avaliacao_da_utilizacao_da_casca_de_cafe_para_a_producao_de_um_derivado_celulosico_lorena_huebra

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO 
CENTRO UNIVERSITÁRIO NORTE DO ESPÍRITO SANTO 
DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS NATURAIS 
 
 
 
 
 
 
AVALIAÇÃO DA UTILIZAÇÃO DA CASCA DE CAFÉ PARA A 
PRODUÇÃO DE UM DERIVADO CELULÓSICO 
 
 
Lorena da Silva Huebra 
 
 
 
Monografia de Conclusão de Curso 
 
 
 
São Mateus – ES 
2016 
 
 
Lorena da Silva Huebra 
 
 
AVALIAÇÃO DA UTILIZAÇÃO DA CASCA DE CAFÉ PARA A 
PRODUÇÃO DE UM DERIVADO CELULÓSICO 
 
 
 
 
Monografia apresentada ao Departamento de 
Ciências Naturais – DCN-CEUNES, Universidade 
Federal do Espírito Santo, como parte dos 
requisitos para obtenção do título de Licenciado 
em Química. 
 
Orientadora: Profª. Drª. Carla da Silva Meireles. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
São Mateus – ES 
2016 
 
 
 
Lorena da Silva Huebra 
 
 
 
AVALIAÇÃO DA UTILIZAÇÃO DA CASCA DE CAFÉ PARA A 
PRODUÇÃO DE UM DERIVADO CELULÓSICO 
 
Monografia apresentada ao Departamento 
de Ciências Naturais – DCN-CEUNES, 
Universidade Federal do Espírito Santo, 
como parte dos requisitos para obtenção do 
título de Licenciado em Química. 
 
 
 São Mateus, 15 de junho de 2016. 
 
 
 
 
BANCA EXAMINADORA 
 
_____________________________________________________ 
Profª. Drª. Carla da Silva Meireles – DCN – CEUNES (Orientadora) 
 
 
_____________________________________________________ 
Profª. Drª. Christiane Mapheu Nogueira – DCN - CEUNES 
 
_____________________________________________________ 
Prof. Dr. Cleocir José Dalmaschio – DCN - CEUNES 
 
 
São Mateus – ES 
2016 
 
 
Agradecimentos 
 
Agradeço primeiramente a Deus que em todos os momentos esteve olhando por mim 
me dando forças, me protegendo e agindo em diversas situações, onde mesmo sem eu 
entender, foram as melhores coisas que poderiam ter me acontecido. 
Agradeço aos meus pais José e Marlene por todo apoio e todo o esforço que fizeram e 
ainda fazem para a realização do meu grande sonho. Agradeço por todas as palavras 
amigas, conselhos, sempre me incentivando e vivenciando minhas angústias, alegrias, 
tristezas e vitórias. Um agradecimento especial à minha mãe que sempre esteve presente 
em todos os meus momentos escolares, assistindo na primeira fila e fazendo quase que o 
impossível em meio a tantas dificuldades. Ao meu pai, por todas as vezes em que me 
disse: “Você vai conseguir!” e por isso hoje eu posso dizer que consegui! 
Aos meus irmãos Laís e Luan por todo o carinho e por sempre me alegrarem se 
tornando os meus maiores companheiros e amigos de uma vida inteira. Ao meu irmão 
Hernane e pelas lindas sobrinhas que me presenteou, Lauren Alice e Mariana. 
Agradeço ao meu avô Gabino pelo incentivo, pela ajuda e por se manter sempre por 
perto. Agradeço cada lágrima em minhas chegadas e partidas em cada visita. 
Ao meu namorado Iago por toda alegria que me proporcionou, por todo 
companheirismo, amizade e todo o amor. Agradeço todas as palavras de incentivo à 
vida e cada abraço em cada lágrima e por toda a paciência. Agradeço porque nem em 
meio à nossa distância, ele se fez ausente, e mesmo em outro país me ajudou com meus 
estudos, me acalmou e me consolou. Agradeço por ter me feito diferente, me mostrando 
o meu melhor e me ensinando que a cada dia podemos recomeçar e que sempre poderei 
contar com seu carinho. Obrigada por toda compreensão. Aos seus pais Odília e Ismael 
por todo companheirismo e carinho. 
Agradeço à minha orientadora Carla da Silva Meireles por todos os ensinamentos 
durante a realização desse trabalho e principalmente pelo aprendizado como profissional 
e exemplo a ser seguido. 
Ao professor Breno Nonato de Melo por toda disponibilidade em ajudar em certas 
eventualidades no decorrer do curso, agradeço por toda colaboração. 
Aos professores Clara Casotti e Jair Miranda de Paiva por me ensinarem a ser um ser 
humano mais humano contribuindo significativamente para minha formação acadêmica 
e pessoal. 
A todos que contribuíram de alguma forma para o desenvolvimento deste trabalho e 
para minha formação acadêmica me dando forças para seguir em frente e buscar sempre 
o meu melhor e todos aqueles que disseram que um dia não seria possível esse sonho, 
hoje eu agradeço, pois foi em cada uma dessas palavras que surgiam forças quando eu 
achei que não seria mais possível. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
“Gostaria que você soubesse que existe dentro de si uma força capaz de mudar sua vida, 
basta que você lute e aguarde um novo amanhecer.” 
Margaret Thatcher 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SUMÁRIO 
 
1. INTRODUÇÃO ....................................................................................................... 1 
1.1. Casca de Café ..................................................................................................... 1 
1.2. Lignina ............................................................................................................... 5 
1.3. Hemiceluloses .................................................................................................... 7 
1.4. Celulose ............................................................................................................. 9 
1.5. Separação dos constituintes da casca do café .................................................. 11 
1.6. Acetato de Celulose ......................................................................................... 14 
2. OBJETIVO ............................................................................................................ 17 
2.1. Objetivo Geral .................................................................................................. 17 
2.2. Objetivos Específicos ...................................................................................... 17 
3. METODOLOGIA ................................................................................................. 18 
3.1. Caracterização da Matéria Prima in natura ..................................................... 18 
3.2. Deslignificação da casca de café...................................................................... 19 
3.3. Caracterização da casca de café deslignificada ............................................... 20 
3.4. Reação de Acetilação ....................................................................................... 20 
3.5. Caracterização dos materiais ........................................................................... 21 
3.5.1. Determinação do grau de substituição ..................................................... 21 
3.5.2. Espectroscopia na região do Infravermelho ............................................ 22 
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO .......................................................................... 23 
4.1. Caracterização da matéria prima ...................................................................... 23 
4.2. Caracterização do material deslignificado ....................................................... 24 
4.3. Reação de Acetilação e Caracterização do material produzido ....................... 28 
5. CONCLUSÃO ....................................................................................................... 36 
6. SUGESTÃO PARA PRÓXIMAS ETAPAS ....................................................... 36 
7. REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA..................................................................... 37 
 
 
 
 
 
