SÍNTESE E CARACTERIZAÇÃO DO ACETATO DE CELULOSE

Os dados obtidos nas etapas de síntese dos acetatos de celulose estão organizados, em sua maioria, em tabelas no Apêndice A. Os resultados são apresentados em tabelas de ganho de massa do acetato de celulose do bagaço da cana - ABC e do acetato de celulose comercial Avicel, associado à influência das variáveis tempo e temperatura no processo reacional. Os principais parâmetros utilizados para confirmação do tipo de acetato formado, tais como, hidrofobicidade, solubilidade e grau de substituição por via química foram discutidos.

5.4.1 Avaliação do ganho de massa após a acetilação (GM)

De acordo com a Tabela i, Apêndice A, os dados obtidos para o GM dos acetatos de celulose do bagaço da cana – ABC e do acetato de celulose comercial Avicel - ACC, apresentaram ganho de massa mais satisfatórios quando comparados nas condições de trabalho: temperatura de reação, 25 °C e 50 °C, e tempo reacional de 20 h e 24 h.

Os rendimentos apresentados ou %GM – Ganhos de massa do acetato, em relação às celuloses utilizadas CBC e CCA, foram bastante semelhantes nestas condições, Tabela i. Foi obtida uma média de 60% no ganho de massa em relação ao acetato de celulose obtido para ambas as celuloses. O que permite propor uma redução de custo no processo, uma vez que a celulose CBC é proveniente do BCA, um resíduo agroindustrial, enquanto a CCA é obtida a partir da madeira e é importada a um custo mais elevado.

5.4.2 Determinação do grau de substituição por via química (GS)

O grau de substituição (GS) é um importante parâmetro para indicar o valor médio de grupos acetila que substituem as hidroxilas nas unidades glicosídicas que foi determinada por via química através de uma reação de saponificação. O mecanismo da reação está representado na Figura 23.

Figura 22 - Representação do mecanismo da reação de saponificação do acetato de celulose

Fonte: Carvalho, 2009.

De acordo com o valor de GS, pode-se indicador o tipo de acetilação indicado na literatura: segundo (Puleo et al.,1989), GS acima de 2,5 são triacetatos, enquanto, (Heinze & Liebert, 2001) incluem diacetatos como tendo GS médio na faixa de 2,2 a 2,70 e triacetatos a partir do GS de 2,8.

Na Tabela 13, estão apresentados os resultados para a determinação do GS do acetato de celulose, oriundo do bagaço da cana, ABC, e do acetato de celulose oriundo da celulose comercial, ACC. As análises de determinação do GS foram realizadas em triplicata.

Tabela 13 – Valores médios obtidos experimentalmente na determinação do GS do acetato de

celulose

*Amostras Tempo (h) Temperatura

(°C) Grupos Acetila (%) GS (%) ABC 8 25 24,64 1,22 ± 0,03 ABC 12 25 27,71 1,40 ± 0,04 ABC 16 25 38,64 2,33 ± 0,03 ABC 20 25 40,92 2,57 ± 0,04 ABC 24 25 42,15 2,70 ± 0,03 ABC 8 50 40,21 2,49 ± 0,04

ABC 12 50 41,38 2,61 ± 0,03 ABC 16 50 39,47 2,41 ± 0,04 ABC 20 50 41,82 2,66 ± 0,04 ABC 24 50 42,99 2,84 ± 0,04 ACC 8 25 29,38 1,55 ± 0,03 ACC 12 25 32,60 1,80 ± 0,03 ACC 16 25 38,27 2,30 ± 0,03 ACC 20 25 42,89 2,78 ± 0,04 ACC 24 25 42,79 2,76 ± 0,04 ACC 8 50 37,18 2,20 ± 0,03 ACC 12 50 37,88 2,31 ± 0,03 ACC 16 50 37,34 2,21 ± 0,02 ACC 20 50 42,88 2,77 ± 0,03 ACC 24 50 42,68 2,75 ± 0,03

ABC = Acetato de celulose obtida da celulose do bagaço da cana; ACC = Acetato de celulose obtida da celulose comercial avicel; N = 3. *Amostras sintetizadas neste trabalho.

A figura 24 apresenta o gráfico com os resultados da determinação do GS do acetato de celulose, oriundo da celulose obtida do bagaço de cana (ABC) e do acetato de celulose oriundo da celulose comercial (ACC) de acordo com o tempo reacional. 8 10 12 14 16 18 20 22 24 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 ABC 25°C ABC 50°C ACC 25°C ACC 50°C Tempo / horas G ra u de su bst itu içم o 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0

O ABC obtido a temperatura de 25 °C apresentou um aumento do GS, de acordo com o tempo reacional, Tabela 13, com os valores de GS de 2,57 em 20h e 2,70 em 24h caracterizando-os como um diacetato de celulose. Amostras de ABC obtidas à temperatura de 50°C, nos tempos reacionais, 20h e 24 h, apresentaram

um significativo aumento do GS. Os melhores resultados apresentaram GS de 2,66 à 20h e 2,84 à 24h, caracterizando-os como prováveis diacetatos e triacetatos de celulose, respectivamente (Heinze & Liebert, 2001).

