Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1843/52457
Type: Tese
Title: Produção e caracterização de painéis compósitos constituídos de resíduos lignocelulósicos e misturas de resinas epóxi sintética e de óleo vegetal residual epoxidado
Other Titles: Production and characterization of composite panels consisting of lignocellulosic residues and mixtures of synthetic epoxy resins and epoxy residual vegetable oil
Authors: Washington Moreira Cavalcanti
First Advisor: Leandro Soares de Oliveira
First Referee: Paulo Eustáquio de Faria
Second Referee: Marcio Arêdes Martins
Third Referee: Juan Carlos Campos Rubio
metadata.dc.contributor.referee4: Francisco Antônio Rocco Lahr
Abstract: Desde a última década, os cientistas e pesquisadores das áreas de engenharia de materiais têm demonstrado certa inquietação com questões como a sustentabilidade e proteção ambiental. A opção por desenvolver materiais compósitos lignocelulósicos apresenta-se como uma alternativa ambientalmente aplicável para as indústrias transformações, possibilitando o desenvolvimento de novos materiais com características técnicas especiais a fim de otimizar as propriedades físico-mecânicas desses materiais. Neste contexto, este trabalho descreve um estudo sobre o desenvolvimento, produção e caracterização de novos painéis compósitos constituídos de resíduos lignocelulósicos provenientes de casca de café e misturas de resinas epóxi sintética e de óleo vegetal residual epoxidado. Para este estudo, a metodologia de pesquisa adotada engloba a revisão bibliográfica, levantamento, preparação, organização e dados e análise experimental. Os compósitos híbridos foram preparados a partir da combinação de partículas de casca de café não tratadas e alcalinizadas, respectivamente, como reforços da mistura da matriz de resinas epóxi (DGEBA) e óleo de soja residual epoxidado (OSRE). Para este estudo, o composto de OSRE-DGEBA foi preparado utilizando-se a técnica de cura a quente (tremocura), e foram estudados conteúdos de partículas de casca de café de 30 % (m/m) com matriz composta por óleo vegetal residual epoxidado de 50 % e resina epóxi à base de petróleo de 50%. A massa específica dos compósitos foi na faixa de 1.130 a 1.380 kg/m3, com o menor valor para o maior teor de partículas de casca de café. A espectroscopia em infravermelha de transformação Fourier foi usada com sucesso para monitorar a epoxidação dos óleos vegetais e a subsequente cura das resinas epóxis e painéis de partículas. A estabilidade térmica do composto foi ditada pelo seu teor lignocelulósico e perdas significativas de massa ocorreram em temperaturas superiores a 300ºC, independentemente do teor de partículas de resíduos de casca de café. A matriz polimérica foi caracterizada pelos testes de termogravimetria (TGA), espectrometria no infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) e índice de fluidez (MFI). As fibras de casca de café foram caracterizadas por microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os compósitos lignocelulósicos foram preparados utilizando uma matriz metálica (molde) onde foram conformados os corpos de prova para os ensaios de tração, flexão em três pontos, impacto Izod e avaliação estatística por análise de variância (ANOVA). As seções transversais das amostras submetidas aos ensaios mecânicos foram caracterizadas quanto a morfologia, microestrutura e interface matriz polimérica-carga orgânica. Também foram caracterizadas as propriedades térmicas, físico-químicas, higroscópicas e de inflamabilidade. Foi revelado que os compósitos lignocelulósicos apresentaram índices positivos quanto aos módulos de elasticidade em tração e flexão, rigidez e redução da tenacidade sob impacto. Foi observado que, para este estudo, os valores da resistência à tração com reforço de carga orgânica se apresentaram menor que o da matriz polimérica. Os resultados apurados e a caracterização dos materiais pesquisados demonstraram que o processo desenvolvido se mostrou viável para a manufatura dos novos painéis compósitos constituídos de resíduos lignocelulósicos e misturas de resinas epóxi, que exibiram propriedades mecânicas superiores ou similares a diversos materiais usados em outros estudos.
Abstract: Since the last decade, scientists and developers in the fields of materials engineering have shown concern about sustainability and environmental protection issues. The option to develop lignocellulosic composite materials presents itself as an environmentally correct alternative for the manufacturing industries, enabling the development of new materials with special technical characteristics in order to optimize the physical-mechanical properties of these materials. In this context, this work presents a study on the development, production and characterization of new composite panels made of lignocellulosic residues from coffee husks and mixtures of synthetic epoxy resins and epoxidized residual vegetable oil. For this study, the research methodology adopted encompasses the literature review, survey, preparation, organization and data and experimental analysis. The hybrid composites were prepared from the combination of untreated and alkalized coffee husk particles, respectively, as reinforcements of the mixture of epoxy resin matrix (DGEBA) and epoxidized residual soybean oil (OSRE). For this study, the OSRE-DGEBA compound was prepared using the thermo-curing technique, and coffee husk particle contents of 30% (m/m) with a matrix composed of 50% epoxidized residual vegetable oil were studied. and 50% petroleum-based epoxy resin. The specific mass of the composites was in the range of 1,130 to 1,380 kg/m3, with the lowest value for the highest content of coffee husk particles. Fourier transformation infrared spectroscopy has been successfully used to monitor the epoxidation of vegetable oils and the subsequent curing of epoxy resins and particle boards. The thermal stability of the compost was dictated by its lignocellulosic content and significant mass losses occurred at temperatures above 300ºC, regardless of the content of coffee husk residue particles. The polymer matrix was characterized by thermogravimetry (TGA), Fourier transform infrared spectrometry (FTIR) and flow index (MFI) tests. Coffee husk fibers were characterized by scanning electron microscopy (SEM). The lignocellulosic composites were prepared using a metallic matrix (mold) where the specimens were shaped for the tensile, three-point bending and Izod impact tests, in addition, a statistical evaluation was performed by analysis of variance (ANOVA). The cross-sections of the samples submitted to mechanical tests were characterized in terms of morphology, microstructure and polymer matrix-organic filler interface. Thermal, physicochemical, hygroscopic and flammability properties were also characterized. It was revealed that the lignocellulosic composites showed positive indices for the modulus of elasticity in traction and bending, stiffness and reduced toughness under impact. It was observed that, for this study, the values of tensile strength with reinforcement of organic filler were lower than those of the polymer matrix. The results obtained and the characterization of the researched materials demonstrate that the process developed is a viable manufacturing technique for the new composite panels made up of lignocellulosic residues and mixtures of epoxy resins, which exhibited superior or similar mechanical properties to several materials used in other studies.
Subject: Engenharia mecânica
Compósitos
Resinas epóxi
Óleos vegetais
Café - Resíduos
Propriedades mecânicas
language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecanica
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/52457
Issue Date: 28-Oct-2022
Appears in Collections:Teses de Doutorado

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