 
LISTA DE FIGURAS 
 
Figura 1: Mapeamento de café do Espírito Santo (CONAB, 2015)................................ 3 
Figura 2: Corte Longitudinal de um grão de café (AVALLONE, 2000)......................... 3 
Figura 3: Estrutura de uma fibra vegetal. A imagem MEV se refere à fibra de Eucalipto 
(SILVA et al., 2009)..........................................................................................................5 
Figura 4: Unidades precursoras da lignina: (H) p-hidroxifenila, (G) guaiacila e (S) 
siringila (BUDZIAK, 2004).............................................................................................. 6 
Figura 5: Estrutura proposta para a macromolécula de lignina de Eucalyptus grandis. 
(Adaptado SANTOS et al., 2012)......................................................................................7 
Figura 6: Açúcares que compõem as unidades de hemiceluloses (MORAIS, 2005).......8 
Figura 7: Esquema da estrutura de uma biomassa lignocelulósica. Adaptado de 
(SANTOS et al., 2012)...................................................................................................... 9 
Figura 8: Ligações de hidrogênio intra e intermolecular na celulose (SANTOS, 2012). 
..................................................................... ................................................................... 10 
Figura 9: Representação da cadeia linear da celulose, formada por unidades de 
celobiose onde as hidroxilas livres são indicadas. Adaptado de (RIBEIRO, 2013)........ 11 
Figura 10: Esquema das transformações sofridas pela biomassa lignocelulósica durante 
pré-tratamento. Adaptado de (MOSIER et al., 2005). .................................................... 12 
Figura 11: Componentes obtidos da lignina. Adaptado de (SCHUCHARDT, 2001)....13 
Figura 12: Componentes obtidos da hemicelulose. Adaptado de (SCHUCHARDT, 
2001). ..................................................................... ....................................................... 13 
Figura 13: Componentes obtidos da celulose. Adaptado de (SCHUCHARDT, 2001)..14 
Figura 14: Reação de acetilação com produção do triacetato de celulose (MEIRELES, 
2010). .............................................................................................................................. 16 
Figura 15: (A) Casca de Café in natura antes do tratamento em NaOH; (B) Casca de 
Café sendo tratada em NaOH 4% e (C) Material obtido após tratamento alcalino........ 24 
Figura 16: Espectro na região do infravermelho da casca de café tratada em NaOH (A) 
e da casca de café in natura (B). ................................................................................... 25 
Figura 17: Espectro na região do Infravermelho para P1 (A), P2 (B) e P3 (C)............... 26 
Figura 18: Aspecto visual dos materiais obtidos após (A) P1, (B) P2 e (C) P3 indicando 
mudança na composição pela diferença na coloração. ................................................... 27 
Figura 19: Mecanismo proposto para acetilação da celulose ....................................... 28 
Figura 20: (A) Acetilação do material P1; (B) Acetilação do material P2 e (C) 
Acetilação do material P3; todas para o tempo de 24 horas de reação............................ 29 
Figura 21: Materiais acetilados P1, P2 e P3 no tempo de 14 horas................................. 30 
Figura 22: Espectro na região do Infravermelho para o material acetilado (A) 14horas e 
(B) 24 horas..................................................................................................................... 30 
Figura 23: Mecanismo proposto para a reação de saponificação do acetato de celulose 
(MEIRELES et al., 2007)................................................................................................ 32 
Figura 24: Aspecto visual das soluções em diclorometano............................................34 
Figura 25: Filmes obtidos das soluções P1, P2 e P3........................................................ 35 
 
 
 
LISTA DE TABELAS 
 
 
Tabela 1: Distribuição e Participação de área produção de café no Espírito Santo ........ 2 
Tabela 2: Porcentagem dos constituintes da Casca de Café in natura .......................... 23 
Tabela 3: Atribuições das bandas dos espectros de infravermelho para a casca de café 
in natura ......................................................................................................................... 26 
Tabela 4: Teor de lignina Klason para P1, P2 e P3 ......................................................... 27 
Tabela 5: Teor de Celulose e hemicelulose para P1, P2 e P3.......................................... 28 
Tabela 6: Principais bandas no Infravermelho do Acetato de Celulose ........................ 31 
Tabela 7: Resultados obtidos para determinação de %GA e GS do P114 ..................... 33 
Tabela 8: Resultados obtidos para determinação de %GA e GS do P124 .................... 33 
Tabela 9: Resultados obtidos para determinação %GA e GS do P214 .......................... 33 
Tabela 10: %GA e GS do acetato de celulose P224 ...................................................... 33 
Tabela 11: Resultados obtidos para determinação de %GA e GS do P314 .................. 34 
Tabela 12: Resultados obtidos para determinação de %GA e GS do P324 ................... 34 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS 
 
 
%GA – Porcentagem de Grupos Acetila 
AC – Acetato de Celulose 
DAC – Diacetato de Celulose 
FTIR – Infravermelho com Transformada de Fourrier 
GS – Grau de Substituição 
MEV – Microscopia Eletrônica de Varredura 
P1 – purificação com 1 refluxo 
P2 – purificação com 2 refluxos 
P3 – purificação com 3 refluxos 
TAC – Triacetato de Celulose 
TAC14 – Triacetato de Celulose com 14 horas de reação 
TAC24 – Triacetato de Celulose com 24 horas de reação 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
RESUMO 
 
O presente trabalho apresenta um estudo do potencial de utilização da casca de café para 
produção de um derivado celulósico. O resíduo, proveniente da região de São Mateus – 
ES apresentou possibilidade de utilização para produzir novos materiais devido a sua 
constituição lignocelulósica. A casca de café in natura foi submetida a uma 
caracterização quanto à sua constituição para conhecimento principalmente de seus 
componentes majoritários como celulose, lignina e hemiceluloses. O isolamento da 
celulose foi feito com um pré-tratamento inicial do material em meio alcalino (NaOH 1 
mol.L
-1
) e posterior deslignificação em solução de ácido nítrico em etanol (20/80) em 
diferentes tempos de reação (P1, P2 e P3). Os materiais provenientes dos procedimentos 
realizados foram caracterizados por determinação do teor de lignina pelo método 
Klason, onde o material P3 apresentou o mais baixo teor de lignina, cerca de 2,38% 
enquanto P1 e P2 apresentaram 24,56% e 11,13% respectivamente. Os materiais foram 
acetilados e caracterizados por espectroscopia na região do infravermelho e 
determinação do seu grau de substituição. Todos os materiais apresentaram 
características de materiais acetilados e GS dentro da faixa esperada para materiais 
triacetilados. Apenas o material P3 acetilado apresentou solubilidade em diclorometano 
(solvente típico para este derivado celulósico). Os materiais obtidos em P1 e P2 
apresentaram aspecto fibroso ao final da reação de acetilação que se deve ao teor de 
lignina remanescente que dificulta o acesso a cadeias de celulose, tornando a acetilação 
dos grupos hidroxila pouco efetiva e heterogênea ao longo das cadeias de celulose, o 
contrário do que ocorre em P3. Apesar disso, todos os materiais apresentaram potencial 
para serem avaliados para aplicação em produção de membranas para processos de 
separação. 
 
 
 
Palavras-chave: Casca de Café, Reciclagem, Acetato de celulose. 
 
 
 
 
 
ABSTRACT 
 
This work presents a study of the potential use of coffee husk for the production of a 
cellulose derivative. The residue from the region of São Mateus - ES presented the 
possibility of using to produce new materials due to its constitution lignocellulosic. The 
in natura coffee husk was subjected to a characterization as to its constitution to 
knowledge especially of its major components such as cellulose, lignin and 
hemicellulose. The isolation of thecellulose was made with an initial pre-treatment of 
the material in an alkaline environment (NaOH 1 mol L
-1
) and subsequent 
delignification in nitric acid solution in ethanol (20/80) at different reaction times (P1, 
P2 and P3). The materials from the procedures were characterized by determining the 
content of lignin by Klason method where P3 material showed the lowest content of 
lignin, about 2.38%, while P1 and P2 showed 24.56% and 11.13% respectively. The 
materials were acetylated and characterized by spectroscopy in the infrared region and 
determination of its degree of substitution. All materials showed characteristics of 
acetylated materials and GS within the expected range for triacetylated materials. Only 
P3 acetylated material showed solubility in dichloromethane (typical solvent for this 
cellulose derivative). The materials obtained in P1 and P2 showed fibrous appearance at 
the end of the reaction, which is due to remaining lignin content that difficults the 
access to cellulose chains, making the acetylation of the hydroxyl groups less effective 
and heterogeneous along the cellulose chains, otherwise that occurs in P3. Nevertheless, 
all materials have potential for being evaluated for use in the production of membranes 
for separation processes. 
 
