Análise de materiais lenhinocelulósicos por Cromatografia gasosa de fase inversa

Abstract

O presente trabalho teve como objectivo a caracterização da superfície de materiais lenhinocelulósicos, nomeadamente pastas celulósicas de eucalipto e de Sugar Maple, através da técnica cromatográfica gasosa de fase inversa (IGC). Esta última é bastante utilizável para a determinação de parâmetros de superfície de diversos materiais, incluindo materiais cuja superfície não seja homogénea. A partir dos resultados desta técnica é possível prever a compatibilidade com um outro tipo de material, ou seja, na produção de compósitos, conhecendo, à partida, as propriedades dos materiais em estudo pela análise IGC. A metodologia IGC consiste em simplesmente fazer passar gases (fase móvel) com propriedades previamente conhecidas através de uma coluna que contém a amostra (fase estacionária) a analisar. Consoante a natureza dos gases injectados, apolares ou polares, é possível determinarem-se a componente dispersiva da energia de superfície da fase estacionária, isto é, devido a forças de London simplesmente, e parâmetros ácido-base. As amostras a caracterizar neste trabalho foram pastas kraft com índices kappa de aproximadamente 25 e 35, provenientes de madeira de eucalipto e Sugar Maple. Pretendeu-se avaliar a influência do processo de extracção prévia com água quente nas propriedades de superfície das amostras. Assim sendo, estudaram-se pastas obtidas com e sem extracção (controlo). Relativamente à componente dispersiva da energia de superfície, os valores desta para todas as pastas celulósicas não se mostraram muito variáveis, independentemente do índice kappa em questão. A componente dispersiva da energia livre de superfície das pastas Sugar Maple rondou a gama dos 34-37, enquanto que para o eucalipto se encontraram valores na gama dos 34-36. Houve uma tendência para o aumento deste parâmetro com a extracção, o que pode ser resultado da diminuição da quantidade de lenhina/extractáveis à superfície das pastas extraídas relativamente às de controlo. Pela análise IGC também se verificou que o carácter de todas as pastas é anfotérico, ou seja, tanto há sítios activos para formar ligações ácidas como básicas, visto que os trabalhos de adesão se demonstraram mais elevados para a prova acetona. No entanto, a sua superfície pode caracterizar-se como ácida de Lewis, na medida em que os trabalhos de adesão se apresentaram mais elevados para a prova básica tetrahidrofurano do que para a ácida triclorometano, para todas as pastas. Ou seja, a superfície das pastas celulósicas possui predominantemente capacidade para aceitar electrões dum outro tipo de material básico, formando assim ligações ácido-base. Os trabalhos de adesão com as provas polares apresentaram uma tendência geral de aumento ligeiro para as pastas extraídas. A excepção foram as pastas de eucalipto de kappa 25 (extraída versus controlo), em conformidade com o observado para os valores da componente dispersiva da energia de superfície.

The purpose of this work was the surface characterization of lignocelullosic materials, namely eucalypt celullosic pulps and Sugar Maple cellulosic pulps by inverse gas chromatography (IGC). This technique is very useful to evaluate several surface characteristics of different kind of materials, including materials with a non-homogeneous surface. With the results of this technique, it is possible to predict the compatibility with other type of material for the composites production. The IGC methodology consists in the injection of gases (mobile phase) with properties previously known through a column containing the sample (stationary phase) which will be analyzed. Depending on the nature of the injected gases, non-polar or polar, it´s possible to determine the dispersive component of the surface energy of the stationary phase, due to the London forces, and the acid-base parameters, respectively. The samples characterized in this work were eucalypt and sugar maple kraft pulps with a kappa number of approximately 25 and 35. The main objective was to evaluate the influence of a previous hot water extraction process on the samples´ surface properties. Therefore, pulps produced with and without extraction (control) were studied. The values of the dispersive component of the surface energy for cellulosic pulps did not vary too much, independently of the kappa number. The values obtained for the Sugar Maple pulps were within the range of 34-37 while for eucalypt pulps were around 34- 36. This parameter generally increased with the extraction, which could be the result of the lignin/extractives decrease at the surface of extracted pulps in comparison to the control pulps. By the IGC analysis it was confirmed that all pulps have an amphoteric character that is there are both active sites to form acidic and basic links, because the values of the work of adhesion were higher for the acetone probe. However, their surface is characterized as Lewis acid rather than basic, since the work of adhesion with basic probe, tetrahydrofuran, were higher than those with acid probe, trichloromethane, for all pulps. The works of adhesion with polar probes presented a general increasing trend for the extracted pulps. The exception were the eucalypt pulps of kappa 25 (extracted versus control), in conformity with the values of the dispersive component of the surface energy.