Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-04-24T16:05:47Z No. of bitstreams: 1 DOUGLAS ALEXANDRE SARAIVA LEÃO - TESE PPGEP 2014..pdf: 1444579 bytes, checksum: 17272fc64c2d76578d08692395e65bfe (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-24T16:05:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DOUGLAS ALEXANDRE SARAIVA LEÃO - TESE PPGEP 2014..pdf: 1444579 bytes, checksum: 17272fc64c2d76578d08692395e65bfe (MD5) Previous issue date: 2014-08-29 / A matriz energética brasileira é uma das mais limpas do mundo e, atualmente, mais de 45% de toda energia consumida no país provém de fontes renováveis. O álcool é um combustível que já tem o seu lugar assegurado nessa matriz, diante disso, o etanol de segunda geração pode se tornar uma fonte de energia para o Brasil e o mundo. Uma planta promissora na produção de bioetanol é o sisal, pois possui 90 % de açúcares fermentáveis e 10 % a mais de celulose que a cana-de-açúcar, além disso, o Brasil é o maior produtor de sisal do mundo. O objetivo do trabalho foi caracterizar a fibra do sisal, quanto à concentração de açucares por CLAE e a composição físico-química e térmica por meio de métodos convencionais e das técnicas de DRX, TG, DSC e MEV; determinar as melhores condições para o pré-tratamento ácido seguido de básico e realizar a hidrólise ácida e enzimática. Além de fermentar o licor hidrolisado de maior concentração de glicose. Para avaliar o pré-tratamento e a hidrólise ácida, usou-se duas granulometrias 0,21 e 0,49 mm da fibra e verificou-se os efeitos da temperatura e concentração de ácido na produção da xilose e glicose, utilizando como ferramenta um planejamento experimental fatorial. Para avaliar a hidrólise enzimática, verificou-se, por meio da aplicação de um planejamento experimental fatorial, o efeito da carga enzimática e a razão massa seca de fibra de sisal e extrato enzimático. Foram usadas as enzimas comerciais Celluclast 1.5L da Novozyme e betaglicosidase da Proenzyme. O pré-tratamento ácido seguido de básico mostrou-se bastante eficiente em concentrar a celulose, pela retirada da hemicelulose e lignina, provocando um aumento da celulose de 54 para 83%. Evidenciou-se a cristalinidade da fibra de sisal, comprovada por Difração de Raios X, modificou-se a morfologia da fibra, verificada por Microscopia Eletrônica de Varredura, e, por meio da Termogravimetria e Calorimetria Exploratória Diferencial comprovou-se a degradação da hemicelulose e lignina. Com o material pré-tratado, o processo de hidrólise enzimática foi mais eficiente na sacarificação, não ocorrendo eficácia para a hidrólise ácida. A hidrólise ácida com o material sem prétratamento provocou a sacarificação da celulose, no entanto, os valores obtidos de glicose são menores do que os obtidos na hidrólise enzimática que foi de 39000 ± 2700 mg.L-1. O licor hidrolisado enzimaticamente foi usado para a produção de etanol por meio de fermentação submersa, utilizando S. cerevisiae (Y904), desta forma, obteve-se uma produção de etanol de 19,4 g.L-1 em 7,3 h de fermentação. O monitoramento da cinética fermentativa em reator de batelada permitiu a avaliação do consumo de glicose, produção de etanol e massa microbiana. Em nível laboratorial a taxa especifica máxima de crescimento foi de 0,3 h-1, 96% de rendimento e produtividade de 2,7 g. L-1.h-1. / The Brazilian energy matrix is one of the cleanest in the world and currently more than 45% of all energy consumed in the country comes from renewable sources. The alcohol is a fuel already has its place assured in the Brazilian energy matrix, therefor the second-generation ethanol can become a source of energy for Brazil and the world. A promising plant to produce bioethanol is the sisal because it has 90% of fermentable sugars and 10% more cellulose than sugar cane, in addition to Brazil is the world's largest sisal producer. The objective was to characterize the sisal fiber, as the concentration of sugars by HPLC and the physicochemical composition chemical and thermal by means of conventional methods and techniques XRD, TG, DSC and MEV; determine the best conditions for the pre-treatment followed by acid perform basic and acidic and enzymatic hydrolysis. In addition to ferment the hydrolyzate liquor higher concentration of glucose. To evaluate the pre-treating and the acid hydrolysis it was used two grain sizes 0.21 and 0.49 mm fiber and found the effects of temperature and the concentration of acid in the production of xylose and glucose using as a tool factorial design. To assess the enzymatic hydrolysis was verified by applying a factorial design, the load effect enzyme and the dry weight ratio of sisal fiber and enzyme extract. The were used commercial enzymes of Celluclast 