 
 
 
Keywords: Coffee husk, recycling, cellulose acetate. 
1 
 
1. INTRODUÇÃO 
 
1.1.Casca de Café 
 
 No Brasil, a variedade Conilon - Coffea canephora - foi introduzida no Estado do 
Espírito Santo por volta de 1912, com as primeiras sementes plantadas no município de 
Cachoeiro de Itapemirim, sendo posteriormente levada para região norte do Estado 
(FONSECA, 1999) e o nome “conilon” é originário exclusivamente da variedade 
Kouillou ou Qouillou onde as letras “k” ou “Q” e “U” foram substituídas por “C” e “N” 
respectivamente, com a redução da letra “I” (FAZUOLI, 1986). 
A expansão da cafeicultura foi rápida, e logo já era notável a importância da 
cultura no setor econômico capixaba (TAUNAY, 1939). Desse modo, o Estado do 
Espírito Santo apresenta como principal atividade econômica e social, a plantação de 
café, onde das 83 mil propriedades agrícolas, mais de 53 mil cultivam o café. Segundo 
dados da terceira estimativa da safra 2011/2012, realizada pelo Instituto Capixaba de 
Pesquisa, Assistência Técnica e Extensão Rural (Incaper) e a Companhia Nacional de 
Abastecimento (Conab), a cafeicultura capixaba atingiu a maior produtividade, 
passando na frente de todos os estados brasileiros (INCAPER, 2011). Sendo assim, o 
estado do Espírito Santo, destaca-se como maior produtor nacional do café Conilon 
(BRAGANÇA, 2000). 
Todos os municípios capixabas produzem café, correspondendo a 1,1 milhões de 
pés, gerando emprego para 400 mil pessoas diretamente, conforme levantamento do 
INCAPER. A produção estadual é formada com 70% de café Conilon e 30% de café 
arábico, distribuído nas mesorregiões como indicado na Tabela 1: (CONAB, 2004). 
 
 
 
 
 
 
 
2 
 
Tabela 1: Distribuição e Participação de área produção de café no Espírito Santo 
Mesorregiões 
Arábica ha 
Part. % 
Conilon ha 
Part. % 
Total ha 
Part. % 
Nordeste 20.190 13% 177.571 49% 197.761 38% 
Litoral Norte 1.554 1% 123.213 34% 124.767 24% 
Central 54.358 35% 36.239 10% 90.597 17% 
Sul 79.208 51% 25.367 7% 104.575 20% 
SOMA 155.310 100% 362.390 100% 517.700 100% 
Fonte: INCAPER/IBGE/CONAB SUREG-ES 
 
Segundo o Centro do Comércio de Café de Vitória (CCCV), no ano de 2015 no 
mês de julho, o Espírito Santo exportou aproximadamente 576.419 sacas de café. No 
estado do Espírito Santo, encontra-se a maior área de produção de café conilon com 
309,6 mil hectares seguidos de Rondônia, com 94,6 mil hectares e da Bahia, com 39 mil 
hectares. O fechamento da safra cafeeira de 2015 no Espírito Santo indica a produção de 
10.700 mil de sacas de café beneficiadas. Desse quantitativo, 2.939 mil de sacas 
(27,47%) foram de café arábica e 7.761 mil sacas (72,53%) de café conilon (CONAB, 
2015). 
Na Figura 1, se encontra o mapeamento de café do Espírito Santo. 
. 
3 
 
 
Figura 1: Mapeamento de café do Espírito Santo (CONAB, 2015). 
O fruto do café (Figura 2) é uma drupa elipsóide contendo dois lóculos e duas 
sementes, podendo ocasionalmente conter uma ou mais de duas sementes. Além do 
exocarpo e do mesocarpo, apresenta o endocarpo, mais conhecido como pergaminho, 
que envolve a semente (LIMA, 2006). A semente ou grão, dependendo de sua 
utilização, é formado pelo embrião, endosperma e tegumento, que é constituído por uma 
película membranácea prateada (Rena e Maestri, 1984). 
 
Figura 2: Corte Longitudinal de um grão de café (AVALLONE, 2000). 
 
O beneficiamento do café compreende as etapas nas quais a semente é separada 
das demais partes. No Brasil, a forma predominante de preparo do café, se dá por via 
4 
 
seca onde o fruto é secado juntamente com a casca, onde esta se torna o principal 
resíduo gerado. 
Graças a grande produção de café, considerando a previsão de produção 
brasileira (CONAB, 2007) em 2015 apenas o Espírito Santo teve uma produção 
estimada em 7.761 mil sacas de café (CONAB, 2015) onde aproximadamente 187 mil 
quilos de casca de café são obtidas, considerando que 40% do fruto do café compreende 
apenas a casca (PARRA, 2008). Algumas pesquisas indicam a possibilidade técnico e 
econômica de se incluir casca de café como substituto ao milho desintegrado com palha 
e sabugo na ração concentrada de novilhos confinados (BARCELOS et al., 1997) ou 
ainda na formulação de misturas múltiplas para animais suplementados a pasto 
(NASCIMENTO, 2002). Esses resíduos são utilizados na maioria das vezes como 
adubo orgânico por muitos produtores na própria lavoura ou em outros cultivos, tendo o 
restante desprezado (TONACO et al., 2010). Além disso, a casca de café é muito 
utilizada com aplicações energéticas devidas suas características para o processo de 
combustão podendo ser utilizado até mesmo para secagem do próprio café e também 
para briquetagem que consiste na compressão da biomassa de modo a formar 
aglomerados densos de partículas (briquetes), sendo utilizado na alimentação de 
caldeiras em indústrias geradoras de energia (SILVA, 2012). 
 Segundo Teixeira (1995) e Barcelos et al. (1997), a casca de café possui elevado 
teor de fibra, que por sua vez, apresenta-se bastante lignificada. A casca de café pode 
ser caracterizada como biomassa lignocelulósica, por apresentar fibrilas de celulose 
mantidas coesas por uma matriz constituída de ligninas e hemiceluloses, sendo estes os 
principais constituintes das fibras. A proporção relativa destes constituintes está 
relacionada com a espécie, solo, umidade, clima, características de plantio. Além disso, 
a composição das fibras vegetais pode diferir dependendo da parte da planta (casca, 
caule, folha, etc), mas mantém seus componentes majoritários. A organização da 
estrutura da fibra é mostrada na Figura 3. 
5 
 
 
Figura 3: Estrutura de uma fibra vegetal. A imagem MEV se refere à fibra de Eucalipto 
(SILVA et al., 2009). 
1.2.Lignina 
 
 Entende-se por lignina, um componente da parede celular de vegetais, altamente 
complexo que confere rigidez a toda a estrutura da planta (TEIXEIRA, 1995). Ela é 
composta por grupos alifáticos e aromáticos que exercem a função de proteção sobre os 
componentes polissacarídeos da parede celular promovendo, a rigidez e a resistência 
física que tanto se procura nos materiais tecnológicos e ainda atua como uma parede 
hidrofóbica impermeável. (BENEDETTO, 2015) 
A lignina apresenta estrutura tridimensional e amorfa, altamente ramificada e 
sintetizada a partir de três precursores, o álcool coniferílico, o álcool sinapílico e o 
álcool p-cumarílico (NASCIMENTO, 2007), que podem ser classificados como 
6 
 
moléculas do tipo fenilpropanóides ou alcoóis p-hidroxi-cinamílicos e levam à 
formação da p-hidroxifenila(H), guaiacila (G) e siringila (S), como representado na 
Figura 4. 
 
 
Figura 4: Unidades precursoras da lignina: álcool sinapílico, álcool coniferílico e álcool 
p-cumarílico (BUDZIAK, 2004). 
 
A composição final, a estrutura e a distribuição da lignina na parede celular 
variam de planta para planta e dentro da própria planta (CANDIDO, 2015). Um modelo 
proposto para a estrutura da lignina é dado a seguir, Figura 5. 
 
7 
 
 
Figura 5: Estrutura proposta para a macromolécula de lignina de Eucalyptus grandis. 
(Adaptado SANTOS et al., 2012) 
 
1.3. Hemiceluloses 
 
As hemiceluloses são polissacarídeos complexos compostos por 
monossacarídeos, como pentoses (xilose e arabinose) e/ou hexoses (glicose, manose e 
galactose), ácidos urônicos e grupos acetila, apresentados na Figura 6 (RAMBO, 2013). 
 
8 
 
 
Figura 6: Açúcares que compõem as unidades de hemiceluloses (MORAIS, 2005). 
 
 
O termo hemiceluloses (ou poliose) refere-se ao grupo de polissacarídeos de 
cadeia ramificada e baixa massa molecular, que atua como agente de ligação entre a 
celulose e a lignina nas paredes das plantas, como mostra a Figura 7. 
 
 
Figura 7: Estrutura da Hemicelulose. 
 
