Modificação química dos polissacarídeos da madeira com iões inorgânicos

Abstract

A madeira e os seus derivados são materiais usados em grande escala e com uma enorme diversidade de aplicações. O uso destes materiais implica quase sempre o uso de preservantes. Compostos de boro são bastante usados em formulaçóes de preservantes da madeira e seus derivados com o intuito de protegê-la da degradação biológica e de aumentar a sua resistência ao fogo. A coordenação do alumínio a macromoléculas do tipo das existentes na madeira e seus derivados tem aplicações no fabrico do papel e na indústria têxtil, com o fim de aumentar a resistência e a impermeabilidade daqueles materiais. O objectivo primeiro deste trabalho foi o de estudar a interacção entre os polissacarídeos da madeira com o boro e o alumínio. Entre os componentes da madeira a escolha recaiu sobre os polissacarídeos, visto existirem indícios de que a interacção entre o boro e o alumínio se da preferencialmente com aquele tipo de macromoléculas. O trabalho iniciou-se pelo estudo de alguns sistemas metal / amina (ião metálico: Cd2', zn2' e AI"). O interesse nestes sistemas prendeu-se com o sew uso como solventes da celulose e pelo facto de se supor que, durante o processo de dissolução, se forma um complexo do tipo ião metálico I polissacarídeo. Tentou-se isolar o possível complexo usando a técnica de secagem a frio, pois era a que nos garantia a obtenção do sólido sofrendo o mínimo de interacções após a sua formaçáo. Contudo, esta técnica revelou-se bastante morosa, chegando-se mesmo a atingir tempos de secagem superiores a 50h sem se conseguir isolar o sólido. Devido a estes problemas o estudo destes sistemas foi abandonado. No processo de extracção das hemiceluloses da madeira com soluções aquosas alcalinas é comum adicionar-se a estas uma solução aquosa de ácido órico. Sabe-se que o ácido bórico beneficia o processo de extracção destes polissacarídeos mas não se tem dado grande valor ao seu modo de acção, admitindo-se que após a extracção, o boro é facilmente removido dos produtos pela sua lavagem. Foi realizada a extracção das hemiceluloses da madeira com ácido bórico. As hemiceluloses obtidas foram caracterizadas por FTIR e por RMN de sólidos de 1 I B. O teor de boro nas hemiceluloses foi determinado por ICP. Os resultados obtidos indicam que o borosefixa quimicamente as hemiceluloses da madeira através da formação de complexos com os grupos hidroxilo. Este tipo de complexos permanece no produto após a sua lavagem. Fizeram-se reagir vários polissacarídeos extraídos da madeira ou representativos destes com soluções de ácido bórico. As várias reacções foram realizadas a valores de pH ácido e alcalino. Nestas reacções foi variado o tempo de reacção e a proporção molar boro I polissacarídeo. 0s produtos finais foram caracterizados por ICP, FTIR e por RMN de sólidos de "6. Os resultados obtidos apontam para que haja uma interacção química entre o . boro e os polissacarídeos estudados, nomeadamente a celulose, embora em pequena escala. Não se obtiveram grandes diferenças entre os resultados obtidos em meio ácido e em meio alcalino. Utilizou-se o mesmo tipo de procedimento que no caso acima para provocar a interacção entre polissacarídeos e um composto de alumínio (sulfato de alumínio). No caso do alumínio, os resultados apontam para uma maior fixação com I polissacarídeos carboxilados, nomeadamente a oxicelulose. Neste caso verificou-se que a reacção com o ião [AI(OH),]' (pH alcalino) é ligeiramente favorecida em relação a reacção com a espécie [AI(H20) s]3'(pH ácido). Os resultados obtidos abrem novas perspectivas para a modificação química de fibfas celulósicas com iões inorgânicos para a produção de novos materiais.

Wood and wood derivatives are materials largely used and with a multiplicity of applications. Almost always, the use of these materials implies the use of preservatives. Boron compounds are fairly used in wood preservative formulations, with the aim of protecting them from biological debasement and increasing its fire retardancy. The coordination of aluminium to macromolecules existent in wood and wood derivatives, has got applications in paper manufacturing and textile industry, with the purpose of increasing the resistance and water repellency of those materials. This works first purpose was to study the interaction between. wood.and polysaccharides with boron and aluminium. Among wood components our choice was the polysaccharides, for there were hints that the interaction between boron and aluminium preferably takes place with that type of macromolecules. . The work began by the study of some metal I amine systems (metallic ion. cd2', zn2' e AI"). The interest in those systems is related to thaic.us-e- as cellulose solvents and because we thought that, during the dissolution process a type of metallic ion I polysaccharide complex is formed. We tried to isolated the possible complex using the freeze drying, because it was the guarantee of the obtaining of the solid, by suffering the minimum of interactions after is formation. However, this technique has revealed not to be very quick and we have even take over 50 hours of drying time without being able to isolate the solid. Dew to all these problems we abandoned these studies. In the process of wood hemicelluloses extraction with aqueous alkali solutions it is common to add an aqueous acid boric solution. We know that boric acid benefices these polysaccharides process of extraction, but scientists haven't been taken such attention to the great value of its boron action, if we adrnit that after boron extraction it is easily rernoved after its washing. We extracted the wood hernicelluloses with boric acid. 'The obiained hernicelluloses were characterised by FTlR and by NMR of solids of "B. The arnount of boron in the hernicelluloses was deterrnined by ICP. The obtained results indicate that, through the formation of complexes with the hidroxyl groups, boron has a chemical fixation process ti the wood hernicelluloses. This type of cornplexes rernains in the product afier its washing. We rnade some wood and wood rnodel polysaccharidesreact with boric acid solutions. The varied reactions were rnaid with acid and alkali pH values. In these reactions we varied the time of reaction and the molar ratio boron 1 polysaccharide. The final products point to the fact, even in a low scale, there is a chemical interaction between studied boron and polysaccharides, narnely cellulose. We didn't get great differences between the obtained results in acid medium and in alkali rnedium. We used the sarne type of procedure as we did in the exarnple bellow to rnake . . the interaction between polysaccharides and aluminium (alurniniurn sulphate) happen. In alurniniurn's case, the results point to the fact that there is a larger fixation with carboxylated polysaccharides, namely with oxycellulose. In this case we verified that the reaction with the [AI(OH)4]- ( alkali pH) is slightly favoured in relation to the species [AI(H20) (acid pH) The obtained results open new perspectives to the chemical rnodification of cellulose fibres with inorganic ions, to the production of new rnaterials.