1.5L and Novozyme beta-glucosidase proenzyme. The pretreatment followed basic acid proved to be very effective in concentrating cellulose, by removing the hemicellulose and lignin, resulting in an increase in cellulose from 54 to 83%. Revealed a crystallinity of sisal fiber, proven by X-ray diffraction, has changed the morphology of the fiber, verified by microscopy Scanning Electron, and by Thermogravimetry and Scanning Calorimetry Differential proved the degradation of hemicellulose and lignin. With the material pretreated the enzymatic hydrolysis process was more efficient in saccharification, not occurring efficiency for acid hydrolysis. Acid hydrolysis of the material without pretreatment caused saccharification of cellulose however the values obtained glucose are smaller than those obtained in the enzymatic hydrolysis was 39000 ± 2700 mg l-1. The enzymatically hydrolysed liquor was used to produce ethanol by through submerged fermentation using S. cerevisiae (Y904), this way was obtained an ethanol yield of 19.4 gL1 in 7.3h of fermentation. The monitoring fermentation kinetics in batch reactor allowed assessment of glucose uptake, ethanol and microbial mass. In laboratory level the maximum specific rate growth was 0.3 h-1, 96% yield and productivity 2.7 g.L-1.h-1.

Considerando o grande interesse atual em biocompósitos, seja pela utilização de fibras lignocelulósicas como reforço em compósitos poliméricos ou pela produção de matrizes oriundas de fontes renováveis, buscou-se neste estudo a melhora de propriedades do termorrígido fenólico com a inserção de fibras de sisal tratadas com lignosulfonato de sódio. As fibras de sisal, largamente produzidas no Brasil, são provenientes de fontes renováveis, possuem baixa densidade e apresentam boas propriedades mecânicas. Lignosulfonatos são obtidos através do processo de polpação sulfito da madeira, sendo considerado material renovável. As fibras de sisal foram modificadas via adsorção de lignosulfonato via aquecimento a 70 °C/1h e por meio de irradiação com ultra-som em diferentes tempos (1h e 2h) e por 14h de imersão na solução aquosa de lignosulfonato seguindo de 1 h de irradiação com ultra-som. O lignosulfonato também foi utilizado como substituinte do fenol no preparo de resinas fenol-formaldeído, o que é possível devido à presença de anéis fenólicos em sua estrutura. As fibras de sisal, antes e após os tratamentos, foram caracterizadas segundo teor de componentes majoritários, análise elementar, microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia na região do infravermelho (IV), ensaio de tração, análise térmica (TG e DSC) e difração de raios X. Estes resultados revelaram o efeito do ultra-som sobre a superfície da fibra, a presença de lignosulfonato na superfície das fibras e aumento relativo da resistência à tração após as modificações. Os pré-polímeros fenólico e lignosulfonato-formaldeído foram caracterizados por cromatografia de exclusão de tamanho, IV, TG e DSC. Os compósitos preparados em todo trabalho foram caracterizados por ensaio de resistência ao impacto Izod sem entalhe, ensaio de resistência à flexão, análise térmica dinâmico-mecânica, TG, DSC, ensaio de absorção de água e condutividade térmica. O ensaio de resistência ao impacto para os compósitos fenólicos indicaram uma melhora nesta propriedade quando fibras modificadas (à 70 °C/1 h e ultra-som/1 h) foram utilizadas para preparar estes materiais. O ensaio de flexão também indicou melhora de propriedade quando as fibras modificadas por irradiação com ultra-som (1 e 2 h) foram utilizadas em compósitos fenólicos. Os resultados obtidos mostraram que os tratamentos com lignosulfonato de sódio associados a irradiação ultra-som é um tratamento promissor, pois modifica a morfologia da superfície das fibras sem levar à degradação química, sendo que a separação dos feixes de fibra que ocorre permite melhor interação fibra/matriz na interface. O ensaio de absorção de água, mostrou que os tratamentos aplicados à superfícies influenciam pouco na absorção de água dos compósitos fenólicos. Todos os compósitos preparados com matriz lignosulfonato-formaldeído obtiveram valores resistência ao impacto superiores que os compósitos fenólicos, sendo que o compósito preparado com fibra não-modificada alcançou 1000 J.m-1. As modificações nas fibras de sisal, para estes compósitos, não provocaram os efeitos esperados nas propriedades mecânicas destes materiais, embora se tenha observado uma boa adesão na interface fibra/matriz pelas imagens de MEV, resultado da semelhança químico-estrutural entre a matriz e a fibra de sisal. Uma melhora nas propriedades mecânicas dos materiais aqui investigados faz com que estes se tornem atraentes para aplicações nas