3!!. workshop de Rede de Nanotecnologia Aplicada (to Agronegócio

Em!JlJl'aCARACTERIZAÇÃO MICROESTRUTURAL DE NANO-Si02

OBTIDA DE FONTES VEGETAIS PARA USO EMNANOCOMPÓSITOS

Caue Ríbeiro+', José M. Marconcini', Edson N. Ito1•2, Wilson T.L. da Silva', Washington L.E.

Magalhães ', Elias Hage Jrz eLuis H.C. Mattoso'

'Embrapa Instrumentação Agropecuária. São Carlos, SP.2DEMa / UFSCar, São Carlos, SP3Embrapa Florestas, Colornbo, PR

caue@cnpdia.embrapa.br

Projeto Componente: PC4 Plano de Ação: 01.05.1.01.04.02

Resumo

Neste trabalho foram caracterizadas nanopartículas de SiOz obtidas pela calcinação daCavalinha (Equisetum arvense L.), avaliando-se preliminarmente seu potencial paraincorporação em nanocompósitos. Os resultados demonstram que, apesar dos tamanhosde partícula obtidos situarem-se abaixo de 50 nrn, vários eventos de pré-sinterizaçãopodem limitar a dispersabilidade do reforço em matrizes. Uma dispersão preliminarutilizando-se PMMA como matriz demonstrou alto grau de aglomeração, indicando anecessidade de novos estudos para obtenção do material em condiçõesdesaglomeradas.

constrtui-se em sílica (Si02), o que implica nageração de quantidades expressivas de cinzas apósqueima. Segundo Real e colaboradores", estematerial, mesmo após calcinação a 800°C,apresenta áreas superficiais da ordem de 200 m"/g,o que indica a formação de materialnanoestruturado. Os mesmos autoresidentificaram que as cinzas contém teores> 90%de Si02 amorfo, com contaminações alcalinas oualcalino-terrosas (K e Ca). Estas contaminaçõesinviabilizam usos analíticos do material (p. ex.suportes catalíticos). porém, não são críticas parausos em reforço de materiais (compósitos). onde aárea específica é determinante. Outras fontesvegetais demonstram características semelhantes,como a Cavalinha (Equisetum arvense L.), umfitoterápico comum com teores de Si02. em tomode 9% em massa. Resultados preliminares decaracterização de Si02 obtida a partir desta última

Palavras-chave: nano-sílica, microscopia eletrônica de transmissão, nanocompósito

Introdução

O aumento dos volumes de cel10s setores doagronegócio tem despertado grande interesse napesquisa sobre usos de subprodutos ou resíduos daatividade agrícola. De forma geral, váriostrabalhos enfocam o reaproveitamento energéticoda biomassa ou a obtenção de materiais a partir deresiduos fibrosos ou minerais.

Um caso particularmente interessante é observadono principal resíduo do beneficamento de arroz, apalha. Segundo a ANEEL I, estima-se hoje umpotencial de geração de energia termelétrica apartir desta biomassa de 162,6 MW, apenas noestado do Rio Grande do Sul - sendo que já háuma usina outorgada (Usina CooperativaAgroindustrial Alegrete Ltda, em Alegrete - RS,com 3.825,00 KW de potência instalada). Noentanto, cerca de 20 - 25% em massa do resíduo

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fonte indicam grande similaridade com oobservado para a obtida da palha de arroz, ou seja,principalmente a alta área de superfície 3. Outrasfontes naturais apresentam característicassirni lares, podendo portanto a identificação defontes preferenciais, de acordo comdisponibilidades locais 4

No entanto, um aspecto fundamental para aefetiva utilização da área específica para reforço éa individualização das partículas na matriz, oudispersão das mesmas. Este é ponto fundamentalpara a obtenção de um nanocompósito polímero -cerâmica, como já demonstrado paraargilominerais e nanoparticulados em geral 5. Nocaso específico de Si02, etapas de calcinaçãonormalmente levam à aglomeração do material,dificultando a redispersão - ainda que a áreasuperficial medida continue acessível 6. .

Tendo em vista a possibilidade de agregação devalor destas fontes de Si02 por meio da obtençãode nanocompósitos, faz-se necessário um estudosobre a morfologia e condição de dispersão dasnanoestruturas obtidas, para definição decondições de trabalho. Assim, um estudopreliminar sobre a obtenção de Si02 porcalcinação, a partir de fontes vegetais, foireal izado, observando-se o material obtido pormicroscopia eletrônica de transmissão. Osresultados indicaram tendência a pré-sinterizaçãodas nanoparticulas, dificultando a redispersão domaterial mesmo em condições interfaciaissatisfatórias. Resultados preliminares de dispersãodo material numa matriz polimérica indicam aaglomeração, sugerindo que a rota de calcinaçãonão seja a mais adequada para a obtenção de ummaterial de interesse para nanocompósitos. .

