Espumas poliméricas reforçadas com celulose

Abstract

A nanotecnologia aplicada a espumas poliméricas é um campo emergente, pois permite que, mesmo com baixos teores de cargas, obtenham-se diferentes morfologias celulares durante a expansão das espumas. Com a alteração da morfologia celular em uma espuma polimérica, diferentes propriedades podem ser atribuídas e associadas às espumas poliméricas. Com base nisto, neste trabalhou foi avaliada a influência da incorporação de micro e nanofibras de celulose em composições de diversas espumas poliméricas, produzidas com diferentes matrizes poliméricas e diferentes métodos de expansão. Para a realização deste estudo, o mesmo foi dividido em 4 etapas. Na etapa I, foram utilizadas nanofibras de celulose longas e curtas, obtidas por desfibrilação mecânica e as nanofibras foram secadas por extração supercrítica e liofilização. A celulose foi incorporada em uma matriz polimérica de poli(ácido láctico) - PLA, um polímero biodegradável, e as espumas de PLA foram produzidas por um método não-convencional de produção de espumas de PLA, no qual foi utilizado agentes químicos de expansão (azodicarbonamida) e a expansão foi produzida pelo método de expansão livre de pressão Na etapa II, nanofibras curtas de celulose e nanofibras curtas de celulose acetilada, ou seja, fibras hidrofílicas e hidrofóbicas, foram incorporadas em uma matriz polimérica de poli(etileno-co-acetato de vinila) - EVA, pelo método de via úmida, no qual foi utilizada a suspensão de celulose (com baixo teor de água), junto com aditivos surfactantes e dispersantes. As espumas de EVA foram produzidas por compressão, pelo método de pressão constante, com o uso de agentes químicos (azodicarbonamida) de expansão e reticulantes (peróxido de dicumila). Na etapa III, nanofibras de celulose longas e curtas foram incorporadas no EVA, também pelo método de via úmida, com auxílio de surfactantes e dispersantes, porém a expansão das espumas foi realizada em uma autoclave, utilizando CO2 no estado supercrítico como agente físico de expansão e sem a presença de agentes reticulantes. Neste capítulo também foram avaliadas as diferentes condições de operação do equipamento, como temperatura e pressão, avaliando a influência destes parâmetros na expansão das espumas com CO2 no estado supercrítico Na etapa IV, foi avaliado o desenvolvimento de diferentes formulações de espumas flexíveis de poliuretano (PU) com células abertas, e com diferentes teores de celulose microcristalina. As espumas foram desenvolvidas para produção de sorventes, utilizadas na remediação de desastres que envolvem o derramamento de óleos em ambientes aquáticos. Foram produzidas espumas com diferentes densidades e com diferentes teores de celulose, e as mesmas foram revestidas com um organosilano (trietoxivinilsilano) para aumentar o grau de hidrofobicidade e seletividade da espuma de PU ao óleo. Como resultados principais, em geral observa-se que a presença da celulose atua como sítios para indução de uma maior nucleação de células durante a expansão das espumas, com isso, modificando a estrutura celular das espumas e promovendo, em geral, aumento na resistência mecânica por compressão das espumas sem comprometer ou alterar significativamente a densidade destas.

Nanotechnology applied to polymeric foams is an emerging field, since it allows, even with low filler content, to obtain different cell morphologies. With cell morphology change in polymeric foams, different properties can be assigned and associated to the polymeric foams. Based on this, this work evaluates the influence of the incorporation of micro and nanocellulose fibers in various polymer foams compositions, produced with different polymer matrices and different expansion methods. This study was divided into 4 stages. In stage I, it was used long and short cellulose nanofibers, obtained by mechanical defibrillation and the nanofibers were dried by supercritical extraction and lyophilization. The cellulose was incorporated in a poly(lactic acid) - PLA matrix, a biodegradable polymer, and PLA foams were produced by an unconventional method of producing PLA foam, using chemical foaming agent (azodicarbonamide) and on expansion process by free expansion method. In phase II, short cellulose nanofibers and short acetylated cellulose nanofibers, i.e., hydrophilic and hydrophobic fibers, were incorporated in a polymeric matrix of poly(ethylene-co-vinyl acetate) - EVA, by a wet method, in which it was used the suspension of cellulose (with low water content), together with surfactants and dispersants The EVA foams were produced by compression, at constant pressure using chemical foaming agents (azodicarbonamide) and crosslinking agents (dicumyl peroxide). In stage III, long and short cellulose nanofibers were incorporated into EVA, also by the wet method, with the aid of surfactants and dispersants, but the expansion of the foam was carried out in an autoclave using CO2 in supercritical state, as the physical foaming agent and without the presence of crosslinkers agent. In this section, it was also evaluated different conditions of the equipment operation, such as temperature and pressure, assessing the influence of these parameters on the foams expansion with CO2 in supercritical state. In step IV, it was evaluated the development of different formulations of flexible polyurethane foams (PU) with open cells, and with different levels of microcrystalline cellulose. The foams were developed for the production of sorbents, used in remediation of disasters involving oil spills in aquatic environments PU foams were produced with different densities and different cellulose contents, and they have been coated with an organosilane (triethoxyvinylsilane) to increase the hydrophobicity degree and selectivity of the PU foam to the oil. As main results, it was generally observed, that the presence of the cellulose into the foams act as sites for induction of a higher cells nucleation during expansion, thereby modifying the cell structure of the foam and by this, promoting in general an increase in mechanical strength without compromising or significantly alter the density of the foam.