A principal diferença com a celulose é que a hemicelulose tem ramificações com 
cadeias curtas laterais constituídas por diferentes açúcares. Em contraste com a celulose, 
são polímeros facilmente hidrolisáveis. Eles não formam agregados e apresentam maior 
suscetibilidade à hidrólise ácida (BENEDETTO, 2015). 
9 
 
Assim como em toda célula vegetal, a parede celular da casca de café é 
composta principalmente por celulose, hemicelulose e lignina. A organização dos 
constituintes da fibra é mostrada na Figura 8. 
 
 
 
Figura 8: Esquema da estrutura de uma biomassa lignocelulósica. Adaptado de 
(SANTOS et al., 2012). 
 
A combinação de celulose e hemicelulose, maior porção de carboidratos da 
planta, é chamada de holocelulose. A holocelulose contém grupos hidroxila os quais são 
responsáveis pela absorção da umidade e pelas ligações de hidrogênio (ROWELL et al., 
2005). 
1.4. Celulose 
 
A celulose, material de interesse nesse trabalho, pertence à classe dos 
polissacarídeos, e está presente na parede celular das plantas. A celulose é o material 
orgânico mais abundante na terra (ARAÚJO, 2008), aonde segundo a Associação 
10 
 
brasileira de celulose e papel (BRACELPA), em 2012 a produção de celulose apenas no 
Brasil chegou a 14 milhões de toneladas. 
As ligações intramoleculares conferem à celulose uma significativa rigidez, 
enquanto as intermoleculares são responsáveis pela formação da fibra vegetal 
(D’ALMEIDA, 1988) que resultam em elevada resistência à tensão e que fazem com 
que a celulose seja insolúvel em água e na maioria dos solventes orgânicos. As 
interações intra e intermolecular são apresentadas na Figura 8. 
 
 
Figura 9: Ligações de hidrogênio intra e intermolecular na celulose (SANTOS, 2012). 
 
A celulose é um dos principais constituintes da parede celular das plantas 
(OLIVEIRA, 2013) sendo uma fibra de origem renovável e pode ser utilizada para 
produção de derivados como o acetato de celulose. 
 A estrutura da celulose é completamente linear com unidade repetitiva que 
consiste de duas unidades de anidroglicose, chamada de celobiose, que contém três 
grupos hidroxilas livres (RIBEIRO, 2013) e são unidas por ligações glicosídicas β (1,4). 
A estrutura da celulose é dada na Figura 9: 
 
 
11 
 
 
Figura 10: Representação da cadeia linear da celulose, formada por unidades de 
celobiose onde as hidroxilas livres são indicadas. Adaptado de (RIBEIRO, 2013). 
 
 As interações existentes na fibra de celulose são as intramoleculares, que 
conferem rigidez à estrutura da planta e as intermoleculares que formam a fibra vegetal, 
como mostra a Figura 11. 
 
Figura 11: Ligações de hidrogênio intra e intermolecular na celulose (SANTOS, 2012). 
 
1.5. Separação dos constituintes da casca do café 
 
Como a lignina possui estrutura muito complexa (CHANG; HOLTZAPPLE, 
2000), sua presença pode afetar o acesso à celulose e dificultar reações para produção 
de derivados, assim, faz-se necessário a remoção da lignina para que uma reação efetiva 
12 
 
possa ocorrer. A obtenção de celulose, a partir de matrizes lignocelulósicas, envolve 
uma série de processos com objetivo de isolar as fibras de celulose e desmembrar o 
complexo ligninacelulose-poliose a partir de técnicas de pré-tratamento e 
deslignificação sem a destruição das fibrilas celulósicas (SILVA et al., 2009). 
 Um tratamento alcalino pode ativar a celulose aumentando a acessibilidade às suas 
regiões cristalinas. Este processo é chamado mercerização e se baseia no fato de que o 
agente de ativação, íons Na
+
, penetram nas regiões intra e intercristalinas rompendo as 
intensas interações de ligações hidrogênio entre as cadeias do polímero (RODRIGUES, 
2014). Neste processo pode ocorrer pequena solubilização de constituintes como 
lignina e hemiceluloses. As condições devem ser controladas para não haver uma 
degradação da fibra. A equação da reação é a que segue (ABREU, 2011): 
 
 Fibra-OH + NaOH Fibra-O
-
Na
+
 + H2O 
 
Uma vez que as interações são enfraquecidas, inicia-se o processo de desconstrução da 
fibra onde seus constituintes podem ser separados, Figura 10. 
 
Figura 12: Esquema das transformações sofridas pela biomassa lignocelulósica durante 
pré-tratamento. Adaptado de (MOSIER et al., 2005). 
 
13 
 
Após separação dos principais constituintes pode-se apontar diferentes 
aplicações a cada um, como demonstra simplificadamente as Figuras 11, 12 e 13 para 
lignina, hemicelulose e celulose, respectivamente. 
 
Figura 13: Componentes obtidos da lignina. Adaptado de (SCHUCHARDT, 2001). 
 
 
Figura 14: Componentes obtidos da hemicelulose. Adaptado de (SCHUCHARDT, 
2001). 
 
14 
 
 
Figura 15: Componentes obtidos da celulose. Adaptado de (SCHUCHARDT, 2001). 
 
A celulose, constituinte de interesse neste trabalho, possui certa 
polifuncionalidade por apresentar, alta robustez das cadeias, e por sua sensibilidade 
frente às hidrólises e oxidação dos grupos acetais, que determinam sua química e sua 
manipulação (KLEMM, 2005). Dessa forma, essa matéria prima pode ser utilizada, 
dentre outras aplicações, para a produção de produtos ambientalmente seguros, como no 
caso de seu derivado, o acetato de celulose (AC) que possui grande importância 
comercial. 
 
1.6.Acetato de Celulose 
 
O acetato de celulose é um polímero biodegradável de grande importância 
comercial e é produzido a partir da reação de esterificação com anidrido acético, onde 
ocorre a acetilação das hidroxilas livres, com menor impedimento estérico, presentes na 
estrutura da celulose. 
A reatividade dos três grupos hidroxil nos carbonos 2, 3 e 6 das unidades de β-
D-glicopiranose pode levar à formação de uma grande variedade de importantes 
derivados. As propriedades dos derivados são altamente dependentes do tipo, 
distribuição e uniformidade dos grupos substituintes (CARVALHO, 2009). A ordem de 
reatividade dos grupos hidroxila da celulose é: OH (6) >> OH (2) > OH (3). (KLEMM, 
15 
 
et al., 2004). A ordem de reatividade se refere às hidroxilas com melhor acesso, ou seja, 
com menor impedimento estérico. 
O derivado acetilado da celulose pode apresentar diferentes graus de substituição 
(GS) (sendo o grau de substituição o número médio de grupos acetila por unidade 
glicosídica), o qual pode variar de zero (para a celulose) a 3 (para um material tri-
substituído). No triacetato de celulose (TAc) são substituídas em média três hidroxilas 
presentes na cadeia polimérica por grupos acetila, já no diacetato de celulose (DAc) 
substituem-se em média duas hidroxilas. 
O GS é um parâmetro de extrema importância, pois afeta a cristalinidade do 
polímero (HEINZE, 2004). Por exemplo,celulose (GS = 0) é insolúvel na maioria dos 
solventes (S), mas ao se aumentar o GS do acetato de celulose, a solubilidade se altera 
(GS ≈ 1, S: água; GS≈ 2, S: tetraidrofurano ou acetona; GS ≈ 3, S: diclorometano ou 
clorofórmio). Assim, a determinação do GS do acetato de celulose é importante para 
que se defina sua utilização. (CERQUEIRA, 2010) 
O processo de acetilação depende da acessibilidade das fibras da celulose e da 
susceptibilidade dos cristais individuais da celulose. A reação de acetilação da celulose 
pode ocorrer por dois métodos: homogêneo e heterogêneo. No método homogêneo, 
utilizado nesse trabalho, o acetato de celulose é produzido sobre a ação do anidrido 
acético, na presença de ácido acético glacial, sendo o ácido sulfúrico utilizado como 
catalisador. Neste processo as fibras de celulose são solubilizadas no meio reacional 
durante a produção do acetato. Ao final da reação, o acetato de celulose é precipitado. 
Neste caso, a morfologia das fibras sofrem mudanças substanciais devido ao 
rompimento das interações entre as cadeias adjacentes. O método heterogêneo consiste 
na mesma reação do método homogêneo, no entanto, há a presença de tolueno, como 
agente não- inchante que mantém a estrutura fibrosa da celulose, por isso também é 
chamado como processo fibroso. Dentro destas condições o acetato permanece 
insolúvel, devido à presença do agente não inchante, na conversão da celulose sem que 
ocorram mudanças drásticas na morfologia dos microcristais (OLIVEIRA, 2013). A 
reação de acetilação para a produção do triacetato de celulose é representada na Figura 
14. 
16 
 