Materiais e métodos

Amostras pulverizadas de Cavalinha foramcalcinadas em forno mufla em ar, a 600°C / 6h. Osmateriais obtidos foram desagregados emalrnofariz e novamente desaglornerados emdispersão aquosa por ultrasorn pulsado (5 min).para caracterização em rnicroscopia eletronica detransmissão (Philips CM200, operando a 200 kV).Uma mistura 2% nano-sílica / 98 PMMA(OlDHAF, Resarbrás), em peso, foi feita nummisturador Rheornix 600 conectado a umreôrnetro de torque HAAKE a nODc / 50rpm por10 minutos, de onde foi extraído uma amostra porultrarnicrotomia para observação microscópica(Philips CM 200, operando a 120 kV).

Resultados e discussão

Figura 1. Imagens de MET de amostras de Si02

obtidas em diversos aumentos. a) Visão geral dosaglomerados; b) visão de nanopartícula isolada; c)nanopartículas pré-sinterizadas.

A Figura 1 mostra resultados da caracterização.Nota-se a formação de aglomerados rígidos daordem de 500 nm (Fig. Ia), que não foramdesestruturados mesmo em ultrascm pulsado. Aobservação em maior aumento (Fig. lb) mostraque os aglomerados são formados por partículas

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pnmanas da ordem de 30 - 50 nm, com altarugosidade superficial - o que justifica os altosvalores de área de superfície descritos na literaturapara materiais similares.

No entanto, ainda que as partículas tenham certaregularidade (aproximadamente esférica), apresença de empescoçamentos (Fig. lc) indica oinício de eventos de sinterização, ou seja, aformação de agregados rtgidos (quimicamenteligados) e, portanto, pouco friáveis.

)

b)Figura 2. Imagens de MET de amostras de Si02

incorporadas em PMMA. a) Visão geral (escala 111m);b) visão dos aglomerados (escala 200 nm).

Esta característica é também observada nos testespreliminares de dispersão do material na matriz dePMMA. A Figura 2 mostra uma visão geral dadispersão, onde notam-se aglomerados maioresque 100 nm, correspondendo à visão geral dosaglomerados. Considerando-se as condições dedispersão bastante agressivas, nota-se que oprocedimento de calcinação não é o maisadequado para obtenção de nanopartículas com oobjetivo de compor nanocompósitos. No entanto,

para outras aplicações, principalmente associadasà alta área de superfície (substratos para liberaçãocontrolada, substratos hidrofóbicos, etc) oprocedimento pode ser adequado.

Conclusões

Os resultados preliminares indicam que é possívelobter-se, por uma rota simples e de baixo custo(calcinação), Si02 nanométrico a partir de umafonte vegetal, no caso, a Cavalinha. No entanto, aocorrencia de eventos de pré-sinterização noprocesso de calcinação dificulta seu uso comoreforço em nanocompósitos poliméricos, peladificuldade de dispersão na matriz. Os resultadossugerem novos estudos sobre formas de extraçãoda sílica presente (ataque químico ou outros) e,também, novos estudos de aplicação dos materiaisobtidos pela rota de caIcinação, visto que a altaárea superficial aparentemente se mantém mesmoneste procedimento.

Referências

1 ANEEL. Atlas de Energia Elétrica doBrasil. [[S. 1.]: Agência Nacional de EnergiaElétrica, 2005.

2 REAL, c., ALCALA, M.D.; CRIADO,J.M .. J. Am. Ceramic Soc., [S. 1.], v. 79, n. 8,p. 2012-2016, 1996.

3 VALTCHEV, V.; SMAIHI, M.; FAUST,A.; VIDAL, L. Chem. Mater., [S. 1.], v. 16, n.7, p. 1350-1355, 2004.

4 WEINER, S.; ADDADI, L. J. Mater.Chem., «t, n. 5, p. 689-702, 1997.

5 VAIA, R.A.; GIANNELIS, EP. MRSBuli., [S. I.}, v. 26, n. 5, p. 394-401, 200l.

6 YALCIN, N.; SEVINC, V. Studies on silicaobtained from rice husk. Ceramics Int., [S.1.], v. 27, n. 2, p. 219-221 200l.

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