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Título: Parica cellulose nanofibrils (Schizolobium parahyba var. amazonicum) for films production and as an agent for paper coating
Título(s) alternativo(s): Nanofibrilas de celulose de paricá (Schizolobium parahyba var. amazonicum) para a produção de filmes e como agente para recobrimento de papéis
Autor : Scatolino, Mário Vanoli
Lattes: http://lattes.cnpq.br/1428319535524332
Primeiro orientador: Mendes, Lourival Marin
Primeiro coorientador: Martins, Maria Alice
Primeiro membro da banca: Bufalino, Lina
Segundo membro da banca: Tonoli, Gustavo Henrique Denzin
Terceiro membro da banca: Guimarães Júnior, José Benedito
Quarto membro da banca: Protásio, Thiago de Paula
Palavras-chave: Paricá
Papel multicamadas
Nanofibrilas branqueadas
Molhabilidade
Clorito de sódio
Ângulo de contato
Parica
Multi-layer paper
Bleached nanofibrils
Wettability
Sodium chlorite
Contact angle
Data da publicação: 29-Abr-2019
Agência(s) de fomento: Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
Referência: SCATOLINO, M. V. Parica cellulose nanofibrils (Schizolobium parahyba var. amazonicum) for films production and as an agent for paper coating. 2019. 88 p. Tese (Doutorado em Engenharia de Biomateriais)–Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2019.
Resumo: O objetivo geral do trabalho foi modificar as fibras de Schizolobiumparahybavar.amazonicum (paricá) por meio de tratamento alcalino (NaOH) e branqueamento (NaClO2 + ác. acético glacial) visando a produção de celulose nanofibrilada (CNFs) e avaliar aplicação delas na produção de filmes e como agente para recobrimento de papéis Writing&Printing(W&P). O trabalho foi dividido em 2 artigos. No primeiro artigo as fibras tratadas e CNFs foram caracterizadas, assim como os filmes produzidos a partir das CNFs geradas. A caracterização das fibras e CNFs foi feita por meio de espectros de FTIR, termogravimetria e microscopia eletrônica de varredura (MEV-FEG). Os filmes gerados a partir das CNFs foram avaliados quanto as suas propriedades mecânicas e de molhabilidade de superfície. O teor de hemiceluloses diminuiu com a sequência de tratamentos. Os espectros de FTIR mostraram que a desfibrilação mecânica causou a ruptura das ligações nas fibras. A temperatura de degradação térmica observada na análise DTG aumentou, ao se comparar as fibras naturais (243°C) com as fibras branqueadas (255°C). O processo de desfibrilação levou a uma maior estabilidade térmica nas CNFsbranqueadas em comparação às fibras.As propriedades mecânicas mostraram valores de 6,93 ± 0,18 GPa para módulo de elasticidade (MOE) para os filmes produzidos a partir do material submetido ao branqueamento e 1,65 ± 0,08 GPa para filmes produzidos apenas com CNFs tratadas alcalinamente.Tais resultados mostraram uma superioridade de filmes produzidos a partir das CNFs branqueadas. Uma superfície mais hidrofóbica dos filmes produzidos com CNFs geradas a partir das CNFs branqueadas foi observada. No segundo artigo as CNFs de celulose de paricá foram utilizadas como agente de recobrimento para papéis W&P de gramatura 75g/m² em camadas de 1 a 5. Na segunda etapa do estudo, a fécula de mandioca geleificada foi utilizada em alternância com as camadas de CNFs. As camadas de CNFs e fécula foram depositadas sobre os papéis-base utilizando técnica de revestimento por dip-coating, sendo que a cada camada depositada, o papel era seco a 50 °C por 24h. A deposição de camadas consecutivas resultaram em menor degradação em água para papéis cobertos com CNFs tratadas alcalinamente. A análise termogravimétrica mostrou que o amido começou a degradar em temperatura superior a das nanofibrilas, porém levou menor tempo até atingir a temperatura de máxima degradação. As camadas de amido gelatinizado resultaram em maior aumento de densidade para os papéis. A degradação na água foi baixa para todos os tipos de papéis revestidos. O uso do amido gelatinizado em alternância com as camadas denanofibrilascom tratamento alcalino resultou em papéis com maior elongação na ruptura. As amostras produzidas com uma camada de nanofibrilas branqueadas e uma camada de amido gelatinizado obtiveram uma resistência à tração de aproximadamente 20% maior que os papéis W&P. A aplicação do amido gelatinizado melhorou as propriedades de superfície dos papéis revestidos com CNFs, porém os papéis W&P apresentaram melhores características superficiais em relação a todos. O sistema de deposição das camadas e secagens em sequência pode ter causado danos à estrutura das fibras do papel, fazendo com que a resistência mecânica dos papéis recobertos ficasse abaixo do papel comercial. Em suma, o presente trabalho envolvendo os 2 artigos contribui com informações importantes sobre filmes e papéis revestidos na superfície utilizando CNFs.
