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Tratamento superficial de fibra de coco e aplicação em materiais compósitos como reforço do polipropileno

Leão, Rosineide Miranda 21 March 2012 (has links)
Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2012. / Submitted by Sabrina Silva de Macedo (sabrinamacedo@bce.unb.br) on 2012-06-22T15:40:27Z No. of bitstreams: 1 2012_RosineideMirandaLeao.pdf: 2193950 bytes, checksum: 8db46fb82bf2d9aecbf9c07c247c72af (MD5) / Approved for entry into archive by Guimaraes Jacqueline(jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2012-08-22T10:46:38Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2012_RosineideMirandaLeao.pdf: 2193950 bytes, checksum: 8db46fb82bf2d9aecbf9c07c247c72af (MD5) / Made available in DSpace on 2012-08-22T10:46:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2012_RosineideMirandaLeao.pdf: 2193950 bytes, checksum: 8db46fb82bf2d9aecbf9c07c247c72af (MD5) / As fibras naturais apresentam boas propriedades mecânicas, considerável biodegradabilidade e baixo custo em relação às fibras sintéticas, e ainda provêm derecursos renováveis. Por outro lado, a compatibilidade entre fibras naturais hidrofílicas emateriais poliméricos sintéticos hidrofóbicos é um desafio na aplicação desses materiaiscompósitos. Deste modo, o principal objetivo deste trabalho foi testar alguns tratamentossuperficiais sobre a fibra de coco antes de aplicar como reforço do polipropileno.Inicialmente, as fibras de coco foram submetidas à caracterização química por meio dahidrólise ácida, determinação de teor de extrativos e umidade. Três procedimentosdiferentes foram aplicados no tratamento da superfície das fibras de coco: 1) tratamentocom água quente a 80°C; 2) solução de NaOH 2% (m/v); e 3) sequência com água quente a80°C, solução de extran 20% (v/v), solução de acetona/água (1:1, v/v) e solução de NaOH10% (m/v). A eficiência da modificação química foi avaliada pelas análises de FTIR(espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier) e MEV (microscopiaeletrônica de varredura). Depois da modificação química, os compósitos de polipropilenoreforçados com 10 e 20% de fibras de coco foram obtidos por meio de um misturadortermocinético. O tempo de mistura para a preparação do compósito (fibra e matriz) foimedido. Além disso, a influência do teor de fibras modificadas nos compósitos foiestudada por análises térmicas (TGA – análise termogravimétrica e DSC – calorimetriaexploratória diferencial). A composição química da fibra de coco em massa foi de 28,0%de celulose, 19,8% de hemicelulose, 41,1% de lignina, 1,33% de cinzas e 8,6% deextrativos. O tempo de mistura para a preparação dos compósitos com 10% em massa defibra foi em média de 171 s e para 20% em massa de fibra foi de 1065 s. O tempo demistura elevado pode causar quebra excessiva e degradação térmica das fibras, afetando aspropriedades dos compósitos. A análise de FTIR identificou claramente nos espectros, umaredução do pico em 1730 cm-1 com as sequências de tratamento. Esta banda écorrespondente à macromolécula de hemicelulose. Entretanto, a caracterização por MEVmostrou que o tratamento químico mudou a morfologia das fibras. As curvastermogravimétricas (TG) mostraram que a inserção das fibras provocou uma diminuição daestabilidade térmica dos compósitos de 20% m/m. Já, as curvas DSC revelaram que oprocesso de cristalização do PP foi favorecido pela inserção das fibras. ____________________________________________________________________________________ ABSTRACT / The natural fibers have good mechanical properties, considerably biodegradability, andlow cost in respect to synthetic fibers and still provide from renewable resources.Moreover, the compatibility between hydrophilic natural fibers and synthetic hydrophobicpolymeric materials is a challenge at the application of these composite materials. Thus,the main objective of this study was to test some superficial treatments on coconut fiberbefore applying as reinforcement of polypropylene. Initially, the coconut fibers weresubmitted to chemical characterization by acid hydrolysis, determination of extractives andmoisture content. Three different procedures of surface modification were