Caracterização de compósitos resina epóxi e filmes de celulose nanofibrilada (nanopaper)

Abstract

Com a crescente consciência ambiental, a sociedade tem demandado por produtos sustentáveis e direcionado o meio acadêmico e a indústria para o desenvolvimento e fornecimento de produtos sustentáveis de alta performance. Compósitos de nanocelulose atendem bem essa demanda. O presente trabalho visa o desenvolvimento de compósitos de alta performance mecânica, flexibilidade e transparência a partir de celulose nanofibrilada (CNF) e resina epóxi (EP). Foram preparados três tipos de filmes de CNF (nanopaper) cujos tratamentos os deferiram em termos de propriedade mecânica, densidade e porosidade. Os três tipos de nanopaper foram imersos em EP e curados com agentes de cura alifáticos e aromáticos, produzindo seis tipos de compósitos. Os três tipos de nanopaper e seis compósitos desenvolvidos foram submetidos a caracterização mecânica, física e morfológica. Foi avaliado também a efetividade de dois modelos matemáticos na previsão de propriedades mecânicas para estes compósitos, comparando-os aos resultados experimentais. Nanopaper com porosidade variando de 11 a 69% foram produzidas e incorporadas com sucesso em matrizes epóxi. Em termos de dados não normalizados, o incremento na resistência à tração foi até ~ 53% em comparação com a EP pura curada com amina alifática (44,2 para 67,6MPa) para compósito produzido a partir do nanopaper mais poroso (e de menores propriedades mecânicas). Não houve diferença significativa para resistência a tração entre os compósitos produzidos a partir dos nanopapers de menor porosidade (e demaior resistência a tração) e seus respectivos controles (EP 0% CNF). Os compósitos curados com aminas aromática tiveram reforço de até 91% sobre o módulo de elasticidade da EP (4,1 GPa para 7,9GPa). Para dados normalizados (25% de CNF), o incremento em resistência a tração e modulo de elasticidade foram de até 170% e 240%, respectivamente. Os modelos matemáticos mostraram-se mais eficientes na previsão de propriedade mecânicas para compósitos produzidos a partir dos nanopaper mais porosos, sendo a regra da mistura o modelo mais indicado. Verificou-se que a porosidade no nanopaper é mais importante que suas propriedades mecânicas no efeito de reforço no compósito. Os compósitos produzidos apresentaram boas propriedades mecânicas, flexibilidade e transparência, possuindo fração de até 52% de origem renovável.