Os resultados obtidos para as amostras de ACC, foram usados neste trabalho para comparação. Nas mesmas condições de obtenção do ABC, os ACC também apresentaram um aumento do GS de acordo com o aumento do tempo reacional, com os melhores valores apresentando GS de 2,78 à 20h e 2,76 à 24h, caracterizando-os como provável triacetato de celulose, enquanto que, nas amostras de ACC a temperatura de 50°C os melhores valores apresentados do GS foi de 2,77 à 20h e 2,75 à 24h, também triacetatos de celulose, resultados bem próximos dos apresentados nas amostras acetiladas à temperatura de 25° C, o que demonstra que o aumento da temperatura não se mostrou eficiente quanto ao aumento do GS neste ensaio.

Na literatura especializada, verifica-se que Rodrigues Filho et al., 2008, produziu o acetato de celulose através da reciclagem química de jornal e obteve acetatos em 48 h, um diacetato, e com 24 h um triacetato, à temperatura ambiente, com GS 1,98 ± 0,02 e 2,79 ± 0,02 respectivamente, enquanto, (Carvalho, 2009) produziu acetato de celulose do BCA em 24 h, a temperatura ambiente, obtendo GS de 2,69 (calculado utilizando a Equação 14, do trabalho atual, e (Candido, 2011) produziu acetato de celulose do BCA e da palha de cana obtendo GS entre 2,54 ± 0,10 e 2,72 ± 0,19.

O GS é um parâmetro importante que determina a solubilidade em diferentes solventes, possibilitando a escolha do melhor solvente a ser utilizado. Diacetato e triacetato de celulose tornam-se mais hidrofóbico, característica que faz com que seja muito utilizado nas indústrias têxteis como impermeabilizante, para produção de absorventes de óleo, para fabricação de compósitos (Brum et al., 2012), processos de separação por membranas, matrizes para liberação controlada de fármacos e adsorção de metais (Cerqueira et al., 2010; Puls et al., 2011; Mohanty et al., 2000).

Portanto, o ABC 24 h à temperatura de 50°C e GS de 2,84 (triacetato de celulose) apresentou o melhor resultado entre todas as amostras submetidas à acetilação, indicando que o aumento da temperatura proporcionou maior eficiência da reação de acetilação.

5.4.3 Teste de solubilidade

A determinação da solubilidade do acetato de celulose foi realizada conforme o item 4.3.5, a temperatura ambiente, e os resultados estão mostrados na Tabela ii do Apêndice A. Verifica-se que todas as amostras de acetato de celulose obtidas da celulose do BCA, e da celulose comercial avicel, nas condições reacionais de tempo de 20 h e 24h e temperatura de 25 º C e 50 °C apresentaram 100% de solubilidade no solvente orgânico diclorometano, que é pouco polar, indicando a baixa polaridade dos acetatos obtidos nestas condições. As amostras utilizadas no tempo de 12h e 16h apresentaram elevada solubilidade em acetona, contudo foram observados fragmentos que não foram solubilizados no meio, nas condições do ensaio.

Pode-se propor que as amostras solúveis em diclorometano são aquelas que apresentam elevado grau de acetilação, podendo considerá-las como acetatos de celulose, triacetiladas, pois são as de menor polaridade, obtidas a partir da substituição dos grupos OH da celulose por grupos acetila. Enquanto que, as mais solúveis em acetona, que é bastante polar, não devem apresentar grau de substituição máxima, podendo ser diacetiladas.

Os resultados estão de acordo com a literatura onde os acetatos com GS entre 2,60 e 2,84 denominados de triacetato de celulose são solúveis em diclorometano, enquanto que, os acetatos com GS entre 2,2 e 2,50 denominados de diacetato de celulose são solúveis em acetona (Heinze & Liebert, 2001).

5.4.4 Teste de Hidrofobicidade x Hidrofilicidade

A hidrofilicidade dos materiais lignocelulósicos está relacionada à presença dos grupos hidroxilas da celulose, lignina e hemicelulose. Esses grupos conferem aos materiais características hidrofílicas. A reação de acetilação da celulose através da esterificação promove a substituição dos grupos hidroxilas por grupos acetila possibilitando a formação de grupos menos polares com características hidrofóbicas. É essa característica que torna o acetato de celulose muito utilizado nas indústrias têxteis, absorção de óleos, fabricação de compósitos etc. Os resultados obtidos estão mostrados na Tabela iii do Apendice A.

A celulose isolada do CBC e a celulose comercial Avicel (CCA) apresentaram 0% de hidrofobicidade, onde após o término do teste 100% da massa utilizada

encontrava-se na fase aquosa. Pode-se observar que todos os materiais acetilados aumentaram o percentual de hidrofobicidade à medida que aumenta o grau de substituição com maior percentual de 97,35% para o ABC 24h a temperatura de 50°C e o menor percentual de 73,12% para o ACC 16h a temperatura de 50°C. Esses resultados confirmam que a inserção dos grupos acetila tornou os materiais mais hidrofóbicos.