applied tococonut fibers: 1) treatment with hot water at 80 °C; 2) NaOH 2% (w/v) solution; and 3)sequence with hot water 80°C, extran 20% (v/v) solution; acetone/water (1:1, v/v) solutionand NaOH 10% (w/v) solution. The chemical modification efficiency was verified byFTIR analysis (Fourier transformer infrared spectroscopy) and MEV (scanning electronmicroscopy). After the chemical modification, polypropylene composites reinforced with10 and 20% of coconut fibers were obtained by a thermokinetic mixer. The mixing time forthe preparation of the composite (fiber and matrix) was measured. Furthermore, theinfluence of modified fibers content in the composites was studied by thermal analysis(TGA – thermogravimetric analysis and DSC – differential scanning calorimetry). Thechemical composition of coconut fiber mass was 28,0% of cellulose, 19,8% ofhemicellulose, 41,1% of lignin, 1,33% of ash and 8,6% of extractives. The mixing time forpreparation of composites with 10% by weight of fibers reaches to 171 s and for 20% byweight, 1065 s. The elevated time expended to mixing could cause excessive breakdownand thermal degradation of the fibers, affecting the composites properties. The FTIRspectra analysis clearly identified a reduction of the band in 1730 cm-1 with the chemicaltreatment sequences. This band corresponds to hemicellulose macromolecule. However,the SEM characterization showed that the chemical treatment changed the morphology ofthe fibers. The thermogravimetric curves showed that the insertion of the fibers caused adecrease in thermal stability of the composite with 20% (w/w). Already the DSC curvesshowed that the crystallization process of the PP was favored by the insertion of the fibers.
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Produção e propriedades de painéis de fibra de coco verde (Cocos nucifera L.) em mistura com cimento Portland / Production and properties of coir (Cocos nucifera L.) fiber panels mixed with Portland cement

Ferraz, Joana Mendes 25 February 2011 (has links)
Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Florestal, 2011. / Submitted by Albânia Cézar de Melo (albania@bce.unb.br) on 2011-05-16T16:43:58Z No. of bitstreams: 1 2011_JoanaMendesFerraz.pdf: 2828039 bytes, checksum: 86af5bfda7612fa174aeb5849ce5a228 (MD5) / Approved for entry into archive by Elna Araújo(elna@bce.unb.br) on 2011-05-16T19:06:33Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2011_JoanaMendesFerraz.pdf: 2828039 bytes, checksum: 86af5bfda7612fa174aeb5849ce5a228 (MD5) / Made available in DSpace on 2011-05-16T19:06:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2011_JoanaMendesFerraz.pdf: 2828039 bytes, checksum: 86af5bfda7612fa174aeb5849ce5a228 (MD5) / Os objetivos do presente estudo foram avaliar o desempenho da fibra do coco (Cocos nucifera L.) para a confecção de compostos de cimento Portland, por meio do estudo da compatibilidade química do coco com o cimento, dos tratamentos das partículas de coco para melhorar esta compatibilidade e das propriedades físicas e mecânicas dos painéis. Para o estudo de compatibilidade foram feitos três tratamentos prévios do coco verde - imersão em água a temperatura ambiente por 72 horas (água fria), imersão em água a 80oC por 90 minutos (água quente) e imersão em solução aquosa de NaOH 5% por 72 horas (NaOH) –, além da adição de 4% de CaCl2 à mistura e o coco in natura. No ensaio de inibição, mediu-se a evolução da temperatura de hidratação do cimento na ausência e na presença das fibras de coco in natura e tratadas (água fria, água quente e NaOH), além da adição de 4% de CaCl2. Posteriormente, foram escolhidos três tratamentos (adição de 4% CaCl2, água quente e NaOH) que obtiveram melhores índices de inibição e duas relações cimento/fibra de coco (3:1 e 4:1) para a confecção de 24 painéis com densidade de 1,20 g/cm³. Após 28 dias de cura, de cada painel foram retirados corpos de prova para a sua caracterização. Esta caracterização foi feita por meio dos ensaios de flexão estática (MOE, MOR), compressão paralela (COMP), ligação interna (LI), inchamento em espessura (IE) e absorção de água (ABS) (2 e 24 horas de imersão em água) conduzidos de acordo com a norma NBR 14810-3 (ABNT, 2002). O