Extração de celulose com vista à produção de compostos antimicrobianos: síntese, caracterização e aplicações

Abstract

O processamento da celulose gera um grande volume de resíduos, com bilhões de toneladas de biomassa ao ano. A destinação destes, é uma das problemáticas ambientais que precisa ser tratada como um dos grandes desafios a serem solucionados. Em paralelo a isto, o emprego de recursos renováveis no desenvolvimento de novos materiais tem atraído a atenção de pesquisadores em todo o mundo, devido ao impacto ambiental a ser mitigado, a disponibilidade limitada de recursos naturais, o aumento da tecnologia empregada, e ainda a busca crescente por alternativas de recursos renováveis para aumentar a eficiência destas cadeias produtivas. Nesse contexto, devido à sua versatilidade química e estrutural, a celulose pode ser empregue para obtenção de novos materiais funcionais e inteligentes, pois a sua modificação química pode atribuir propriedades de interesse e ampliar sua aplicabilidade, de modo a inserir este recurso no contexto do desenvolvimento sustentável. Portanto, este projeto de dissertação objetivou o desenvolvimento de celulose modificada com propriedades antimicrobianas, sua síntese, caracterização e possíveis aplicações. Foram utilizados como pontos de partida para as reações químicas: celulose proveniente de resíduos (obtida e caracterizada neste trabalho), celulose regenerada, celulose comercial, nano-alfa celulose e carboximetilcelulose. Recorreu-se a três diferentes mecanismos de modificação química: esterificação para obtenção de aminocelulose, esterificação com recurso a lactamas e quaternização da celulose, a partir dos quais, foram obtidos dois derivados de celulose solúvel em água, um catiónico (16) e outro Zwitteriónico (36). As celuloses modificadas foram estudadas com o uso de técnicas de FTIR-ATR, análise elementar, análise termogravimétrica, espalhamento de luz eletroforética e ainda foi avaliada a capacidade antimicrobiana, que permitiram conhecer melhor a influência da modificação química nas propriedades da mesma. Este trabalho permitiu a obtenção de celulose microcristalina a partir de resíduos celulósicos e sua respetiva esterificação, com propriedades antimicrobianas.

Cellulose processing generates a large volume of waste, with billions of tons of biomass per year. The destination of these is one of the environmental problems that need to be addressed as one of the great challenges to be solved. In parallel to this, the use of renewable resources in the development of new materials has attracted the attention of researchers around the world, due to the environmental impact to be mitigated, the limited availability of natural resources, the increase in the technology used, and the growing search for alternative renewable resources to increase the efficiency of these production chains. In this context, due to its chemical and structural versatility, cellulose can be used to obtain new functional and intelligent materials, since its chemical modification can attribute properties of interest and expand its applicability, to insert this resource in the context of development sustainable. Therefore, this dissertation project aimed at the development of modified cellulose with antimicrobial properties, its synthesis, characterization, and possible applications. They were used as starting points for chemical reactions: cellulose from waste (obtained and characterized in this work), regenerated cellulose, commercial cellulose, nano-alpha cellulose and carboxymethyl cellulose. Three different chemical modification mechanisms were used: esterification to obtain aminocellulose, esterification using lactams and cellulose quaternization, from which two water-soluble cellulose derivatives were obtained, one cationic (16) and the other Zwitterionic (36). The modified celluloses were studied using techniques the FTIR-ATR, elemental analysis, thermogravimetric analysis, electrophoretic light scattering, and the antimicrobial capacity was also evaluated, which allowed a better understanding of the influence of chemical modification on its properties. This work made it possible to obtain microcrystalline cellulose from cellulosic residues and its respective esterification, with antimicrobial properties.