 
Figura 16: Reação de acetilação com produção do triacetato de celulose 
(MEIRELES,2007) 
 
Este derivado pode ser utilizado, dentre outras aplicações, para produção de 
membranas para processos de separação (SHAIKH, 2009), como nanofiltração e 
osmose inversa (STRATHMANN, 1976), matrizes para liberação controlada de 
fármacos (EDGAR, 2007), sensores e proteção de filmes ópticos (LIAO, 2005), 
separação de gases (SRIDHAR, 2007) e preparação de filmes de alumina 
(KOBAYASHI, 2005). 
A utilização de resíduos agroindustriais lignocelulósicos para isolamento da 
celulose e produção de acetato de celulose vem sendo demonstrada; caroço de manga 
(MEIRELES, 2010), palha de milho (RIBEIRO,2014), bagaço de cana-de-açúcar 
(MEIRELES, 2007). Dessa forma, o presente trabalho se propõe a fazer um estudo 
sobre o potencial de utilização da casca do café como fonte alternativa de celulose para 
produção do derivado acetato de celulose. 
 
17 
 
2. OBJETIVO 
2.1.Objetivo Geral 
 
Avaliação da utilização da celulose da casca de café para síntese do acetato de 
celulose. 
2.2.Objetivos Específicos 
 
 Caracterizar a casca de café quanto aos teores de celulose e lignina 
 Deslignificar a casca de café para obtenção de celulose 
 Caracterizar o material deslignificado por Espectroscopia na região do 
infravermelho e teores de lignina e celulose 
 Sintetizar acetato de celulose 
 Caracterizar o derivado produzido por espectroscopia na região do 
infravermelho. 
 Determinar o grau de substituição do derivado acetilado 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
18 
 
3. METODOLOGIA 
 
3.1.Caracterização da Matéria Prima in natura 
A casca de café utilizada nesse trabalho é proveniente da cidade de São Mateus - 
Espírito Santo e foi gentilmente cedida por um agricultor da região. 
3.1.1. Determinação de teor de extrativo 
Em uma aparelhagem limpa e desengordurada para extração por Soxhlet, 
colocou-se um cartucho com aproximadamente 17,00 g de casca de café. Ao balão de 
vidro, adicionou-se 150 mL de etanol. O conjunto balão-extrator foi colocado em uma 
manta aquecedora e conectado ao condensador. Após 5 horas o balão contendo o 
solvente e os extrativos foram removidos, onde foi utilizado outro solvente para 
extração, a água. Terminada a extração, o material obtido, fibra da casca de café, foi 
pesada e seca em estufa a aproximadamente 100ºC por 6 horas. Após esse tempo, o 
material foi levado para um dessecador, onde permaneceu por pelo menos 30 minutos, 
até resfriar a temperatura ambiente, e então sua massa foi calculada. Adaptado de 
(EMBRAPA, 2010). 
 
 3.1.2. Determinação de umidade 
Foi pesado em uma placa de Petri 0,50 grama do material in natura. A seguir, o 
conjunto material-recipiente foi levado à estufa onde ficou por pelo menos três horas a 
100°C. 
 Após a permanência na estufa, o conjunto foi colocado em um dessecador com 
agente dessecante, sílica gel, para resfriar a temperatura ambiente por aproximadamente 
meia hora e posteriromente foi pesado. Adaptado de (EMBRAPA, 2010). 
 
3.1.3. Determinação do teor de Lignina Klason 
Para a determinação da quantidade de lignina, foi pesado 1,00 grama da matéria 
prima in natura, (casca de café) livre dos extrativos e a transferiu para um Becker (50 
mL) onde foram adicionados lentamente 15,00 mL de ácido sulfúrico (72%), e o 
sistema foi mantido sob agitação por 2 horas. Após este período transferiu-se o 
conteúdo para um balão de fundo chato (1000 mL) e foram então adicionados 560,00 
19 
 
mL de água destilada. O sistema foi colocado em refluxo a uma temperatura de 
aproximadamente 100°C. Após 4 horas, o material foi filtrado à vácuo em um funil de 
placa porosa número 4, previamente pesado, e lavado com água destilada quente. Em 
seguida, foi seco em estufa por 6 horas e pesado para quantificação do resíduo insolúvel 
(lignina Klason) (EMBRAPA, 2010). 
3.1.4. Determinação do teor de Celulose 
Para determinação da celulose foi inicialmente pesado 3,00 gramas da matéria 
prima in natura (casca de café) e se colocou em um erlenmeyer (500 mL) onde foram 
adicionados 120,00 mL de água destilada. O erlenmeyer foi deixado em banho-maria, a 
70ºC e adicionou-se 1,50 mL de ácido acético e 3,00 gramas de hipoclorito de sódio. 
Após 1 hora, adicionou-se mais 1,50 mL de ácido acético e 3,00 gramas de clorito de 
sódio. Esse procedimento deve ser repetido por mais uma vez. Logo após, o erlenmeyer 
foi levado a um banho de gelo até resfriar e em seguida pesado em um funil de placa 
porosa número 1. Ao ser resfriada, foi filtrada a vácuo, lavada com água destilada 
gelada e colocada na estufa para secar por aproximadamente 6 horas. Após esse tempo, 
por diferença entre a massa do funil menos a massa do funil + amostra, o resultado 
obtido foi da holocelulose (celulose + hemi-celulose) para posterior extração alcalina da 
celulose pelo hidróxido de sódio 4% por mais 1 hora. O procedimento foi realizado 
segundo metodologia com modificações de BROWNING, (1963). 
Para a determinação da celulose, foi pesada cerca de 1,00 g da holocelulose seca 
obtida, e colocada em um almofariz, à temperatura ambiente. Posteriormente, 
adicionou-se 15 mL de uma solução de NaOH a 17,5%, e então, macerou-se o material 
até apresentar aspecto homogêneo e em seguida foi lavado com 4 mL de água destilada 
sendo transferido quantitativamente para um funil para filtragem a vácuo. O precipitado 
recolhido no funil foi lavado até pH próximo ao da água utilizada. (EMBRAPA, 2010). 
 
3.2.Deslignificação da casca de café 
 
 A casca de café in natura foi inicialmente moída e tratada em hidróxido de 
sódio (NaOH) 1,0 mol L
-1
 por 3 horas sendo posteriormente lavada e filtrada e então 
levada à estufa para secagem por 3 horas a 100°C. Quando seca, foram pesados 40,00 
20 
 
gramas do material onde se colocou em refluxo por 1 hora em água. Em seguida o 
material foi filtrado, lavado e colocado por mais 1 hora em refluxo com 400,00 mL de 
uma solução etanol e ácido nítrico em uma proporção 80:20 v/v. Após 1 hora o material 
foi lavado, até pH neutro e colocado por 1 hora em NaOH 1 mol.L
-1
 para posteriormente 
ser lavado e seco em estufa a 100°C por 3 horas (P1). O mesmo procedimento foi 
realizado utilizando um segundo refluxo com solução etanol/ácidonítrico (P2) e outro 
utilizando um terceiro refluxo (P3) (RIBEIRO, 2014). Para P2, após o refluxo em etanol 
e ácido nítrico, o material é novamente filtrado e lavado e em seguida colocado em 
refluxo por mais uma vez em etanol e ácido nítrico, completando assim, 2 vezes em 
refluxo etanol/ácido nítrico. Para P3, o mesmo deve ser realizado, porém, levado em 
refluxo por três vezes em etanol/ácido nítrico. Feito isso, então o material é deixado em 
NaOH como descrito para P1 e depois é filtrado, lavado e seco. 
 