Abstract: The main objective of the study was to modify the Schizolobiumparahyba var. amazonicum (paricá) fibers by alkaline treatment (NaOH) and bleaching (NaClO2 + glacial acetic acid) for production of nanofibrillated cellulose (CNFs) and evaluate their application in films production and as agent for coating Writing & Printing (W&P) papers. The work was divided in 2 manuscripts. In the first article the treated fibers and CNFs were characterized, as well as the films produced from the generated CNFs. The characterization of the fibers and CNFs was done by FTIR spectra, thermogravimetry and scanning electron microscopy (SEM-FEG).The films generated from the CNFs were evaluated by the mechanical properties and surface wettability. The hemicelluloses content decreased with the sequence of treatments. The FTIR spectra showed that mechanical defibrillation caused the rupture of the fibers bonds. The thermal degradation temperature observed in the DTG analysis was increased by comparing the natural fibers (243°C) to the bleached fibers (255°C).The defibrillation process led to greater thermal stability for the bleached CNFs when compared to the fibers. The mechanical properties showed values of 6.93 ± 0.18 GPa for modulus of elasticity (MOE) for the films produced from the fibers submitted to the bleaching and 1.65 ± 0.08 GPa for films produced with only alkaline treated CNFs. These results showed a superiority of the films produced from the bleached CNFs. A more hydrophobic surface for the films produced with CNFs generated from the bleached CNFs was observed. In the second article, paricá cellulose CNFs were used as a coating agent for Writing & Printing (W & P) papers withgrammage75g.m-2 with layers 1 to 5. In the second stage of the study, the gelatinized cassava starch was used in alternation with the layers of CNFs. The layers of CNFs and starch were deposited on the base paper using the dip-coating technique and for each deposited layer, the paper was dried at 50 °C for 24h. The deposition of consecutive layers resulted in less degradation in water for papers covered with alkaline treated CNFs. The thermogravimetric analysis showed that the starch started to degrade in a higher temperature in comparison to the nanofibrils,however, it took less time to reach the maximum degradation temperature. The gelatinized starch layers resulted in a higher density increase to the papers. The degradation in water was low for all types of coated papers. The use of the gelatinized starch in alternation with the layers of nanofibrils with alkaline treatment resulted in papers with greater elongation at break. Samples produced with a layer of bleached nanofibrils and a layer of gelatinized starch obtained a tensile strength of approximately 20% greater than the W&P papers. The application of the gelatinized starch improved the surface properties of CNF coated papers, but the W&P papers showed better surface characteristics than all coated papers. The system of layer deposition and sequential drying may have caused damage to the structure of the paper fibers, causing lower mechanical strength for the coated papers in comparison to the commercial paper. In summary, the present work involving the 2 articles contributes with important information about coated papers using CNFs.
URI: http://repositorio.ufla.br/jspui/handle/1/33952
Publicador: Universidade Federal de Lavras
Idioma: eng
Aparece nas coleções:DCF - Engenharia de Biomateriais – Doutorado (Teses)



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