Self-reinforced composites obtained by the partial oxypropylation of cellulose fibers. 1. Characterization of the materials obtained with different types of fibers

The in-depth oxypropylation of different types of cellulose fibers, namely Avicel, Rayon, Kraft, and Filter Paper, was investigated. New biphasic mono-component materials were obtained, which could be hot-pressed to form films of cellulose fibers dispersed into a thermoplastic matrix. The success of this chemical modification was assessed by FTIR spectroscopy, X-ray diffraction, scanning electron microscopy. differential scanning calorimetry, thermogravimetric analysis and contact angle measurements. The optimization of this process led to the establishment of the optimal molar ratio between the cellulose CH groups and propylene oxide, which varied as a function of the specific morphology of the fibers. (C) 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Self-reinforced composites obtained by the partial oxypropylation of cellulose fibers. 2. Effect of catalyst on the mechanical and dynamic mechanical properties

This work describes the partial oxypropylation of filter paper cellulose fibers, employing two different basic catalyst, viz., potassium hydroxide and 1,4-diazabicyclo [2.2.2] octane, to activate the hydroxyl groups of the polysaccharide and thus provide the anionic initiation sites for the ""grafting-from"" polymerization of propylene oxide. The success of this chemical modification was assessed by FTIR spectroscopy, X-ray diffraction, scanning electron microscopy, differential scanning calorimetry, thermogravimetric analysis and contact angle measurements. The study of the role of the catalyst employed on the extent of the modification and on the mechanical properties of the ensuing composites, after hot pressing, showed that both the Bronsted and the Lewis base gave satisfactory results, without any marked difference.

New biphasic mono-component composite material obtained by partial oxypropylation of bacterial cellulose

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Novel materials based on chitosan, its derivatives and cellulose fibres

O presente trabalho tem como principal objectivo o desenvolvimento de novos materiais baseados em quitosano, seus derivados e celulose, na forma de nanofibras ou de papel. Em primeiro lugar procedeu-se à purificação das amostras comerciais de quitosano e à sua caracterização exaustiva em termos morfológicos e físicoquímicos. Devido a valores contraditórios encontrados na literatura relativamente à energia de superfície do quitosano, e tendo em conta a sua utilização como precursor de modificações químicas e a sua aplicação em misturas com outros materiais, realizou-se também um estudo sistemático da determinação da energia de superfície do quitosano, da quitina e seus respectivos homólogos monoméricos, por medição de ângulos de contacto Em todas as amostras comerciais destes polímeros identificaram-se impurezas não polares que estão associadas a erros na determinação da componente polar da energia de superfície. Após a remoção destas impurezas, o valor da energia total de superfície (gs), e em particular da sua componente polar, aumentou consideravelmente. Depois de purificadas e caracterizadas, algumas das amostras de quitosano foram então usadas na preparação de filmes nanocompósitos, nomeadamente dois quitosanos com diferentes graus de polimerização, correspondentes derivados solúveis em água (cloreto de N-(3-(N,N,N-trimetilamónio)-2- hidroxipropilo) de quitosano) e nanofibras de celulose como reforço (celulose nanofibrilada (NFC) e celulose bacteriana (BC). Estes filmes transparentes foram preparados através de um processo simples e com conotação ‘verde’ pela dispersão homogénea de diferentes teores de NFC (até 60%) e BC (até 40%) nas soluções de quitosano (1.5% w/v) seguida da evaporação do solvente. Os filmes obtidos foram depois caracterizados por diversas técnicas, tais como SEM, AFM, difracção de raio-X, TGA, DMA, ensaios de tracção e espectroscopia no visível. Estes filmes são altamente transparentes e apresentam melhores propriedades mecânicas e maior estabilidade térmica do que os correspondentes filmes sem reforço. Outra abordagem deste trabalho envolveu o revestimento de folhas de papel de E. globulus com quitosano e dois derivados, um derivado fluorescente e um derivado solúvel em água, numa máquina de revestimentos (‘máquina de colagem’) à escala piloto. Este estudo envolveu inicialmente a deposição de 1 a 5 camadas do derivado de quitosano fluorescente sobre as folhas de papel de forma a estudar a sua distribuição nas folhas em termos de espalhamento e penetração, através de medições de reflectância e luminescência. Os resultados mostraram que, por um lado, a distribuição do quitosano na superfície era homogénea e que, por outro lado, a sua penetração através dos poros do papel cessou após três deposições. Depois da terceira camada verificou-se a formação de um filme contínuo de quitosano sobre a superfície do papel. Estes resultados mostram que este derivado de quitosano fluorescente pode ser utilizado como marcador na optimização e compreensão de mecanismos de deposição de quitosano em papel e outros substratos. Depois de conhecida a distribuição do quitosano nas folhas de papel, estudou-se o efeito do revestimento de quitosano e do seu derivado solúvel em água nas propriedades finais do papel. As propriedades morfológicas, mecânicas, superficiais, ópticas, assim como a permeabilidade ao ar e ao vapor de água, a aptidão à impressão e o envelhecimento do papel, foram exaustivamente avaliadas. De uma forma geral, os revestimentos com quitosano e com o seu derivado solúvel em água tiveram um impacto positivo nas propriedades finais do papel, que se mostrou ser dependente do número de camadas depositadas. Os resultados também mostraram que os papéis revestidos com o derivado solúvel em água apresentaram melhores propriedades ópticas, aptidão à impressão e melhores resultados em relação ao envelhecimento do que os papéis revestidos com quitosano. Assim, o uso de derivados de quitosano solúveis em água em processos de revestimento de papel representa uma estratégia bastante interessante e sustentável para o desenvolvimento de novos materiais funcionais ou na melhoria das propriedades finais dos papéis. Por fim, tendo como objectivo valorizar os resíduos e fracções menos nobres da quitina e do quitosano provenientes da indústria transformadora, estes polímeros foram convertidos em polióis viscosos através de uma reacção simples de oxipropilação. Este processo tem também conotação "verde" uma vez que não requer solvente, não origina subprodutos e não exige nenhuma operação específica (separação, purificação, etc) para isolar o produto da reacção. As amostras de quitina e quitosano foram pré-activadas com KOH e depois modificadas com um excesso de óxido de propileno (PO) num reactor apropriado. Em todos os casos, o produto da reacção foi um líquido viscoso composto por quitina ou quitosano oxipropilados e homopolímero de PO. Estas duas fracções foram separadas e caracterizadas.

