Capítulo 3. METODOLOGIA
3.3. Caracterização e Preparação de Amostras
3.3.11. Microscopia Eletrônica de Varredura
As imagens de SEM foram obtidas em um Microscópio Eletrônico de Varredura JEOL JSM-6360LV, operando a 10 kV. Para análise da morfologia dos nanocompósitos, foram realizadas fraturas criogênicas dos materiais. Para isto, as amostras foram congeladas por 50 min em nitrogênio líquido, antes das fraturas.
As imagens de Microscopia Eletrônica de Varredura de Emissão de Campo (FESEM) foram adquiridas em um Microscópio Eletrônico de Varredura FEI Quanta 250 FEG, operando a 3 kV. Para análise dos CNC, uma suspensão aquosa de CNC (2,0 mg mL-1) foi gotejada sobre uma superfície de mica recém clivada. Já a análise
dos nanocompósitos foi realizada diretamente das superfícies das amostras resultantes da crioultramicrotomia (Seção 3.3.9). Dessa forma, foram também analisadas as superfícies das amostras, paralela e perpendicular ao fluxo de injeção, por FESEM, como apresentado esquematicamente na Figura 10.
As amostras de microscopia eletrônica de varredura foram metalizadas em um metalizador Bal-Tec MD 020 (Balzers®). Aquelas destinadas a análises de FESEM
foram metalizadas com Ir (11,3 mA por 60 s), enquanto as demais foram metalizadas com Au-Pd (11,3 mA por 180 s)
Capítulo 4. CARACTERIZAÇÃO DOS
NANOCRISTAIS DE CELULOSE
A morfologia dos CNC utilizados neste trabalho foi caracterizada pela técnica de TEM (Figura 11).
Figura 11. Micrografia obtida por TEM para os
CNC adquiridos na forma de Gel.
Na Figura 11 é possível observar a geometria típica de agulha dos CNC [Favier et al. 1995 B e Lahiji et al. 2010]. Dada a boa definição de contornos das imagens de TEM, foi possível realizar medidas das dimensões dos CNC (Apêndice 1) e a partir delas calcular o valor médio de razão de aspecto, que foi de 7,5 ± 3,5 (diâmetro médio de 11 ± 4 nm e comprimento médio de 83 ± 41 nm). Esses valores são menores que os reportados na literatura para os CNC comerciais adquiridos por Mariano et al [2015] e Castro et al [2016] apresentam valores para razão de aspecto de 11 e 53, respectivamente. No entanto ambos os autores utilizaram microscopia de força
atômica para a realização das medidas, o que pode explicar pequenas diferenças na razão de aspecto em relação a observada por Mariano et al. [2015]. Além disso, é importante destacar que se tratam de nanopartículas comerciais, que podem sofrer variações em função de diferenças no processo de hidrólise do fabricante.
As nanopartículas também foram caracterizados a partir de análises de XRD (Figura 12), que permitiram determinar o Índice de Cristalinidade (𝐶𝐼) dos CNC adquiridos. Foram analisadas amostras do Pó e do Gel Liofilizado (Seção 3.1.1). Adicionalmente, uma amostra do Gel submetido à diálise (Gel Dialisado Liofilizado,
Seção 3.1.1) também foi analisada.
As duas estruturas cristalinas mais comuns para a celulose são a Celulose I e
Celulose II. A Celulose I é a estrutura nativa encontrada em plantas e apresenta um
padrão de difração de raios X com picos característicos a 15°, 17°, 20° 23° e 35° [Klemm et al. 2005]. A Celulose II, por outro lado, é formada quando a celulose passa por tratamentos químicos alcalinos [El Oudiani et al. 2011] e seus principais picos de difração ocorrem a 12°, 20°, 22° e 25° [Klemm et al. 2005].
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 [110] [110] região amorfa In te n si d a d e N o rma liza d a (u .a .) 2 (graus) Pó Gel Liofilizado
Gel Dialisado Liofilizado
[020]
Figura 12. Difratogramas de raios X dos CNC em diferentes condições. As linha
Os difratogramas (Figura 12) revelam que os CNC apresentam polimorfismo, estando presentes as Celuloses I e II e a comparação entre eles revela variações que sugerem o aumento do teor de Celulose II nas amostras de Gel Liofilizado e Gel
Dialisado Liofilizado quando comparadas com o Pó. Esse aumento pode ser
identificado pela redução da razão entre os picos a 20,5° e 22,5° e um aumento do pico característico a 12,5°.