ensaio de inibição classificou a fibra in natura como de “extrema inibição”, ratificando a necessidade de se fazer um tratamento. Os tratamentos feitos na fibra do coco influenciaram, positivamente, a compatibilidade entre o cimento e o coco. Os painéis produzidos com fibras tratadas com água quente e com a adição de CaCl2 apresentaram-se resistentes, no entanto as fibras de coco tratadas com NaOH produziram um painel com propriedades físicas e mecânicas insatisfatórias. ______________________________________________________________________________ ABSTRACT / The objectives of the present study were to assess the performance of coir fiber (Cocos nucifera L.) for manufacturing Portland cement composites, through the study of the chemical compatibility of coir fiber with cement, the particle treatments used to improve such compatibility and of the panels’ physical and mechanical properties. For the compatibility assessment, three coir pretreatments were tested – immersion in water at room temperature for 72 hours (cold water); immersion in water at 80°C (176ºF) for 90 minutes (hot water); and immersion in NaOH 5% aqueous solution for 72 hours (NaOH) – aside from adding 4% of CaCl2 to the mixture and in natura coir fiber. A hydration essay was conducted, and consisted in measuring the temperature evolution of cement hydration in absence and presence of in natura coir fibers, treated fibers (cold water, hot water and NaOH) and addition of a 4% CaCl2. Later, three treatments (adding 4% of CaCl2, hot water and NaOH – due to their better hydration indexes) and two cement:coir fiber ratio (3:1 and 4:1) were chosen for manufacturing 24 panels with 1,20 g/cm³. After 28 days of setting, five specimens were cut from each panel for properties characterization. This characterization was made through static bending (MOE, MOR), parallel compression (COMP), internal bond (LI), thickness swelling (IE) and water absortion (ABS) (2 and 24 hours water immersion) tests, all of them performed according to NBR 14810-3 standard (ABNT, 2002). The hydration test rated in natura coir fiber as “extreme inhibition”, ratifying the need to apply treatments. Coir fiber treatments influenced positively the compatibility between coir fiber and cement. Panels produced with fibers treated with hot water immersion and with CaCl2 adding were resistant, but coir fibers treated with NaOH produced a board with unsatisfying physical and mechanical properties.
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Estudo comparativo das propriedades mecânicas e térmicas entre compósitos de PHB (Polihidroxibutirato) reforçados com casca de arroz ou fibra de coco

Moura, Adriana da Silva 04 April 2014 (has links)
Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade Gama, Faculdade de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Integridade de Materiais da Engenharia, 2014. / Submitted by Albânia Cézar de Melo (albania@bce.unb.br) on 2014-08-21T15:29:31Z No. of bitstreams: 1 2014_AdrianaSilvaMoura.pdf: 2970094 bytes, checksum: a8972ad24e8934d465ea66a536ee0938 (MD5) / Approved for entry into archive by Guimaraes Jacqueline(jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2014-08-22T11:55:27Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_AdrianaSilvaMoura.pdf: 2970094 bytes, checksum: a8972ad24e8934d465ea66a536ee0938 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-08-22T11:55:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_AdrianaSilvaMoura.pdf: 2970094 bytes, checksum: a8972ad24e8934d465ea66a536ee0938 (MD5) / Atualmente, nossa sociedade passou a preocupar-se em desenvolver tecnologias mais “verdes” com o intuito de reduzir impactos ao meio ambiente. Assim, o desenvolvimento de estudos na área de compósitos reforçados com fibras naturais teve um grande impulso. Um dos fatores que favorecem a utilização das fibras naturais é a sua abundância na natureza e o fato de que provêm de recursos renováveis. Deste modo, o principal objetivo deste trabalho é estudar e comparar as propriedades mecânicas e térmicas de compósitos de PHB (polihidroxibutirato) reforçados com casca de arroz ou fibra de coco. Inicialmente, a casca de arroz e a fibra de coco foram submetidas