Pesquisadores suecos desenvolvem estratégias para solubilização da celulose

Elton Alisson | Agência FAPESP – Material natural mais abundante na Terra e usado como matéria-prima para fabricação de papel, a celulose tem sido subutilizada como insumo em processos químicos. Uma das razões para isso é que muitas das aplicações químicas da celulose envolvem sua dissolução, e o polímero é insolúvel em água e em muitos solventes orgânicos (substâncias solubilizantes).

A fim de tentar romper essa barreira, Björn Lindman, professor do Departamento de Físico-Química da Lund University, na Suécia, tem se dedicado nos últimos anos a avançar no conhecimento e desenvolver estratégias que possibilitem a solubilização da celulose.

Alguns dos resultados mais recentes de suas pesquisas foram apresentados no dia 31 de outubro, durante palestra na Escola São Paulo de Ciência Avançada (ESPCA) sobre Coloides.

Apoiado pela FAPESP, na modalidade Escola São Paulo de Ciência Avançada (ESPCA), o evento foi realizado no início de novembro na Universidade Estadual de Campinas (Unicamp) e no Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM), com atividades no Instituto de Química da Universidade de São Paulo (USP). O encontro teve a participação de 94 estudantes de pós-graduação e jovens pesquisadores, sendo 52 deles brasileiros e 42 estrangeiros.

“O avanço no conhecimento e o desenvolvimento de estratégias para dissolução da celulose permitiram melhorar a utilização do material em aplicações como regeneração de fibras de celulose, promover reações químicas homogêneas voltadas ao desenvolvimento de materiais ‘verdes’ e produtos químicos e o desenvolvimento de materiais compósitos [combinação de materiais diferentes], como nanocelulose e revestimentos”, disse Lindman.

De acordo com o pesquisador, uma das explicações encontradas na literatura para a insolubilidade da celulose na água é a capacidade do polímero formar muitas e fortes ligações de hidrogênio intra e intermoleculares.

Essa explicação sugere que a chave para a solução desse problema da solubilidade da celulose seria identificar um solvente que possa destruir efetivamente as ligações de hidrogênio entre cadeias na celulose.

A quebra das ligações de hidrogênio intra e intermoleculares da celulose, contudo, leva à formação de ligações de hidrogênio entre celulose e água, que são tão fortes quanto as primeiras, de acordo com Lindman.

“Isso nos leva à conclusão de que as ligações de hidrogênio entre cadeias na celulose não são a força motriz e não explicam a baixa solubilidade aquosa do polímero. Outros fatores podem estar envolvidos”, disse.

Ao estudar as interações intermoleculares da celulose e os mecanismos de dissolução do polímero, o pesquisador, em colaboração com colegas da Universidade de Algarve, em Portugal, observou que a celulose é significativamente anfifílica – apresenta uma região polar ou hidrofílica (que se dissolve na água) e outra apolar ou hidrofóbica (que não se dissolve na água).

“Constatamos que as interações hidrofóbicas da celulose desempenham um papel significativo na estrutura cristalina e são importantes para explicar a baixa solubilidade aquosa do material”, disse Lindman.

A partir de análises da estrutura de cristais de celulose, eles verificaram que, devido à ligação de hidrogênio intra e intermolecular, há uma formação de fitas bastante planas no material, com lados que diferem acentuadamente em sua polaridade.

Os lados hidrofóbicos teriam uma grande tendência de se manterem uns nos outros em um ambiente aquoso, contribuindo para a baixa solubilidade da celulose.

Com base nessas constatações, os pesquisadores estimaram que a solubilidade da celulose seria facilitada em solventes que também são anfifílicos, ou seja, têm partes polares e não polares, como eletrólitos com um íon altamente polarizável e N-óxido de N-metilmorfolina (NMMO).

Compostos cossolutos (que também se dissolvem), como a ureia e seus derivados e o polietilenoglicol, que têm a tendência de enfraquecer interações hidrofílicas, e outros surfactantes (substâncias anfifílicas) também podem contribuir para promover a solubilidade aquosa da celulose, estimaram os pesquisadores.

“Essas descobertas abriram as portas para o desenvolvimento de estratégias para dissolução da celulose diferentes das baseadas em quebrar as pontes de hidrogênio para induzir ou aumentar a solubilidade do material”, disse Lindman.

Para ler a reportagem completa acesse http://agencia.fapesp.br/29130/.