A escolha do método de preparação de nanocompósitos é um fator determinante na formação da rede de CNC, sendo os métodos mais comuns o de evaporação de solvente e o de processamento termomecânico. A formação de filmes por evaporação controlada de solvente tende a produzir materiais com desempenho mecânico superior àqueles obtidos por técnicas de processamento termomecânico. Esse
resultado é normalmente atribuído à dispersão e orientação dos CNC em função dos métodos utilizados. No caso de preparações envolvendo soluções, o movimento Browniano das moléculas de solvente permite que os CNC se movimentem, de forma a se arranjarem em estruturas favoráveis à formação da rede de percolação durante a evaporação do solvente. [Dufresne 2008]
Assim, o desafio inicial na preparação de nanocompósitos de CNC é obter uma distribuição uniforme da carga na matriz polimérica. Dessa forma, a maioria dos trabalhos na literatura explora o uso de polímeros hidrossolúveis ou dispersáveis em água devido ao fato das nanopartículas apresentarem melhor dispersão em soluções aquosas. Porém, diversas estratégias vêm sendo empregadas para superar a dificuldade em dispersar as nanopartículas em solventes menos favoráveis. [Bogdanova et al. 2016, Dufresne 2010]
Com relação ao uso de polímeros hidrossolúveis ou dispersáveis em água, são relatados na literatura nanocompósitos preparados a partir da mistura do polímero e suspensões de CNC. Usualmente a mistura é submetida à secagem, podendo ser em seguida moldada termicamente. Esses métodos foram empregados para polímeros como poli(óxido de etileno) [Azizi et al 2004], poli(álcool vinílico) [Voronova et al 2015] e derivados de celulose [Zimmermann et al. 2005], obtendo-se ganhos em diversas propriedades mecânicas. [Bogdanova et al. 2016, Dufresne 2010]
Alternativamente, métodos similares são empregados para outros solventes. Nesses casos, são conduzidas modificações superficiais [Goussé et al 2002] ou adicionados surfactantes [Ljungberg et al. 2006], com o objetivo de melhorar a dispersão das nanopartículas no solvente de interesse. Ainda, é reportado na literatura que outros solventes, tais como dimetilformamida e dimetilsulfóxido [Viet et al 2007], permitem a obtenção de dispersões em solvente orgânico sem a necessidade de aditivos ou modificações químicas. [Bogdanova et al. 2016]
Outra estratégia empregada para a obtenção de nanocompósitos é o chamado método Látex. Com esse método é possível reter no compósito o alto grau de dispersão da carga presente na suspensão aquosa. Esse foi o método usado por Favier et al. [1995 A], e estendido a outros látices, como o de borracha natural [Bendahou et al. 2010] e de poli(acetato de vinila) [Garcia de Rodriguez et al. 2006]. É importante destacar, que embora o mecanismo de evolução da morfologia durante a secagem seja conhecido [Dufresne 2010], o aparecimento de gradientes de concentração das nanopartículas pode ocorrer no compósito, devido à lentidão da
secagem e sedimentação das mesmas, como relatado por Helbert et al. [1996 e Dufresne et al 1997].
Outra abordagem é explorar a modificação superficial das nanopartículas, visando a compatibilização entre carga e matriz, o que pode ser alcançado com a aplicação de métodos de enxerto de cadeias poliméricas na superfície dos CNC. Essa modificação superficial pode ser feita de duas formas: pela reação de grupos terminais das cadeias com grupos superficiais das nanopartículas, ou pelo crescimento de cadeias de polímero a partir desses grupos [Dufresne 2010]. Os exemplos mais relevantes são: modificação de CNC com cadeias de poli(ε-caprolactona) e uso na preparação de nanocompósitos de poli(ε-caprolactona) [Habibi et al. 2008] e poli(ácido láctico) [Lin et al. 2009], e modificação com n-octadecil isocianato, em nanocompósitos de poli(ε-caprolactona) [Hassan et al. 2012, Siqueira et al. 2013].
Em termos de processamento termomecânico, poucos trabalhos exploram o método de extrusão na preparação de nanocompósitos de CNC. Isso se deve ao fato de ser necessário o uso de CNC em sua forma seca, o que representa perder a adequada dispersão das nanopartículas em solventes. Geralmente é utilizada a liofilização para remoção da água, o que favorece a aglomeração das partículas. A liofilização resulta em uma aglomeração irreversível, promovida pela formação de ligações de hidrogênio entre as partículas, dificultando sua posterior dispersão na matriz [Bogdanova et al. 2016]. Além disso, a extrusão frequentemente envolve altas temperaturas, o que pode levar à degradação dos CNC [Roman et al. 2004, Dufresne 2008]. Ao mesmo tempo, o cisalhamento presente nesse tipo de processamento pode promover alinhamento das nanopartículas com o fluxo do fundido [Dufresne 2008].
Dentro desse contexto, diversas estratégias têm sido empregadas para melhorar a dispersão dos CNC, bem como evitar sua degradação. Um estudo com polietileno de baixa densidade, em que os CNC tiveram sua superfície enxertada com cadeias alquílicas de diferentes comprimentos, revelou que quanto maior o tamanho da cadeia melhor a dispersão dos CNC na matriz [de Menezes et al. 2009]. No entanto, o trabalho de Oksman et al. [2006] com poli(ácido láctico), assim como a maioria dos estudos nessa área, demonstra que alcançar o reforço mecânico esperado ainda é um desafio.
Também são reportados trabalhos sobre filmes preparados pela técnica de “layer-by-layer” [Podsiadlo et al. 2005 e Jean et al. 2008] e “electrospinning”, usando diversas matrizes poliméricas, tais como: poli(óxido de etileno) [Zhou et al. 2011],
poliestireno [Rojas et al. 2009], poli(ε-caprolactona) [Zoppe et al. 2009] e poli(álcool vinílico) [Uddin et al. 2011]. [Bogdanova et al. 2016]
Finalmente, também têm sido relatados nanocompósitos preparados a partir da impregnação de géis de CNC com soluções poliméricas. Géis de CNC são materiais obtidos por reticulação das nanopartículas, seja ela química ou física. Géis físicos são formados com a auto-organização das nanopartículas causada por interações iônicas ou ligações de hidrogênio. Estes géis podem ser obtidos espontaneamente por meio da formação de ligações de hidrogênio, promovidas por troca de solvente (geralmente água substituída por acetona [Capadona et al. 2009] ou etanol [Siqueira et al. 2011 A]). Por outro lado, a reticulação química é estabelecida quando há formação de ligações covalentes entre as nanopartículas, comumente alcançadas por modificação superficial seguida de reticulação. Em ambos os casos, a impregnação de géis com cadeias poliméricas leva à melhoria da estabilidade mecânica do gel e ao aumento do seu módulo de Young [Bogdanova et al. 2016], como é ressaltado no trabalho de Abitbol et al. [2011] sobre géis de CNC e poli(álcool vinílico).