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Biocompósitos a partir de "polietileno verde", óleos vegetais, macro e nano fibras de curauá (2014)

  • Authors:
  • Autor USP: CASTRO, DANIELE OLIVEIRA DE - IQSC
  • Unidade: IQSC
  • Assunto: FÍSICO-QUÍMICA
  • Keywords: BIOCOMPOSITOS; POLIETILENO VERDE; FIBRA DE CURAUÁ; ÓLEOS VEGETAIS
  • Language: Português
  • Abstract: O polietileno de alta densidade utilizado neste trabalho foi obtido em escala industrial pela polimerização de eteno, gerado a partir do etanol de cana de açúcar. Este polímero é também chamado de biopolietileno (BPEAD), por ser preparado a partir de material oriundo de fonte natural. O BPEAD foi usado como matriz em compósitos reforçados por fibras de curauá em proporções em massa variando de 5 a 20%, 1 cm de comprimento. Óleo de mamona (CO), óleo de canola (CA), óleo de linhaça epoxidado (OLE) e óleo de soja epoxidado (OSE) foram usados na preparação dos compósitos (5, 10, 15 e 20%) visando atuação adicional a de plastificante, ou seja, como agentes compatibilizantes, uma vez que o CO, CA, OLE e OSE têm cadeias hidrocarbônicas com afinidade pelo biopolietileno, e grupos hidroxilas com afinidades pelos grupos polares presentes nas fibras. Os compósitos e as fibras foram caracterizados por várias técnicas, tais como, microscopia eletrônica de varredura (MEV), Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC), Termogravimetria (TG). Os compósitos foram também caracterizados quanto à Análise Térmica Dinâmico-Mecânica (DMTA) e propriedades mecânicas (impacto e flexão). Os resultados de impacto, flexão e DMTA apresentados pelos compósitos mostraram que a incorporação dos óleos nas diferentes composições, principalmente CO, no geral levou a melhores propriedades quando comparados aos compósitos BPEAD/Fibra, indicando uma possível ação dos óleos como compatibilizante na interface fibra/matriz. O compósito BPEAD/15%CO/15%Fibra apresentou uma maior resistência ao impacto (280 Jm-1) se comparado ao BPEAD (234 Jm-1), indicando o efeito compatibilizante do COAs propriedades de compósitos (BPEAD/5%CO, CA, OSE ou OLE/10%Fibra) reforçados com curauá (3mm), processados em misturador interno e termoprensados foram comparadas com aqueles processados por extrusão e moldados por injeção. A resistência ao impacto dos compósitos processados via extrusão BPEAD/CO (287 Jm-1), CA (240 Jm-1) ou OSE/Fibra (222 Jm-1) foi maior quando comparada aos compósitos processados via misturador interno BPEAD/CO (114 Jm-1), CA (123 Jm-1) ou OSE/Fibra (110 Jm-1). A análise de DMTA também mostrou que o compósito BPEAD/5%CO/10%Fibra preparado por extrusão/injeção apresentou maior módulo de armazenamento (E´) a 30°C de 1660 MPa, enquanto que o compósito processado via misturador interno apresentou E´ de 1219 MPa. Comparando as propriedades mecânicas dos compósitos processados por extrusão/injeção com a dos processados por misturador interno Haake/termoprensagem, conclui-se que extrusão/injeção é um processo mais eficiente para a preparação de compósitos de fibras curtas. O presente estudo também avaliou o potencial de aplicação de nanocristais de celulose (NCC) em filmes baseados em BPEAD. NCCs foram obtidos a partir da hidrólise ácida da fibra de curauá, e foram utilizados (3, 6 e 9 %) na preparação de filmes de BPEAD, visando à obtenção de nanocompósitosOs nanocristais de curauá apresentaram formato acicular, espessura média de 10 ± 2 nm e comprimento médio de 187 ± 3 nm. Os nanocompósitos reforçados com nanocristais de curauá foram processados por extrusão, também usando CO (3, 6 e 9%), visando avaliar a ação do mesmo como agente de dispersão de NCC na matriz apolar de BPEAD. Os respectivos filmes foram preparados por calandragem (3, 6 e 9 % de NCC). A partir dos resultados obtidos para estes filmes, a porcentagem de NCC foi fixada em 3%, e 3% como porcentagem de óleo vegetal, por terem sido estas as condições que levaram ao melhor conjunto de resultados. Além de CO, OSE e OLE também foram usados e, além do processamento extrusão/calandragem, extrusão/termoprensagem também foi considerado, a fim de comparar as propriedades obtidas nos dois processamentos. Os filmes foram caracterizados por várias técnicas, tais como, calorimetria exploratória diferencial, termogravimetria, DMTA, ensaio de tração, MEV e reologia. A presença de nanocristais prejudicou algumas propriedades do BPEAD, como resistência a tração. O módulo de Young do filme de BPEAD preparado por extrusão/calandragem foi de 330 MPa e do nanocompósito BPEAD/3%CO/3%NCC foi de 211 MP. . A análise de reologia e de DMTA mostrou que a presença de NCC leva a um material mais rígido, e o uso de óleos vegetais na preparação de filmes, levou a uma distribuição mais homogênea dos NCCs na matriz de BPEAD e a uma melhor adesão na interface, evidenciando o efeito compatibilizante dos óleos. Pode-se destacar a atuação de CO, conforme demonstrado pela diminuição de 0 (viscosidade a taxa de cisalhamento zero) dos nanocompósitos BPEAD/CO, OSE ou OLE/NCC, comparativamente a BPEAD/NCC, tanto para filmes calandrados como para termoprensadosAs propriedades óticas dos nanocompósitos indicaram que a presença dos óleos levou a filmes menos opacos, para ambos os tipos de processamentos usados. Com relação aos diferentes processamentos usados na preparação dos filmes baseados em BPEAD, óleos e nanocristais, o melhor conjunto de resultados, com destaque para aqueles obtidos no ensaio de tração, foram resultantes do processamento via extrusão/termoprensagem, indicando que este processamento deve favorecer a dispersão de NCCs na matriz de BPEAD. Os resultados desse trabalho apontaram para boas perspectivas para o uso de nanocristais de celulose em filmes baseados em BPEAD (ou PEAD), utilizando óleos vegetais como compatibilizantes e também mostraram que é possível obter melhorias nas propriedades dos nanocompósitos através de processos mais adequados para a escala industrial, como a extrusão. No presente estudo, contribuiu-se para com o desenvolvimento de materiais que, dentre outras propriedades, na sua produção, utilização e substituição, ocorra menor emissão de CO2 para a atmosfera, comparativamente a outros materiais
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  • Data da defesa: 30.05.2014
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    • ABNT