3.3.Caracterização da casca de café deslignificada 
 
Para a caracterização dos materiais provenientes de P1, P2 e P3 foram realizados 
os procedimentos de determinação de Lignina Klason e Celulose descrita nos itens 3.1.3 
e 3.1.4, respectivamente. 
3.4. Reação de Acetilação 
 
Para a reação de acetilação utilizou-se 1,00 grama do material deslignificado 
devidamente seco seguindo o seguinte procedimento: adicionou-se 20,0 mL de ácido 
acético glacial a fibra e agitou-se por 30 min. em temperatura ambiente. Em seguida 
adicionou-se uma solução contendo 0,08 mL de H2SO4 concentrado em 9,00 mL de 
ácido acético glacial e agitou-se por 15 min. em temperatura ambiente. Após este 
período separou-se a solução (ácido acético com ácido sulfúrico) da parte fibrosa e 
adiciona-se 32,00 mL de anidrido acético a esta solução, agitou-se e retornou-se a 
solução ao frasco inicial contendo a fibra. A solução foi agitada por mais 30 min. e 
deixada em repouso. Após 14 horas adicionou-se água destilada ao meio reacional para 
formação do precipitado acetato de celulose. Filtrou-se a mistura e lavou-se com água 
destilada. O material precipitado foi neutralizado com uma solução 10% de carbonato 
de sódio. O mesmo procedimento também foi realizado com o tempo de 24 horas de 
21 
 
acetilação. O procedimento foi realizado para P1, P2 e P3. O material foi produzido 
segundo metodologia modificada de CERQUEIRA (2010). 
 
3.5. Caracterização dos materiais 
 
3.5.1. Determinação do grau de substituição 
 
Adicionou-se 5,00 mL de hidróxido de sódio 0,25 mol L
-1
 e 5,00 mL de etanol a 
0,10 g de acetato de celulose e deixou-se a mistura em repouso por 24 horas. 
Após este período, adicionou-se 10,00 mL de ácido clorídrico 0,25 mol L
-1 
e 
deixou-se em repouso por mais 30 minutos, em seguida a solução foi titulada com 
hidróxido de sódio 0,25 mol. L
-1
, utilizando-se como indicador a fenolftaleína. 
A determinação do grau de substituição (GS) (CERQUEIRA, 2010) por via 
química baseia-se na determinação da porcentagem (% m/m) de grupos acetila (GA) 
(CERQUEIRA, 2010) que foram substituídos na cadeia celulósica. O GA é calculado a 
partir da Equação 1: 
 
 
 
 
 
 
 
Onde: 
 % GA = Porcentagem de grupos acetila 
Vbi = Volume de hidróxido de sódio adicionado 
Vbt = Volume de hidróxido de sódio obtido na titulação 
Mb = Molaridade do hidróxido de sódio 
Va = Volume de ácido clorídrico adicionado 
Ma = Molaridade do ácido clorídrico 
MM = Massa molar dos grupos acetila 
Equação 1 
22 
 
mac = Massa de acetato utilizada 
 
Em seguida, o grau de substituição foi calculado pela equação 2: 
 
 
 
 
 
 
3.5.2. Espectroscopia na região do Infravermelho 
 
A técnica utilizada foi à análise por espectroscopia na região do infravermelho com 
transformada de Fourier (FTIR). Foram feitas pastilhas em KBr, da casca de café in 
natura, do material tratado em NaOH, materiais deslignificados (P1, P2 e P3) e derivados 
acetilados em 14 e 24 horas com KBr na proporção de 1% da amostra, na região de 400 
a 4500 cm
-1
. As análises foram realizadas na Universidade Federal de Uberlândia. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Equação 2 
23 
 
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO 
 
4.1.Caracterização da matéria prima 
 
A tabela 2 mostra os resultados de composição determinados para a casca de 
café in natura. 
 
Tabela 2: Porcentagem dos constituintes da Casca de Café in natura 
Constituinte Porcentagem (%) 
Extrativo 2,42 
Umidade 7,82 
Lignina 39,92 
Holocelulose 42,95 
Celulose 31,82 
Hemicelulose 12,30 
 
Os extrativos referem-se aos compostos não pertencentes à parede celular dos 
vegetais, com baixa ou média massa molar, os quais podem ser extraídos usando-se 
água ou solventes orgânicos. O teor de extrativos e umidade foi utilizado para corrigir o 
calculo dos valores dos componentes majoritários. (CARVALHO, 2009) 
O teor de lignina da casca de café in natura foi determinada pela porcentagem 
de lignina Klason insolúvel que se baseia na hidrolise dos polissacarídeos pela ação do 
ácido sulfúrico 72% ,deixando como resíduo apenas a lignina insolúvel. 
O teor de celulose foi determinado pelo método clorito ácido, onde primeiro 
determina-se o produto resultante da extração da lignina, a holocelulose, que é 
constituída por celulose e hemiceluloses. O método clorito está baseado na reação entre 
lignina e ClO2, ClO
-
, produtos que são formados em reações redox de ClO2 em meio 
ácido segundo a equação da reação: (CRUZ, 2010). 
 
8 ClO2
-
(aq) + 6 H
+
 (aq) 6 ClO2(aq) + ClO
-
(aq) + 3 H2O 
 
A celulose distingue-se analiticamente das hemiceluloses pela sua insolubilidade 
em soluções alcalinas aquosas e deste modo as hemiceluloses foram solubilizadas em 
meio alcalino e seu teor foi calculado por diferença da massa não solubilizada. 
24 
 
O resultado encontrado para os teores destes constituintes pode variar 
dependendo da espécie e região de plantio. Os valores encontrados estão dentro do 
esperado para este tipo de matéria-prima lignocelulósica. 
 
4.2.Caracterização do material deslignificado 
 
O pré-tratamento da casca de café in natura em solução de hidróxido de sódio 
tem o objetivo de mercerizar a fibra tornando a etapa posterior de deslignificação mais 
efetiva. Este tratamento alcalino permite que a celulose seja ativada nesse processo. 
Essa ativação aumenta a difusão dos reagentes na estrutura supramolecular da celulose, 
onde isso ocorre devido ao aumento da acessibilidade às regiões cristalinas e aos 
cristalitos presentes na superfície. Esse aumento da acessibilidade é alcançado pela 
penetração inter e intracristalina do agente de ativação na celulose, neste caso íons Na
+
, 
visando romper as intensas ligações de hidrogênio entre as cadeias do polímero. 
Ensaios realizados sem esta etapa mostraram-se ineficientes para retirada de 
constituintes como lignina. A Figura 15 mostra o aspecto do material antes e após o pré-
tratamento. 
A 
 
B
 
C
 
. 
Figura 17: (A) Casca de Café in natura antes do tratamento em NaOH; (B) Casca de 
Café sendo tratada em NaOH 1 mol.L
-1
 e (C) Material obtido após tratamento alcalino. 
 
Após esse procedimento os materiais foram caracterizados por espectroscopia na 
região do infravermelho. A Figura 16, mostra os espectros para o material in natura e 
tratado em NaOH, como perfil típico de materiais lignocelulósicos. 
 
25 
 
 
Figura 18: Espectro na região do infravermelho da casca de café tratada em NaOH (A) 
e da casca de café in natura (B). 
 
