Isotérmicas de adsorção de água de materiais híbridos O/I à base de celulose

Abstract

As isotérmicas de adsorção de água têm utilização no estudo dos processos de secagem e armazenamento de variados produtos, especialmente na àrea alimentar, com o intuito de garantir a qualidade e a estabilidade do produto durante o seu armazenamento. Neste trabalho determinaram-se as isotérmicas de adsorção de àgua em novos materiais híbridos orgânicoinorg ânicos à base de celulose e sílica com o intuito de testar a sua viabilidade como material para embalagem. O trabalho consistiu na determinação experimental e modelação das isotérmicas de adsorção de água em híbridos celulose/sílica no intervalo de temperatura 10 a 40oC, através do método gravimétrico estático usando soluções de sais saturados. Concluiu-se que as isotérmicas são do tipo II e que o teor de humidade no equilíbrio (Xeq) aumenta com a humidade relativa do meio e diminui com a temperatura. Para efeitos de comparação determinaram-se as isotérmicas de adsorção em celulose e em híbridos com diferentes teores de sílica tendo-se concluído que, para a mesma temperatura e humidade, Xeq aumenta com a percentagem de sílica no híbrido. Testaram-se diversas equações de isotérmicas verificando-se que as mais adequadas eram as isotérmicas de Henderson e GAB, em toda a gama de humidade relativa, e a isotérmica de BET para humidade relativa inferior a 45%. Seleccionaram-se os modelos BET e GAB para um estudo mais aprofundado devido ao significado físico dos seus parâmetros. A área específica, determinada com base na capacidade de adsorção da monocamada, aumenta com o teor de sílica. Com base nos parâmetros C e K concluiu-se que a ligação das moléculas de água na monocamada é forte e que há adsorção em multicamada. O cálculo do calor isostérico de adsorção e da entropia de adsorção, para a celulose e para o híbrido com 34,9% de sílica, permitiu concluir que o híbrido é menos higroscópio e que as moléculas de água adsorvidas têm menor mobilidade comparativamente com a celulose. No conjunto, os resultados obtidos confirmam as vantagens do material híbrido celulose/sílica com 34,9% de sílica comparativamente com a celulose, no que concerne à adsorção de água, podendo propor-se a sua utilização como material de embalagem para armazenamento.

ABSTRACT: Moisture adsorption isotherms are useful for the study of drying and storing processes of various products, especially food products, to guarantee product quality and stability during storage. In this work water sorption isotherms of new cellulose based organic/inorganic hybrid materials were obtained with the aim of testing the viability of these materials for packaging. This work focused on the experimental determination and modeling of water adsorption isotherms in the temperature range of 10 to 40oC, using a static gravimetric method and saturated salts solutions. It was concluded that adsorption isotherms of cellulose/silica hybrids are type II isotherms and that the equilibrium moisture content (Xeq) increases with the relative humidity of the environment and decreases with temperature. For comparison, the adsorption isotherms of cellulose and hybrids with different levels of silica were obtained. It was concluded that for the same temperature and humidity Xeq increases with the percentage of silica. Among the several isotherm models tested Henderson and GAB isotherms were found to be the most appropriate in the full range of relative humidity. The BET isotherm was suitable for relative humidity lower than 45%. The BET and GAB models were selected for further study due to the physical significance of their parameters. The specific area, based on the adsorption capacity of the monolayer, increases with the level of silica. The values of C and K parameters enabled the conclusion that the bonding of water molecules in the monolayer is strong and multilayer adsorption occurs. The isosteric heat of adsorption and the adsorption entropy were calculated for cellulose and for cellulose/silica hybrid with 34.9% of silica. These results reveal that the hybrid is less hygroscopic than cellulose and that in the hybrid the adsorbed water molecules have less mobility when compared with cellulose. Overall, the results obtained for water adsorption confirm the advantages of cellulose/silica hybrids (34.9% of silica) as packaging materials for storage when compared with cellulose.