4.1.1 Espectroscopia de Infravermelho com a Transformada de Fourier - FTIR
As moléculas de SI69 e APTES encontram-se representadas na Figura 4.1 a) e b), respetivamente.
Figura 4.1 - a) Representação da molécula do organosilano SI69; b) Representação da molécula do organosilano APTES; c) Estrutura básica dos aminoácidos; d) Molécula de
celulose (β-D-glucopiranose).
Assim, verifica-se que no organosilano SI69 existem ligações Si-O, Si-CH2, O-CH2,
CH2-CH3, CH2-S e S-S. No organosilano APTES existem ligações Si-O, Si-CH2, O-CH2, CH2-CH3 e
CH2-NH2. A dreche de cerveja é essencialmente constituída por proteínas, vitaminas,
carbo-hidratos e celulose. A estrutura básica dos aminoácidos encontra-se na Figura 4.1 c) e a molécula de celulose (β-D-glucopiranose) na Figura 4.1 d).
Deste modo, existem grupos amina e ácidos carboxílicos, correspondentes à estrutura básica dos aminoácidos (monómeros que constituem as proteínas), sendo que o radical, dependendo do aminoácido, pode ser um grupo fenólico, ácido carboxílico, etilsulfanil, anel aromático, ou um imizadol, dependendo dos aminoácidos presentes, esperando encontrar-se ligações do tipo O-H, N-H2, C=0, N=N-O, CH2-CH3, C-OH e C-O.
Na Figura 4.2 verifica-se que o espectro FTIR da dreche com e sem tratamento é muito idêntico. As principais bandas características da dreche correspondem à banda entre 3666 e 3027 cm-1, que corresponde à distensão na ligação O-H em álcoois e fenóis, à banda entre
a) b)
3027 e 2993 cm -1 que corresponde à distensão na ligação =C-H em aromáticos,
2993-2879 cm-1 que corresponde à distensão da ligação –OH em ácidos carboxílicos,
2879-2828 cm-1 que corresponde à vibração em distensão de CH em CH
3 ligado a O,
1768-1724 cm-1 correspondente à distensão da ligação C=O em α-ceto esteres ou δ-lactonas,
1724-1580 cm-1 correspondente à distensão da ligação C=O em cetonas e em ácidos
carboxílicos, à deformação de N-H em amidas primárias, e à deformação de NH2 em amidas
primárias, 1580-1486 cm-1 que corresponde à deformação de NH em amidas secundárias e
NH3+ em aminoácidos, 1486-1403 cm-1 que corresponde à flexão de CH em -CH2- em compostos
alifáticos e à deformação antissimétrica de CH em -CH3 em compostos alifáticos.
A banda 1299-1192 cm-1 corresponde à distensão da ligação C-N em aminas aromáticas,
e à distensão antissimétrica de C-O-C em ésteres e lactonas, a banda 1192-1141 cm-1
corresponde à vibração em distensão C-O na ligação C-OH em álcoois, e a banda 1141-873 cm-1 corresponde à distensão de C-N em C-NH
2 em aminas primárias alifáticas e em
anéis de carbono em compostos cíclicos. Estas bandas sofreram algumas diferenças de intensidade, que poderão estar relacionadas com as bandas presentes no SI69.
De acordo com a bibliografia, as alterações que são verificadas estão relacionadas com o SI69, que promove uma ligeira diferença nas seguintes gamas do espectro: 1250-1500 cm-1,
que corresponde à deformação simétrica de CH3 em Si-CHn, e 1100-600 cm-1, correspondente
à ligação Si-C em organosilanos e à ligação entre Si-O [33],[34].
Na Figura 4.3 verifica-se que, tal como anteriormente, os espectros com e sem tratamento da dreche com APTES são muito idênticos. As principais bandas características da dreche já referidas anteriormente não se encontram alteradas, denotando-se alterações significativas de intensidade nas bandas seguintes: 1486-1403 cm-1 correspondente à flexão de
CH em -CH2- em compostos alifáticos e à deformação antissimétrica de CH em -CH3 em
compostos alifáticos, a C-N em flexão em C-N em amidas primárias e a OH em flexão no plano em OH de ácidos carboxílicos, 1403-1299 cm-1 correspondente à vibração em distensão
simétrica de N=N-O em compostos azotados, C-N a vibrar em distensão em C-N de aminas aromáticas, C-O-C a vibrar em distensão antissimétrica em ésteres e lactonas, 1141-873 cm-1
correspondente à vibração de distensão C-N em C-NH2 em aminas primárias alifáticas e em
anéis de carbono em compostos cíclicos. Estas diferenças de intensidade, estão relacionadas com as ligações Si-C em organosilanos e a Si-O [33],[34].
Resultados e Discussão 26
Figura 4.2 - Espectro FTIR em modo transmitância para a dreche de cerveja sem tratamento, dreche de cerveja pré-tratada com 4 % de SI69 (em relação à quantidade de fibra) e para o
organosilano SI69.
Figura 4.3 - Espectro FTIR em modo transmitância para a dreche de cerveja sem tratamento, dreche de cerveja pré-tratada com 4 % de APTES (em relação à quantidade de fibra) e para o
organosilano APTES. 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 Onda (cm-1) Dreche pré-tratada com 4 % de SI69
Dreche sem tratamento Organosilano-SI69 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 Onda (cm-1) Dreche pré-tratada com 4 % de APTES Dreche sem tratamento
4.1.2 Análise Termogravimétrica - TGA
O objetivo da análise termogravimétrica foi determinar até que temperaturas a dreche de cerveja poderia ser submetida sem ocorrer a degradação das suas propriedades, visto que a sua secagem estava a ser realizada a 70 °C.
A análise ocorrida em atmosfera de azoto, Figura 4.4 (curva a azul), permitiu constatar que a 70 ºC não ocorre degradação das propriedades do material, porque a variação da massa é mínima. No entanto, para temperaturas de aproximadamente 120 °C verifica-se uma perda de massa de aproximadamente 8 %, que eventualmente estará associada à evaporação de água residual presente nas partículas de dreche.
Figura 4.4 - Variação da massa da amostra de dreche (%) vs temperatura (°C), em atmosfera de azoto e em atmosfera rica em oxigénio, curvas a azul e a verde, respetivamente.
Durante o processo de vulcanização são atingidas temperaturas elevadas, 165 °C. No Capítulo 2, Contexto e Estado da Arte, foi referido que as fibras naturais se degradam a cerca de 200 °C, de modo a verificar se a degradação abaixo desta temperatura é significativa, procedeu-se à realização de TGA em atmosfera rica em oxigénio, Figura 4.4 (curva a verde).
Verifica-se que a curva de perda de massa em atmosfera rica em oxigénio é muito idêntica à curva de perda de massa em atmosfera rica em azoto. A perda de massa a 120 °C é também de aproximadamente 8 %, que, tal como na atmosfera de azoto, pode estar relacionada com a evaporação de água residual presente nas partículas de dreche. Quando a temperatura de 165 °C é atingida, ainda existe 91 % da massa inicial de dreche, garantindo-se que a esta temperatura a dreche de cerveja, presente no compósito, não é carbonizada nem apresenta degradação significativa das suas propriedades.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 100 200 300 400 500 600 Mass a (%) Temperatura (°C) Azoto Ar
Resultados e Discussão 28