O infravermelho da casca de café in natura apresenta bandas em regiões que 
podem ser atribuídas a grupos funcionais presentes em fragmentos de lignina e 
hemiceluloses, como as bandas em aproximadamente 1516 cm-1 atribuídas ao 
estiramento C-C de anéis aromáticos na lignina, 1265 cm-1 atribuída a estiramento C-O 
de anéis guaiacílicos (PANDEY, 2003; TEJADO, 2007) e uma banda intensa na região 
de 3408 cm-1 atribuída ao estiramento O-H referente a hidroxilas da celulose. 
Comparando este espectro ao A, pode-se observar indicação de mudanças pela 
diminuição na intensidade das bandas citadas. A Tabela 3 mostra as demais atribuições 
dos espectros. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
26 
 
Tabela 3: Atribuições das bandas dos espectros de infravermelho para a casca de café 
in natura 
Banda(cm
-1
) Atribuições 
3328 Estiramento O-H 
2928 Estiramento (C-H) de grupos CH2 e CH3 
1715 Estiramento C=O 
1651 Deformação angular da água 
1516 Estiramento C-C anéis aromáticos 
1453 Deformação CH2 
1316 Deformação CH3 
1265 Estiramento C-O anéis guaiacíclicos 
1059 Estiramento C-O 
896 Estiramento C-H anéis aromáticos 
 
 
 A Figura 17 apresenta os espectros dos materiais deslignificados por P1, P2 e P3 
onde se observa uma intensidade reduzida nas principais bandas relacionadas a 
componentes como lignina e hemicelulose: 
 
Figura 19: Espectro na região do Infravermelho para P1 (A), P2 (B) e P3 (C). 
 
 
27 
 
 Além disso, o aspecto visual dos materiais após P1, P2 e P3 mostra indícios de 
mudança na composição pela diferença na coloração, como observado na Figura 18. 
 
A
 
B
 
C
 
 
Figura 20: Aspecto visual dos materiais obtidos após (A) P1, (B) P2 e (C) P3 indicando 
mudança na composição pela diferença na coloração. 
 
Para confirmação da deslignificação, após obtenção dos materiais de P1, P2 e P3, 
o teor de lignina Klason foi determinado e os valores são apresentados na Tabela 4. 
 
Tabela 4: Teor de lignina Klason para P1, P2 e P3 
Casca de Café in 
natura 
P1 P2 P3 
39,92% 24,56% 11,13% 2,38% 
 
Como se pode observar o melhor método para extração da lignina é P3 em que se 
utiliza 3 refluxos, pois o conteúdo de lignina remanescente após o processo de 
purificação do material é menor. Esse valor mostra a eficiência do método para este 
resíduo, uma vez que se faz necessário retirar a lignina para melhor extração da 
celulose, pois esta reveste a celulose, impedindo o acesso à mesma, além do mais, ela 
impede o processo de acetilação das hidroxilas presentes na cadeia de celulose, uma vez 
que estes constituintes impedem a ação do reagente nas cadeias. 
O teor de celulose obtido no material purificado foi determinado a partir do 
método clorito ácido para P1, P2 e P3. 
28 
 
 O teor de celulose e hemiceluloses determinados para estes materiais são 
mostrados na Tabela 5. 
Tabela 5: Teor de Celulose e hemicelulose para P1, P2 e P3. 
 P1 P2 P3 
Holocelulose (%) 79,68 84,79 92,10 
Celulose (%) 60,18 64,79 74,15 
Hemicelulose (%) 19,50 19,99 17,94 
 
 Esses valores mostram que foi os métodos utilizados na deslignificação foram 
eficientes deixando as fibras mais expostas para posterior reação de derivatização. 
 
4.3.Reação de Acetilação e Caracterização do material produzido 
 
A partir da celulose realizou-se a reação de acetilação. Nesta reação os grupos 
hidroxila das unidades de glicose são acetilados, produzindo o acetato de celulose. Para 
essa reação de acetilação, propõe-se o mecanismo a seguir na Figura 19. 
 
 
Figura 21: Mecanismo proposto para acetilação da celulose (MEIRELES,2007). 
 
29 
 
O anidrido é protonado ao entrar em contato com o hidrogênio fornecido pelo 
ácido sulfúrico. A protonação faz com que as cargas neste ponto fiquem desbalanceadas 
favorecendo o ataque nucleofílico do oxigênio do grupo ─OH do monômero de glicose 
da molécula de celulose sobre o carbono do grupo carbonílico do anidrido acético. Na 
sequencia, ocorre a desprotonação do composto, seguido da eliminação de ácido 
acético, formado como subproduto da reação (CARVALHO, 2009). 
 
A fim de avaliar o tempo de reação de acetilação foram realizados 
procedimentos com 14 e 24 horas. Uma caracterização visual aponta para as 
diferenças da reação em P1, P2 e P3 como mostra a Figura 20. 
 
 
A 
 
B 
 
C 
 
Figura 22: (A) Acetilação do material P1; (B) Acetilação do material P2 e (C) 
Acetilação do material P3; todas para o tempo de 24 horas de reação. 
 
Os materiais apresentaram comportamentos distintos na reação de acetilação. P1 
e P2, em ambos os tempos de acetilação (14 e 24 horas), apresentaram aspecto fibroso 
ao fim da reação, além de uma coloração escura que indica influência de constituintes 
como a lignina remanescente no material. Este constituinte seria o principal responsável 
por esse aspecto, uma vez que ele impede a ação do reagente na fibra da celulose 
impossibilitando a solubilidade desta no meio. No método de acetilação homogêneo o 
acetato de celulose formado se solubiliza no meio reacional e ao final do procedimento 
é precipitado com adição de água. No caso da acetilação de P1 e P2, ao fim dos tempos 
de reação, uma quantidade considerável de fibra ainda encontrava-se no meio reacional. 
Para precipitação do acetato de celulose produzido realizou-se uma filtração para 
separação das fibras. 
30 
 
 Por outro lado, para P3 um comportamento diferente foi observado. Ao fim da 
do tempo de reação o sistema encontrava-se totalmente homogêneo e sem a presença de 
fibras. Na etapa posterior de precipitação, o produto formado (acetato de celulose) 
apresentou aspecto fibroso e de coloração clara. Este aspecto indica uma reação mais 
efetiva das fibras de celulose e corrobora com os dados anteriores de menor quantidade 
de lignina remanescente no material P3. Os materiais provenientes das reações tem seu 
aspecto visual mostrado na Figura 21. 
 
 
Figura 23: Materiais acetilados P1, P2 e P3 no tempo de 14 horas. 
 
Os materiais foram caracterizados por espectroscopia na região do infravermelho 
e a Figura 22, obtido para o material P3, apresenta o perfil típico encontrado para os 
materiais. 
 
 
Figura 24: Espectro na região do Infravermelho para o material acetilado (A) 14horas e 
(B) 24 horas. 
31 
 
O espectro do material acetilado quando comparado ao material deslignificado, 
apresentou um aumento da intensidade da banda em aproximadamente 1744 cm
-1
 
referente aos grupos carbonila e diminuição da intensidade da banda em 
aproximadamente 3500 cm
-1
 referente à hidroxila, além do aparecimento da banda em 
aproximadamente 1050 cm
-1
 referente à ligação de ésteres. 
 
A Tabela 6 apresenta as demais atribuições referentes a outras espécies e suas 
regiões no infravermelho. 
 
Tabela 6: Principais bandas no Infravermelho do Acetato de Celulose 
Banda (cm
-1
) Atribuições 
3564 Estiramento O-H celulósico 
2962 Estiramento CH3 
1755 Estiramento de carbonila de éster 
1641 Deformação da água 
1436 Deformação assimétrica CH2 
1368 Deformação angular CH3 
1230 Estiramento C-O de acetato 
1044 Estiramento C-O 
 
 
O derivado acetilado da celulose pode apresentar diferentes graus de substituição 
(GS), sendo o grau de substituição o número médio de grupos acetila que substituem as 
hidroxilas por unidade glicosídica, o qual pode variar de zero (para a celulose) a 3 (para 
um material tri-substituído). A reação de um éster com base forte é caracterizada como 
reação de saponificação que pode ser utilizada para determinar o grau de substituição e 
ocorre conforme mecanismo proposto e apresentado abaixo pela Figura 23. 
 
32 
 
 
Figura 25: Mecanismo proposto para a reação de saponificação do acetato de celulose 
(MEIRELES,2007). 
 
Na reação, o íon hidróxido promove um ataque nucleofílico ao átomo de 
carbono da carbonila do acetato de celulose. Em seguida, um intermediário tetraédrico 
expele um íon alcóxido, ocorrendo a transferência de um próton conduzindo ao produto 
da reação (CARVALHO, 2009). 
 