Aditivo polimérico derivado de fonte renovável para aplicação em cimento asfáltico de petróleo

This study evaluated the effects of incorporating an additive from an agro-industrial residue, after some chemical modification reactions, to petroleum asphalt cement (CAP) through the polymerization reaction of a viscous polyol obtained by bagasse biomass oxypropylation reaction sugarcane with anhydrides. The polyol is obtained by biomass oxypropylation reaction with propylene oxide, the reaction was performed in an autoclave sealed with pressure and temperature control using 25 mL of OP for every 5 grams of biomass 200°C, which time reaction was two hours. The reaction is revealed by varying the system pressure, initially at atmospheric pressure to reach a maximum pressure value and its subsequent return to atmospheric pressure. For the choice of the most suitable reaction time for polymerization of the polyol with pyromellitic anhydride, the reaction was also conducted in an autoclave sealed with temperature controller (150 ° C) using 20 g of polyol, 1 g of sodium acetate (catalyst) and 8 g of pyromellitic anhydride with the times 30 and 60 minutes. The polymerized materials with different times were characterized by determining the relative viscosity and percentage content of extractable in cyclohexane / ethanol. Given the results with the polymerized material 30 minutes showed the lowest percentage content of extractives and an increased viscosity relative indicating that this time is highlighted with respect to time 60 minutes, because the material is possibly in the form of a crosslinked polymer. Given the choice of time of 30 minutes other polymerization reactions were performed with various anhydrides and other conditions employed different proportions by mass of polyol anhydrides we were referred to as condition I (20 g anhydride and 8 g of polyol), II (20 g anhydride and 20 g of polyol) and III (8 g anhydride and 20 g of polyol). The FTIR spectra of polymeric materials with different polymerization conditions used to prove the occurrence of chemical modification due to the appearance of a characteristic band ester groups (1750 cm-1) present in the polymerized material. He chose to work with the condition III, as is the condition which employs a larger amount of polyol, and even with the smaller amount of anhydride used FTIR spectra revealed that the polymerization reaction was performed. Among the various anhydrides (phthalic, maleic and pyromellitic) of the different conditions used that stood out before the solubility test with solvents analyzed was polymerized material with pyromellitic anhydride because the polymerized material likely in the form of a crosslinked polymer because it was insoluble or poorly soluble in the solvents tested. Polymerization of the polyol with pyromellitic anhydride using condition III, that is, BCPP30, CSPP30, PCPP30 e BCPPG30, provided an increase in thermal stability relative to material in the form of polyol. Applicability tests concerning the incorporation of 16% m / m BCPP30, CSPP30, PCPP30 e BCPPG30 additive in relation to the mass of 600 g CAP showed through characterization tests used, softening point, elastic recovery and marshall dosage, it is possible to use BCPP30 as an additive the conventional CAP, because even with the incorporation of this new additive modified CAP met the specifications of the appropriate standard.