na resistência à tração quando comparado ao polímero puro, além de redução de custo obtida no compósito associada à menor densidade do material, por outro lado restringe o uso a materiais que possuem temperatura de processamento inferior à temperatura de degradação das fibras naturais (temperatura média de 220 C) [21-26]. Desta forma é extremamente necessário o estudo da influência da temperatura nas propriedades das fibras naturais utilizadas como reforço em compósitos poliméricos uma vez que as mesmas estão sempre submetidas a uma tensão térmica durante o processo de obtenção dos compósitos. Neste trabalho propriedades importantes sobre a estabilidade térmica e as temperaturas de degradação das fibras naturais in natura e tratadas quimicamente foram obtidas a partir da termogravimetria (TG) em atmosfera inerte. Experimental Materiais Os resíduos do coco verde foram obtidos da comercialização em quiosques da cidade de Guaratinguetá. No laboratório de preparação de amostras do Grupo de Fadiga e Materiais Aeronáuticos da FEG/UNESP, foram retiradas as fibras do exocarpo do coco verde que foram posteriormente secas em estufa à 100ºC durante 48 horas. Em seguida as fibras passaram por processos físicos de moagem e peneiramento utilizando peneira de 50 mesh. Tratamentos superficiais das fibras Antes do tratamento as fibras de coco verde foram secas em estufa a 50ºC por 24 horas. Após a secagem as fibras foram imersas em uma solução alcalina de NaOH 10% m/v, onde ficaram por 1 hora sob agitação constante e a temperatura ambiente (Figura 01).Decorrido o tempo de tratamento as soluções foram filtradas em um filtro a vácuo e as fibras foram lavadas com água destilada até que a água resultante da filtragem apresentasse o ph neutro. Em seguida as fibras foram secas em estufa à 50ºC por 24 horas.

3 Figura 01 Tratamento químico da fibra de coco verde Na Figura 02 são apresentadas fotos das amostras de: (a) fibras de coco verde in natura, (b) fibras do coco verde in naturas moídas e (c) fibras de coco verde tratadas com solução de NaOH 10% m/v. (a) (b) (c) Figura 02 Amostra (a) fibra de coco in natura, (b) fibra de coco in natura moída e (c) fibra de coco tratada. Caracterização Térmica das Fibras Na termogravimetria as amostras foram analisadas em uma termobalança Seiko (modelo TGA-50), disponível no DMT/FEG/UNESP, com uma razão de aquecimento de 10 ºC.min-1, em fluxo de nitrogênio de 60 ml/min no intervalo de temperatura de 50 a 600 ºC utilizando aproximadamente 10 mg de cada amostra. A análise foi aplicada às fibras em sua condição natural (in natura) e após o tratamento de alcalinização, a fim de determinar as temperaturas de degradação e a perda de massa em cada evento térmico. Resultados e Discussão As fibras de coco verde em seu estado natural (FC) e as fibras tratadas com NaOH (FCT) foram analisadas termogravimetricamente com o objetivo de avaliar a estabilidade térmica e a influência do tratamento químico nas propriedades térmicas das fibras. As curvas de TG da Figura 03 indicam a perda de massa relativa à degradação térmica das fibras. Com a análise dessas curvas

4 verificamos que entre 300 e 350 C ocorre uma inversão no comportamento térmico de forma que antes desse intervalo, a fibra de coco tratada apresenta maior estabilidade térmica perdendo menos massa, e após o intervalo a fibra in natura é que apresenta maior estabilidade. A temperatura inicial de degradação da fibra tratada (251 C) foi em torno de 6% mais alta que a da fibra em seu estado natural (236 C), indicando assim que o tratamento de alcalinização proporcionou maior estabilidade térmica FC FCT 80 Perda de Massa (%) Temperatura ( C) Figura 03 Curva TG das fibras de coco verde. Na Figura 04 são apresentadas as curvas de DTG sobrepostas para a fibra de coco in natura e tratada. As curvas mostram que ambas as fibras apresentam um perfil semelhante da variação da perda de massa com a temperatura FC FCT 0.6 DTG (mg.min -1 ) Temperatura ( C) Figura 04 Curva DTG das fibras de coco verde.

5 Com a análise das curvas de TG e DTG é possível verificar que ocorrem três estágios de perda de massa durante o aquecimento. No primeiro estágio, até a temperatura de 100 C, a perda de massa é função da evaporação da água presente nas fibras, pois, embora elas passem por um processo de secagem antes das análises, como a fibra possui um caráter hidrofílico as moléculas de água continuam retidas em sua estrutura. No segundo estágio, entre 100 e 300 C a perda de massa é decorrente da degradação das fibras e ocorre com maior velocidade para as fibras de coco in natura. No terceiro e último estágio, que ocorre no intervalo de 300 a 500 C a massa perdida é conseqüência da degradação completa do material. Na Tabela 01 a seguir é possível verificar a quantidade de massa perdida em eventos térmicos específicos, assim como as temperaturas de início de degradação para as fibras em suas condições in natura e tratada. Tabela 01 Perda de Massa e Picos de degradação para as fibras de coco in natura e tratadas. Amostra Coco in natura Coco Tratado Perda de Massa (%) 100 C 200 C 300 C 350 C 380 C 400 C 450 C 500 C Picos de Degradação 9,3 10,1 34,7 62,1 66,3 68,3 72,2 74,4 236 C 7,9 8,4 29,3 64,8 69,1 70,9 74,1 76,1 251 C Com a análise dos dados da Tabela 01, é possível comprovar o comportamento verificado nas curvas de TG, que indicam que as fibras tratadas quimicamente perdem menos massa até a temperatura de aproximadamente 300 C, e a partir desta temperatura a fibra de coco in natura é que passa a ter uma maior estabilidade térmica. Com isso é possível concluir que o tratamento de alcalinização, além de aumentar a temperatura de início de degradação (Pico de degradação) também aumenta a estabilidade térmica da fibra em um intervalo de 50 a 300 C. Conclusões Com a realização da termogravimetria das fibras de coco in natura e tratadas quimicamente foi possível observar a forma com que o tratamento químico influencia na estabilidade térmica das mesmas. O tratamento de alcalinização, que tem por objetivo remover extrativos e lignina presente nas fibras naturais, proporcionou um aumento de 6% na temperatura inicial de degradação da fibra além de provocar uma maior estabilidade térmica até a temperatura de aproximadamente 300 C. Esse aumento da estabilidade térmica e da temperatura inicial de degradação proporcionado pelo tratamento alcalino é muito importante, pois viabiliza o uso de fibras naturais na fabricação de compósitos poliméricos para aplicação na indústria em geral. Agradecimentos Os autores agradecem o suporte financeiro fornecido pelo Programa Capes e pela FAPESP através do processo n 2008/ Referências Bibliográficas 1. C. G. Mothé; C. R. Araújo.Caracterização Térmica e Mecânica de Compósitos de Poliuretano com Fibras de Curauá.2004,14, N.G. Jústiz-Smith;G.J. Virgo; V.E. Buchanan. Potential of Jamaican banana, coconut coir and bagasse fibres as composite materials. Materials Characterization.2008, 59, M. A. S. Spinacé, C. S. Lambert, K. K. G. Fermoselli, M. A. P. Characterization of lignocellulosic curaua fibres.carbohydrate Polymers.2009, 77, 56.

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