Estudo da modificação estrutural da lignina via processo mecânico de ultrassonicação e aplicação em biofilme de MFC

Descrição

Esta pesquisa visa investigar a modificação estrutural da lignina Kraft de eucalipto e pinus por meio de processos mecânicos de redução de tamanho e sua posterior aplicação no desenvolvimento de biofilmes funcionais de celulose microfibrilada (MFC). A lignina, embora abundante como subproduto da indústria de papel e celulose, é subutilizada comercialmente, sendo majoritariamente queimada para geração de energia. O projeto busca valorizar esse biopolímero explorando suas propriedades intrínsecas, como a capacidade de absorção de radiação ultravioleta, resistência mecânica e hidrofobicidade. A metodologia foca em métodos mecânicos de redução de partículas, especificamente a ultrassonicação, por ser uma rota escalável e livres de solventes químicos. Dentro do processo de ultrassonicação, buscar-se-á estudar o tempo e a concentração ideal para uma redução do tamanho da lignina buscando tamanhos homogêneos. E a aplicação em um biofilme busca estudar a dispersão e a interação da lignina com a matriz polimérica de celulose, buscando a quantidade ideal de aditivação da lignina e os seus impactos no desempenho do filme. Os principais resultados esperados da aplicação dessas partículas em biofilmes de MFC incluem: (i) Proteção UV: estudar a incorporação de lignina e os ganhos que pode conferir aos filmes como barreira contra radiações nocivas; (ii) Propriedades Ópticas e Cor: entender o impacto da redução de tamanho na transparência e seus usos; (iii) Hidrofobicidade: estudar o impacto da adição de partículas de lignina a membrana polimérica e o seu impacto no aumento da resistência à água dos filmes; (iv) Dispersão: estudar o impacto da redução do tamanho da partícula de lignina na dispersão das partículas na membrana polimérica. Assim, o uso de processos mecânicos como a ultrassonicação se apresenta como uma estratégia viável e sustentável para funcionalizar biofilmes biodegradáveis. Esses materiais híbridos de lignina-celulose apresentam alto potencial para aplicações em embalagens de alimentos, revestimentos protetores e filmes agrícolas, contribuindo para a transição em direção a uma bioeconomia circular. Para a realização desse projeto serão utilizados ferramental analítico e recursos já disponíveis no Departamento de Produtos Florestais (DPF), no Instituto de Florestas (IF) da Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro (UFRRJ) oriundos de outros projetos de pesquisa já desenvolvidos e finalizados, como: 1) Infraestrutura disponível no Laboratório de Biorrefinaria Lignocelulósica (LBL) para a caracterização de biomassas e bioprodutos: a UFRRJ em seus Departamentos de Produtos Florestais e em Departamentos afins possui laboratórios dotados de equipamentos analíticos qualitativos e quantitativos tais como cromatografia liquida de alta performance (CLAE), cromatografia gasosa (CG), infravermelho, raio X, espectrofotômetro de absorção atômica e espectrofotômetro UV, além de equipamentos básicos de apoio a rotina laboratorial como balanças, estufas, pHmetros, etc.; (2) Laboratório de Papel e Celulose: O Laboratório de Papel e Celulose atende aos estudantes matriculados na disciplina IF 314 – Tecnologia de Papel e Celulose, estagiários e bolsistas. Atualmente, o referido laboratório conta com um digestor elétrico rotativo, um Refinador Bauer e uma Coluna Formadora TAPPI, além de outros equipamentos que também servem ao Laboratório de Energia da Madeira, tais como: estufa, muflas, balança digital, entre outros. Tendo por base a infraestrutura disponível, no Laboratório de Papel e Celulose há condições de serem conduzidos trabalhos de pesquisa dentro das seguintes linhas: polpação de matérias-primas lignocelulósicas, análise qualitativa e quantitativa de pastas celulósicas, branqueamento de pastas celulósicas, tingimento e destintamento de pastas celulósicas, produção de papéis isotrópicos, consórcio de fibras, análise dos efeitos de cargas e aditivos, reciclagem de papel, etc.; (3) Laboratório de Biotecnologia da Madeira: No Laboratório de Biotecnologia da Madeira são desenvolvidas pesquisas avançadas em biotecnologia aplicada ao estudo da madeira e seus componentes químicos, bioquímicos e estruturais. O laboratório oferece suporte aos professores, alunos de graduação e pós-graduação vinculados ao Departamento de Produtos Florestais em projetos de iniciação científica, mestrado e doutorado.