Artigo de capa no ACS Applied Nano Materials traz resultados de eficiência e sustentabilidade na combinação de propriedades de nanocelulose e látex
Substituir adesivos produzidos à base de derivados de petróleo é um dos desafios da indústria global, que busca materiais e processos alternativos e com menor impacto ambiental.
Pesquisadores do CNPEM acabam de ter um artigo publicado no periódico ACS Applied Nano Materials que apresenta resultados que abrem caminho para o desenvolvimento de um método mais simples para controle das propriedades físico-químicas na combinação de materiais renováveis para a produção de adesivos com propriedades mecânicas desejáveis e mais resistentes à água.
O entendimento dessas interações em escala nanométrica é fundamental para otimizar processos e desenvolver produtos alternativos, com propriedades semelhantes ou eventualmente melhores, aos adesivos usados para as mais diversas finalidades.
O estudo
A interação eletrostática entre compostos de cargas elétricas opostas é muito importante para a compreender porque alguns materiais apresentam propriedades de adesão e coesão tão especiais.
Por isso, a equipe de pesquisa avaliou as propriedades de nanofibrilas de celulose catiônica (CCNF), minúsculos filamentos com superfície de carga elétrica positiva, obtidos de resíduos do bagaço de cana-de-açúcar, combinadas com látex de borracha natural (LBN), de carga negativa.
São materiais de baixo custo e abundantes na natureza, que também possuem outras características vantajosas, como baixa toxicidade, biodegradabilidade, alta capacidade de modificação superficial, resistência e propriedades mecânicas excepcionais.
O trabalho de pesquisa usou recursos sofisticados do parque de microscopia do Laboratório Nacional de Nanotecnologia (LNNano/CNPEM), como criomicroscopia e microscopia de força atômica (AFM) para investigar detalhadamente a dinâmica de interações entre as superfícies desses materiais buscando sintetizar um adesivo com baixo teor de sólidos que fosse capaz de aderir diferentes materiais tanto em ambientes secos como molhados.
“Com o auxílio das técnicas de AFM e criomicroscopia nós pudemos observar que, na complexação dos materiais, o látex, que é uma partícula esférica, foi recoberto pelas nanofibras e, em contato com a água, foi responsável pela propriedade de ancoragem, que preservou as propriedades mecânicas. Já as nanofibras, na superfície externa, garantiram o efeito de adesão”, explica Daiane Batista da Silva, autora do trabalho.
Resultados e vantagens
Foram realizados testes de tração de alguns dos produtos mais usados na produção de embalagens, como papel, alumínio (AL) e polipropileno (PP) como substratos.
“O adesivo produziu juntas bastante robustas, com resistência similar aos próprios materiais usados nesse segmento da indústria”, revela a pesquisadora.
Imagens de criomicroscopia eletrônica do adesivo de nanofibrilas de celulose catiônica que recobrem as partículas de látex de borracha natural
“Um dos maiores desafios da indústria é a reciclagem das embalagens. A quantidade de aditivos adicionados a elas, dificultam esse processo. Em embalagens de papéis, a fibra pode ser repolpada e reutilizada, porém, a presença de alguns polímeros de base fóssil impede esse processo. Nesse estudo, por utilizar biopolímeros, a fibra pode ser facilmente reprocessada. Além disso para embalagens de outros materiais, nosso adesivo pode ser facilmente removido por limpeza úmida””, explica Juliana Bernardes, coordenadora da pesquisa.
Próximos passos
Os pesquisadores do CNPEM estão bastante otimistas em relação às possibilidades de controle das propriedades que podem ser obtidas com o conhecimento obtido sobre combinação desses materiais. A fórmula vem sendo aperfeiçoada a partir de testes com outros tipos de substratos.
“Nós usamos partículas de látex, que são relativamente grandes. Na próxima etapa do trabalho, para melhorar a resistência em água, pretendemos usar moléculas. Levando os pontos de ancoragem da escala nanométrica para molecular, com maior penetração nas fibras, esperamos obter um composto com propriedades de adesão ainda superiores”, revela Bernardes.
Apoios e patente
O trabalho de Daiane Batista da Silva foi vencedor do prêmio CRQ-IV 2022 na categoria Química de Nível Superior e contou com apoio da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp). O processo de obtenção do adesivo gerou uma patente.
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