Desenvolvimento de espumas de poliuretano reforçadas com fibras de resíduo de guaraná (Paullinia cupana) com atividade antimicrobiana

Abstract

RESUMO: O poliuretano é um material versátil e amplamente utilizado em diversas indústrias, como construção civil, automotiva, moveleira e calçadista. Caracteriza-se pela sua resistência, durabilidade, flexibilidade e leveza, além de ser um excelente isolante térmico e acústico, principalmente na forma de espumas de poliuretano (EPU). No entanto, o descarte de EPU apresenta desafios, pois leva aproximadamente trinta anos para começar a se degradar e libera monóxido de carbono no meio ambiente quando queimada. Este estudo teve como objetivo explorar o efeito da substituição do polietileno glicol (PEG), principal poliol na composição da EPU, por fibras naturais do resíduo do guaraná, bem como investigar a incorporação de agentes antimicrobianos nas espumas, comparando dois materiais com propriedades antimicrobianas distintas: nanopartículas de prata (NPAgs) e nanoquitosana (NQ). A substituição do PEG por fibras de resíduo de guaraná foi realizada em porcentagens de 5% em 5% (em massa) de fibras, até onde foi possível, 25% para espumas com resíduo de guaraná sem tratamento e 30% para espumas com fibra de resíduo tratado. As fibras do resíduo de guaraná foram caracterizadas quanto às suas propriedades físico-químicas e morfológicas (MEV, FTIR, DSC, TG, DRX). As espumas foram analisadas quanto às propriedades mecânicas (módulo de elasticidade, resiliência e resistência à compressão permanente). Os agentes antimicrobianos (NPAgs, NQ) foram aplicados nas fibras para posterior síntese das EPUs, sendo utilizados apenas na espuma que apresentou propriedades mais próximas às da espuma pura. As EPUs com fibras tratadas mostraram uma maior capacidade de receber uma carga de fibra, alcançando maiores porcentagens de substituição, atingindo a substituição de 35%. As EPUs com aplicação de agentes antimicrobianos (NPAgs, NQ) apresentaram excelentes resultados contra todos os microrganismos testados, quando utilizadas nanopartículas de prata como agente, demonstrando ação microbicida para fungos e bactérias. No caso das nanopartículas de quitosana, não foi observado o mesmo. Nenhuma das amostras de EPU apresentou citotoxicidade nas células analisadas, indicando a ausência de risco em contato com seres vivos. As EPUs com substituição por fibra de resíduo de guaraná demonstraram excelentes resultados como uma alternativa à utilização de EPU pura, uma vez que mantiveram as propriedades mecânicas, reduziram custos com material polimérico e tornaram o produto mais ambientalmente amigável. Além disso, a utilização de agentes antimicrobianos mostrou-se uma ótima opção para inibir a proliferação de microrganismos.

RESUMO: A busca por soluções sustentáveis tem impulsionado pesquisas que visam o reaproveitamento de resíduos industriais para reduzir o impacto ambiental e promover a economia circular. Neste contexto, este trabalho investiga a produção e caracterização de compósitos de polipropileno (PP) reforçados com fibras de resíduo de guaraná, um subproduto da indústria de extração de aromas, que normalmente seria descartado, contribuindo para a redução do impacto ambiental. As fibras foram utilizadas em duas condições: sem tratamento e após um tratamento alcalino de mercerização. A influência do teor de fibra (10, 15 e 20%) e do tratamento químico nas propriedades mecânicas dos compósitos foi avaliada por meio de um planejamento estatístico fatorial 2². A formulação com 12,3% de fibra sem tratamento foi obtida após a otimização dos resultados, maximizando as propriedades e a porcentagem de fibra no compósito. Os resultados apontaram que o tratamento químico não teve uma influência significativa nas propriedades e por esse motivo as fibras sem tratamento foram escolhidas para produzir o ponto ótimo, reduzindo um processo na produção dos compósitos. Os resultados demonstraram que a adição de fibras manteve a rigidez e o limite de resistência à tração dos compósitos praticamente inalterados, com o módulo elástico atingindo 70,1 MPa e 22,6 MPa, respectivamente. A resistência ao impacto reduziu em relação ao material de referência, atingindo 66,9 J/m. A resistência à flexão permaneceu estável, em torno de 32,1 MPa, e a absorção de água foi baixa, inferior a 0,1%, mesmo com a presença da fibra. A formulação otimizada foi utilizada na injeção de tampas plásticas para embalagens de cosméticos. Durante os testes industriais, observou-se a necessidade de reduzir a concentração de fibra para 6,15%, evitando degradação térmica durante o processo de conformação. O material final manteve as propriedades dimensionais dentro das tolerâncias exigidas, demonstrando viabilidade para aplicações comerciais. Os resultados indicam que a incorporação de fibras de resíduo de guaraná pode representar uma alternativa sustentável e eficiente para o desenvolvimento de novos materiais poliméricos reforçados, conciliando desempenho mecânico e viabilidade industrial