Os 𝐶𝐼 obtidos para os CNC em Pó, Gel Liofilizado e Gel Dialisado Liofilizado foram de 75%, 75% e 73%, respectivamente. Esses valores são similares ao reportado por de Castro et al. [2016], e não diferem significativamente entre si. Porém deve-se considerar que esses valores sofrem interferência da presença de Celulose II identificada anteriormente.
As curvas de TGA, apresentadas na Figura 13 mostram a estabilidade térmica dos CNC nas condições de análise. São mostradas as curvas dos CNC na forma de Pó,
Gel Liofilizado, como também a do Gel Dialisado Liofilizado, para verificar a influência
de possíveis sais, provenientes do processo de extração dos CNC, no resíduo final obtido. 100 200 300 400 500 600 700 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Ma ssa (% ) Temperatura (°C) Pó Gel Liofilizado
Gel Dialisado Liofilizado
Figura 13. Curvas termogravimétricas, em atmosfera inerte, e derivadas com a
temperatura (inserção) para os CNC em diferentes condições.
200 250 300 350 400 450 500 D e ri va d a (% /° C ) Temperatura (°C)
A diferença mais significativa entre as curvas apresentadas na Figura 13 pode ser observada para Gel Dialisado Liofilizado, cujo primeiro evento de degradação apresentou um alargamento significativo na curva de derivada, acompanhado da redução na temperatura de início de degradação (𝑇𝑜𝑛𝑠𝑒𝑡) dos CNC. Além disso, esse
par de curvas difere daquela obtida para o CNC em Pó quanto à perda de massa relativa ao primeiro evento de degradação (na faixa de 200 a 260 °C), que chega a ser de 15% a 20% a menos. Porém, o resíduo final é similar para as três amostras de CNC, correspondendo a aproximadamente 10%.
Em suma, os resultados de TGA sugerem que o processo de diálise promoveu a redução da estabilidade térmica dos CNC. As temperaturas de início de degradação para o Pó, Gel Liofilizado e Gel Dialisado Liofilizado, são, respectivamente, 250, 250 e 210 °C.
Para confirmar presença de grupos sulfato na superfície das nanopartículas, foram realizadas análises espectroscópicas na região no infravermelho (ATR). Os espectros obtidos estão apresentados na Figura 14.
4000 3600 3200 2800 2400 2000 1600 1200 800 400 T ra n smi tâ n ci a N o rma liza d a (u .a .) Número de Onda (cm-1) Pó Gel Liofilizado
Gel Dialisado Liofilizado
Figura 14. Espectros de infravermelho por refletância total atenuada para os CNC em
A comparação dos espectros representados na Figura 14 confirma a similaridade química dos CNC, sendo as variações de intensidade das bandas observadas na faixa de 2800 a 3600 cm-1 associadas a diferenças no teor de umidade dos CNC. Também,
são observadas bandas em 1250 e 830 cm-1 (nas regiões cinza destacadas na Figura 14) que indicam a presença de grupos sulfato. Isso é esperado, pois os CNC
obtidos por hidrólise com ácido sulfúrico normalmente apresentam esses grupos em sua superfície. Há, no entanto, uma redução da intensidade dessas bandas para as amostras do Gel Liofilizado e Gel Dialisado Liofilizado, sendo que elas quase desaparecem para os CNC dialisados. A redução observada após a diálise sugere que parte dos grupos sulfato que contribuíram para o sinal dos CNC em Pó não se encontravam quimicamente ligados às nanopartículas.
Visando obter uma melhor caracterização dos grupos sulfato presentes nos CNC, foram realizadas análises de XRF. Esses resultados permitiram a obtenção da porcentagem mássica de grupos sulfato, a partir da determinação do enxofre presente. Os valores encontrados foram de 1,8% de grupos sulfato para o Pó, 1,6% para o Gel Liofilizado e 1,5% para o Gel Dialisado Liofilizado. Esses dados são próximos ao teor de enxofre (1,1 %) reportado por Mariano et al. [2015]. Além disso, o dados confirmam a redução da quantidade de grupos sulfato, observada nos espectros obtidos por ATR. Essa redução é um indicativo de que parte dos grupos sulfato não estão quimicamente licados a superfície dos CNC.