Modificação superficial de fibras de curauá por silanização

Abstract

Fibras vegetais, ou lignocelulósicas, podem ser utilizadas como reforço em compósitos de matriz polimérica, porém sua efetividade é reduzida pela sua adesão deficiente com a matriz. Estas fibras apresentam alta hidrofilicidade devido ao grande número de grupos hidroxila (OH) livres presentes em seus componentes (celulose, hemicelulose e lignina), resultando em certo grau de incompatibilidade com matrizes poliméricas hidrofóbicas. Entretanto, devido a presença dos grupos hidroxila, as fibras lignocelulósicas podem ser tratadas superficialmente para melhorar seu desempenho em compósitos. O tratamento com silanos, por exemplo, produz uma continuidade molecular entre fibra e matriz, o que se deve a sua estrutura que apresenta uma terminação organofuncional que é capaz de reagir com matrizes poliméricas e outra com grupos alcoxila que podem interagir com grupos OH presentes nos componentes das fibras. Neste trabalho, fibras de curauá (Ananas comosus var. erectfolius) foram pré-tratadas por imersão em solução aquosa de hidróxido de sódio (NaOH) em concentração de 4% (m/m) durante 1 h e lavadas até pH neutro. Estas fibras foram então tratadas pela imersão por 1 h em solução aquosa contendo 5% (m/m) de cada um dos silanos investigados, 3-aminopropiltrimetoxisilano (AMPTS), trietoximetilsilano (TEMS) e viniltriclorosilano (VTCS). A caracterização das fibras tratadas foi realizada por espectroscopia no infravermelho, difração de raios-X, análise termogravimétrica e microscopia eletrônica de varredura. As características da interface das fibras com resina poliéster foram investigadas em termos de molhabilidade e adesão, por meio de medidas do ângulo de contato e ensaio de pull-out, respectivamente. Resultados evidenciaram o aumento no índice de cristalinidade e na estabilidade térmica provenientes do pré-tratamento com NaOH. O tratamento com AMPTS apresentou uma melhora na molhabilidade com poliéster e um valor médio de 20,17 MPa na tensão interfacial de cisalhamento, o que corresponde a um aumento de aproximadamente 2,5 vezes ao valor médio obtido para fibras sem tratamento.

Plant fibers, or lignocellulosic fibers, can be used as reinforcements in polymer composites, however their efficiency is largely reduced due to their poor adhesion with the matrix. These fibers present a highly hydrophilic character due to the large number of free hydroxyl groups (OH) available in the fiber components (cellulose, hemicellulose and lignin), thus displaying a certain degree of incompatibility with hydrophobic polymeric matrices. However, lignocellulosic fibers can be surface treated to improve their performance in composites. The silane treatment, for instance, may produce molecular continuity between fiber and matrix due to its bi-functional structure, which presents an organofunctional end group able to react with polymer matrices and another end group, such as an alkoxy, which is able to interact with OH groups of the fiber. In this work, curauá fibers (Ananas comosus var. erectfolius) were pre-treated by immersion in 4% (w/w) aqueous solution of sodium hydroxide (NaOH) for 1 hour and then washed until neutral pH. These fibers were then treated by immersion for 1 h in an aqueous solution with 5% (w/w) of one of the investigated silanes, (3-aminopropyl)trimethoxysilane (AMPTS), triethoxymethylsilane (TEMS) and vinyltrichlorosilane (VTCS). Characterization of treated fibers was carried out by infrared spectroscopy, X-ray diffraction, thermogravimetric analysis and scanning electron microscopy. The characteristics of the interface between fibers and a polyester resin were investigated in terms of wettability and adhesion, using contact angle measurements and pull-out testing, respectively. The NaOH pre-treatment increased the crystallinity index and thermal stability of the fibers, and the AMPTS treatment presented an improve in wettability and a mean value of 20.17 MPa in the interfacial shear strength (IFSS), corresponding to an approximately 2.5 fold increase compared to the untreated fibers.