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  11.11.13

Qumica da celulose


Capacitação de pesquisadora na Alemanha e Finlândia traz novas competências ao Laboratório de Celulose e Papel


A química e pesquisadora assistente Daniela Colevati Ferreira, do Laboratório de Papel e Celulose, participou entre os meses de fevereiro e agosto de 2013 do Programa de Desenvolvimento e Capacitação no Exterior (PDCE) do IPT com o objetivo de estudar reações para obtenção de derivados de celulose e a aplicação de líquidos iônicos como solventes para a celulose. Os estágios financiados pela Fundação de Apoio ao IPT (Fipt) foram realizados na Universidade Friedrich Schiller, localizada na cidade alemã de Jena, e na Universidade Aalto, que fica na cidade de Espoo, na Finlândia.

O primeiro treinamento de três meses, entre fevereiro e maio, ocorreu na Alemanha no Centro de Excelência de Pesquisa em Polissacarídeos, que pertence ao Departamento de Química Orgânica e Química de Macromoléculas da universidade. Daniela teve a oportunidade de estagiar sob a orientação do professor Thomas Heinze, principal pesquisador no mundo em derivatização de celulose e colaborador em projetos de pesquisa de ‘química verde’ do Instituto de Química da Universidade de São Paulo (USP).

Daniela cursou os três primeiros meses do estágio na Universidade Friedrich Schiller, localizada na cidade alemã de Jena
 
“Meu treinamento na Alemanha foi voltado ao aprendizado da síntese de ésteres mistos de celulose. Esta competência não estava ainda presente no IPT, e na USP os estudos destes materiais não são voltados para a aplicação, mas sim para entender as suas características físico-químicas. Foram três meses em que aumentei meus conhecimentos sobre a química da celulose e sua reatividade”, explica a pesquisadora. Esta linha de ésteres está sendo bastante valorizada em pesquisas porque eles são empregados para obtenção de filmes altamente homogêneos de celulose, cuja aplicação inclui desde membranas de diálise até placas para imobilização de proteínas e enzimas usadas em sensores para diagnósticos médicos.

Os três meses na Alemanha também foram dedicados à participação em dois treinamentos oferecidos pela WiTec Instruments em equipamento de análise por espectroscopia Raman, técnica empregada pela pesquisadora como ferramenta em sua dissertação de mestrado sobre a caracterização de produtos de polimerização da anilina. Esta é uma técnica de espectroscopia vibracional complementar à espectroscopia de absorção no infravermelho e se baseia no espalhamento inelástico de luz monocromática.

Atualmente, o Laboratório de Corrosão e Proteção do IPT conta com um microscópio Raman da WiTec; devido à sua experiência, Daniela atua junto aos pesquisadores da unidade na obtenção e interpretação de resultados de interesse para ambos os laboratórios do Instituto, como análises de amostras de metais, a fim de verificar modificações na superfície, e na investigação em superfícies de papéis, incluindo estudo de camadas. “O próximo passo será a realização de um treinamento para transmitir a outros pesquisadores e técnicos do IPT os novos conhecimentos adquiridos do equipamento e do software”, completa ela.

Para aprofundar os conhecimentos sobre o controle de qualidade da impressão em papéis termossensíveis, Daniela conheceu ainda na Alemanha o processo fabril de duas plantas da Koehler Paper. As visitas foram importantes em função de o Laboratório de Papel e Celulose ter sido credenciado pelo Conselho Nacional de Política Fazendária (Confaz) para executar análises técnicas nestes tipos de papéis, os quais são adotados em sistemas de emissão de cupons fiscais (ECF) – hoje, a unidade do IPT é a única homologada em todo o Brasil para estes ensaios.

OPÇÃO AO PETRÓLEO – A Finlândia é atualmente o principal centro mundial de pesquisas em celulose e papel, e o setor de publicação e impressão representa cerca de 5% do total da atividade econômica do país. O estágio da pesquisadora entre os meses de maio e agosto foi feito na Universidade Aalto, localizada próxima à capital Helsinki – a instituição foi criada em 2008 a partir da fusão da Helsinki School of Economics, Helsinki University of Technology e University of Art and Design Helsinki.

Daniela passou os três meses de treinamento no Departamento de Tecnologia de Recursos Florestais sob a orientação de Herbert Sixta. A linha do trabalho do professor está voltada para pesquisas de biorrefinaria, uma das grandes promessas da utilização de celulose para fabricação de produtos obtidos atualmente a partir do petróleo. Como a celulose é insolúvel em água e também na maioria dos solventes orgânicos disponíveis no mercado, a manipulação da estrutura química de líquidos iônicos está permitindo a produção de fórmulas eficientes na dissolução de biopolímeros.

Equipamento usado para a síntese de líquido iônico, uma das competências estudadas pela pesquisadora na Universidade Aalto
 
“Esses líquidos iônicos nada mais são do que um sal que se funde a menos de 100ºC; é uma temperatura baixa e, portanto, não há necessidade de muita energia para fusão, como ocorre no caso de sais comuns”, explica ela. Entre outras vantagens, continua Daniela, eles são bastante estáveis, não são voláteis, podem ser recuperados e permitem a manipulação de modo a obter diferentes fórmulas com propriedades distintas.

Dois líquidos iônicos foram analisados durante o treinamento na Finlândia e, por conta de as fórmulas não serem comerciais, a pesquisadora estudou as etapas de síntese, caracterização e aplicação. A intenção era determinar quantitativamente o volume de celulose que os líquidos estudados eram capazes de dissolver – um estudo semelhante havia sido realizado na USP, mas os resultados obtidos eram apenas qualitativos. Para os estudos, a pesquisadora lançou mão de técnicas de caracterização da celulose como ressonância magnética, condutividade e microscopia óptica.

“Estes ensaios são importantes para compreender melhor a atuação dos solventes na dissolução: as reações são mais eficientes quando a celulose está em meio homogêneo, e os processos disponíveis no mercado executam a operação em meio heterogêneo, com altos custos e baixa reprodutibilidade”, explica a pesquisadora. Empregando-se o líquido iônico, etapas de preparação da celulose no método convencional não precisam ser executadas e isso gera uma redução de custos. “Além disso, é possível trabalhar em pressão ambiente e temperaturas menores do que 60ºC, e até mesmo em temperatura ambiente, o que diminui a demanda por energia”.

Os principais componentes das fibras vegetais são a celulose, a hemicelulose e a lignina. Estudos recentes apontam que alguns líquidos iônicos têm interações específicas com apenas um dos componentes e permitiriam uma separação seletiva. O isolamento de lignina das fibras vegetais, por exemplo, é difícil em razão das reações de condensação e oxidação que podem ocorrer durante o fracionamento e a purificação. “A lignina é um componente interessante para a biorrefinaria pela sua grande concentração de compostos aromáticos, os quais podem ser usados como substitutos de derivados do petróleo”, explica a pesquisadora, que também irá empregar as competências adquiridas nos dois países em sua tese de doutorado em andamento na USP.