a tratamento da superfície com água quente a 80ºC. A eficiência deste tratamento foi avaliada pelas análises de FTIR (espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier) e MEV (microscopia eletrônica de varredura), que também foram utilizadas para avaliação da interface fibra-matriz dos compósitos.Os Compósitos de PHB com 10% e 20% em massa de casca e fibra foram obtidos em câmara de mistura Haake, tendo como temperatura de processamento 160°C e a velocidade de cisalhamento de 60 rpm e, depois de injetados, foram caracterizados extensivamente por ensaios mecânicos (tração e impacto).O PHB puro e o compósito de PHB reforçado com casca e fibra foram caracterizados por análises de TGA - análise termogravimétrica e DSC – calorimetria exploratória diferencial.Os resultados mostraram que os compósitos obtidos em câmara de mistura apresentam distribuição uniforme da casca e fibra dentro da matriz. Os compósitos de casca de arroz e fibra de coco in natura 10%/PHB aumentaram a resistência à tração em relação ao PHB puro e as fibras de coco in natura e tratadas de 10% e 20%/PHB aumentaram a resistência ao impacto consideravelmente em relação ao PHB puro. A análise da microestrutura por MEV dos materiais compósitos mostrou boa adesão entre fibra e matriz. As análises térmicas mostraram que a estabilidade térmica do PHB puro é semelhante à dos compósitos. Para as curvas DSC, com a adição de reforço, houve uma diminuição do grau de cristalinidade do PHB em relação ao PHB puro. Desta forma, conclui-se que o reforço do PHB com fibras de coco e cascas de arroz melhora as propriedades físicas do PHB, na maioria dos casos, além de se obter um material mais amigável ao meio ambiente, por que permitem o aproveitamento de resíduos, mitigando o problema de destinação. ______________________________________________________________________________ ABSTRACT / Nowadays, our society has a concern in developing "greener" technologies as to reduce the impact on the environment. Hence, studies development in the area of composites reinforced with natural fibers had a considerable boost. One of the factors that favors the use of natural fibers is its abundance in nature and the fact that it comes from renewable resources. The main objective of this work is to study and compare the mechanical and thermal properties of composites PHB (polyhydroxybutyrate) boosted with rice husk or coconut fiber. Initially, rice hulls and coconut fibers were subjected to surface treatment with hot water at 80°C. The efficiency of this treatment was assessed by analysis of FTIR (infrared spectroscopy with Fourier transform) and SEM (scanning electron microscopy), which were also used to assess the fiber - matrix interface of composites. The composites of PHB with 10% to 20% by mass of hulls and fibers were obtained in a Haake chamber, with the processing temperature at 160°C and shear speed of 60 rpm and then injected were extensively characterized by mechanical tests (tensile and impact). The pure PHB and PHB composite reinforced with shell and fibers were characterized by thermal analysis - TGA and DSC analysis - differential scanning calorimetry. The results showed that the composite obtained in the mixing chamber had uniform distribution of hulls and fibers within the matrix. The composites of rice hulls and coconut fiber in natura 10 %/PHB increased tensile strength compared to pure PHB and coconut fibers in natura and treated with 10% and 20 % / PHB increased impact resistance considerably compared to pure PHB. The analysis of the microstructure of the composite material by SEM revealed good adhesion between fiber and matrix. The thermal analysis showed that the thermal stability of pure PHB is similar to the composite. For the DSC curve, with the addition of reinforcement, there was a decrease in the degree of crystallinity of PHB compared to pure PHB. Thus, the study concludes that the enhanced PHB with coconut fibers and rice hulls improves the physical properties of PHB, in most cases, apart from obtaining a more environmentally friendly material, which allows the utilization of waste and mitigates the problem of disposal.

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