Os valores dos termos utilizados para resolver a equação 1 para P114, P124, P214 
e P224, são: 
 
Vbi = 4,94 mL 
Mb = 0,2475 mol.L
-1 
Va = 9,94 mL 
 
Ma = 0,2178 mol.L
-1 
MM = 43,00 g mol
-1 
 
 
Nas tabelas abaixo são mostrados os resultados obtidos para a determinação do 
Grau de substituição, calculado a partir da equação 1 para os materiais acetilados. 
 
 
 
 
 
33 
 
 Tabela 7: Resultados obtidos para determinação de %GA e GS do P114 
Massas 
AC (g) 
Média 
das 
massas 
(g) 
Volumes 
de NaOH 
(mL) 
Média dos 
volumes 
(mL) 
% (GA) 
Média da 
% GA 
GS 
0,1095 
0,1094 
7,90 
7,93 
39,8418 
40,21±0,70 2,49±0,08 0,1129 8,00 39,5841 
0,1059 7,90 41,1900Tabela 8: Resultados obtidos para determinação de %GA e GS do P124 
Massas 
AC (g) 
Média 
das 
massas 
(g) 
Volumes 
de NaOH 
(mL) 
Média dos 
volumes 
(mL) 
% GA 
Média da 
% GA 
GS 
0,1129 
0,1064 
8,10 
7,93 
40,7616 
41,13±0,28 2,59±0,04 0,1008 7,70 41,4314 
0,1056 8,00 41,1900 
 
 Tabela 9: Resultados obtidos para determinação %GA e GS do P214 
Massas 
AC (g) 
Média 
das 
massas 
(g) 
Volumes 
de 
NaOH 
(mL) 
Média dos 
volumes 
(mL) 
% GA 
Média da 
% GA 
GS 
0,1114 
0,1084 
8,00 
7,93 
39,2027 
40,28±0,93 2,50±0,12 0,1026 7,80 41,4800 
0,1113 8,00 40,1500 
 
 Tabela 10: Resultados obtidos para determinação de %GA e GS do P224 
Massas 
AC (g) 
Médi
a das 
massa
s (g) 
Volumes 
de NaOH 
(mL) 
Média 
dos 
volumes 
(mL) 
% GA 
Média da 
% GA 
GS 
0,1016 
0,1078 
7,70 
7,93 
41,1051 
41,06±0,08 2,58±0,01 0,1124 8,10 40,9429 
0,1093 8,00 41,1304 
 
Os valores dos termos utilizados para resolver a equação 1 para P314 e P324, são: 
 
Vbi = 5,01 mL 
Mb = 0,2447 mol.L
-1 
Va = 10,02 mL 
 
Ma = 0,2202 mol.L
-1 
MM = 43,00 g mol
-1 
 
34 
 
 Tabela 11: Resultados obtidos para determinação de %GA e GS do P314 
Massas 
AC (g) 
Média 
das 
massas 
(g) 
Volume
s de 
NaOH 
(mL) 
Média dos 
volumes 
(mL) 
% GA 
Média da 
% GA 
GS 
0,1032 
0,1035 
8,20 
8,17 
42,8292 
42,38±0,34 2,72±0,04 0,1020 8,10 42,2996 
0,1052 8,20 42,0149 
 
 Tabela 12: Resultados obtidos para determinação de %GA e GS do P324 
Massas 
AC (g) 
Média 
das 
massas 
(g) 
Volumes 
de 
NaOH 
(mL) 
Média dos 
volumes 
(mL) 
% GA 
Média da 
% GA 
GS 
0,1023 
0,1031 
8,10 
8,10 
43,2059 
42,86±0,43 2,78±0,05 0,1046 8,10 42,2559 
0,1025 8,10 43,1216 
 
O resultado obtido para o grau de substituição foi calculado a partir da equação 
2. Os materiais obtidos por P1, P2 e P3 apresentaram valores de GS dentro da faixa 
descrita para um triacetato de celulose (2,5 -3,0), segundo Puleo et al, o GS pode variar 
de zero, para a celulose, até três para um triacetato. 
Apesar de todos terem apresentado características de materiais acetilados no 
infravermelho e estarem dentro da faixa de GS para um material trissubstituído apenas o 
triacetato obtido de P3 apresentou melhor solubilidade em solvente como 
diclorometano, que é um solvente comum para este tipo de derivado celulósico. A 
Figura 24 mostra o aspecto visual das soluções de acetato de celulose neste solvente. 
Este fato está relacionado ao teor de lignina presente em P1 e P2 que dificulta o acesso 
às cadeias de celulose e torna a reação de acetilação dos grupos hidroxila pouco efetiva 
e mais superficial das fibras de celulose. 
 
 
Figura 26: Aspecto visual das soluções em diclorometano 
 
35 
 
Um aspecto que deve ser observado é que a determinação do grau de 
substituição não leva em conta a homogeneidade dos grupos acetila nas unidades 
glicosídicas. Sendo assim, os materiais apresentam GS dentro do esperado embora não 
possuam características de solubilidade comuns a este material. Desta forma, pode-se 
dizer que a acetilação dos grupos hidroxila foi heterogênea ao longo das cadeias de 
celulose. 
Uma característica importante que leva em conta a solubilidade dos materiais é o 
preparo de soluções para possíveis aplicações como a formação de filmes por 
evaporação do solvente 
Neste sentido foi realizada uma avaliação do aspecto dos filmes formados a 
partir das soluções mostradas na Figura 24. O aspecto dos filmes é apresentado na 
Figura 25. 
 
 Figura 27: Filmes de acetato de celulose obtidos das soluções P1, P2 e P3. 
 
Os filmes de P1 e P2 apresentaram coloração amarelada e apesar da presença de 
fibras, mostraram boas características com relação ao manuseio (não são quebradiços). 
O filme de P3 apresentou coloração transparente, mais claro. 
Todos os filmes serão futuramente avaliados quanto a suas propriedades e 
possíveis aplicações. Filmes com fibras também tem um potencial de aplicação bem 
amplo. As fibras podem melhorar propriedades mecânicas e de seletividade (SANTOS, 
2011). 
 
 
36 
 
5. CONCLUSÃO 
 
A partir dos resultados apresentados pode-se concluir que foi possível obter o 
derivado celulósico acetato de celulose, a partir da reciclagem química da casca de café. 
A metodologia mais eficiente para deslignificação da casca de café in natura foi a P3 
que resultou em um teor de 2,38% de lignina Klason e 74,15% de celulose, sendo um 
material propício para produção de derivados celulósicos. A metodologia P1 e P2 
apresentaram um teor de 24,56% e 11,13% de lignina respectivamente e teores de 
celulose 60,18% e 64,79% respectivamente. Os derivados, acetatos de celulose, 
produzidos foram caracterizados por espectroscopia na região do infravermelho, onde se 
observou bandas características da modificação química nos materiais. A determinação 
do grau de substituição dos acetatos, por via química, mostrou que os materiais 
acetilados obtidos por P1, P2 e P3 tem valor de GS dentro da faixa descrita para um 
triacetato de celulose (2,5-3,0). No entanto, os materiais apresentaram características 
distintas, onde os materiais produzidos a partir de P1 e P2 apresentaram aspectos 
fibrosos ao final da reação e uma coloração escura. Para o material obtido a partir de P3 
o meio reacional apresentou-se totalmente homogêneo sem a presença de fibras e uma 
coloração clara, indicando uma reação mais efetiva devido à menor quantidade de 
lignina neste material. Em ensaio posterior para indicação de possível aplicação destes 
derivados, foram produzidas membranas por evaporação do solvente diclorometano. 
Apesar da pouca solubilidade dos acetatos de P1 e P2 neste solvente, foram obtidas 
membranas com boas características para posteriores investigações quanto às suas 
propriedades mostrando assim o potencial de uso do resíduo, casca de café, na produção 
de um derivado de grande importância e com ampla faixa de aplicações e P3 apresentou 
a melhor solubilidade em solvente como diclorometano, produzindo a melhor 
membrana e apresentando coloração mais clara. 
6. SUGESTÃO PARA PRÓXIMAS ETAPAS 
 
 Otimização das condições da reação de acetilação; 
 Caracterização térmica dos acetatos e determinação da sua massa molar; 
 Estudo de formulação e caracterização dos filmes quanto à morfologia e 
propriedades de transporte. 
37 
 
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