      CASTRO, Daniele Oliveira de; FROLLINI, Elisabete. Biocompósitos a partir de "polietileno verde", óleos vegetais, macro e nano fibras de curauá. 2014.Universidade de São Paulo, São Carlos, 2014. Disponível em: < http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/75/75134/tde-10122014-161805/publico/DanieleOliveiradeCastro_Revisado.pdf >.
    • APA

      Castro, D. O. de, & Frollini, E. (2014). Biocompósitos a partir de "polietileno verde", óleos vegetais, macro e nano fibras de curauá. Universidade de São Paulo, São Carlos. Recuperado de http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/75/75134/tde-10122014-161805/publico/DanieleOliveiradeCastro_Revisado.pdf
    • NLM

      Castro DO de, Frollini E. Biocompósitos a partir de "polietileno verde", óleos vegetais, macro e nano fibras de curauá [Internet]. 2014 ;Available from: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/75/75134/tde-10122014-161805/publico/DanieleOliveiradeCastro_Revisado.pdf
    • Vancouver

      Castro DO de, Frollini E. Biocompósitos a partir de "polietileno verde", óleos vegetais, macro e nano fibras de curauá [Internet]. 2014 ;Available from: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/75/75134/tde-10122014-161805/publico/DanieleOliveiradeCastro_Revisado.pdf


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