indústrias automobilística e aeronáutica, visto que na sua produção são utilizados materiais oriundos de fontes renováveis, como as fibras lignocelulósicas e o lignosulfonato, e tratamentos físicos, como o aquecimento e a irradiação de ultra-som, estando de acordo com políticas de sustentabilidade e preservação do meio-ambiente. / Due to the great current interest in biocomposites because of both the use of lignocellulosic fibers as reinforcers of polymer matrices and the production of matrices prepared from renewable raw material, this study has sought to improve the properties of phenolic thermosets using sodium lignosulphonate as a macromonomer, and the insertion of sisal fibers, either treated or not with sodium lignosulphonate, as a reinforcer. Sisal fibers, which are widely produced in Brazil, are renewable, have low density, and present good mechanical properties. Lignosulphonates are obtained by a wood sulphite pulping process, thus using materials from a renewable source. The sisal fibers were modified by lignosulphonate adsorption by heating at 70 °C for 1 h, followed by sonication for different time periods (1 h and 2 h) or by immersion for 14 h in aqueous lignosulphonate solution, followed by sonication for 1 h. Fiber surface treatment by adsorption of a compatibilizing agent rather than by chemical reaction was chosen with the intent of minimizing the reduction of the fiber mechanical properties. The major sisal fiber components were characterized before and after treatment by elemental analysis, scanning electron microscopy, infrared spectroscopy (IR), tensile strength, thermogravimetry (TG) and differential scanning calorimentry (DSC), and X-ray diffraction. The treatments resulted in a significant increase in fiber tensile strength. The phenolic pre-polymers and lignosulphonate-formaldehyde were characterized by size exclusion chromatography, IR, TG, and DSC. The composites were characterized as to Izod impact strength, flexural strength, dynamic mechanic thermal analysis, TG and DSC, water absorption, and thermal conductivity. The phenolic composites reinforced with modified fibers (70 °C/1 h and sonication/1 h) presented improved impact strength. The flexural strength of phenolic composites reinforced with sonication modified fibers (1 and 2 h) improved. The results obtained demonstrate that fiber treatment with sodium lignosulphonate associated with sonication is a promising method, as it modifies the surface morphology of the fibers without drastically changing their properties. The resulting fiber bundle separation allows for a better fiber/matrix interaction. The water absorption assay demonstrated that the fiber surface treatment had little influence on the water absorption of phenolic composites reinforced with these fibers. All the composites prepared with the lignosulphonate-formaldehyde matrix had higher impact strength than phenolic composites; the composite prepared with non-modified fiber reached 1000 J.m-1. The modification of sisal fibers in these composites did not induce effects on the material mechanical properties. However, good adhesion was observed at the fiber/matrix interface, as shown by the SEM images, due to the chemical-structural similarity of the matrix and treated sisal fiber. In this case, the modification of the matrix formulations was the factor that most influenced the material properties. Both the thermosets and the composites had similar thermal conductivity, that is, the presence of untretated or treated sisal fibers did not alter the thermal conductivity of the material. The materials properties that were investigated here show that they may have potential application in the car and aircraft industries (non-structural applications) with the advantage that their production uses renewable resource materials, such as lignocellulosic fibers and lignosulphonate, and physical treatments, such as heating and sonication, meeting the current sustainability and environment preservation policies.

Submitted by Cleide Dantas (cleidedantas@ufpa.br) on 2014-04-11T14:14:43Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_MaterialCompositoMatriz.pdf: 3287134 bytes, checksum: 7b7c1ee635985a997b7df99e008cd690 (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Rosa Silva (arosa@ufpa.br) on 2014-06-23T12:34:35Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_MaterialCompositoMatriz.pdf: 3287134 bytes, checksum: 7b7c1ee635985a997b7df99e008cd690 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-06-23T12:34:35Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_MaterialCompositoMatriz.pdf: 3287134 bytes, checksum: 7b7c1ee635985a997b7df99e008cd690 (MD5) Previous issue date: 2010 / Este estudo propõe avaliar o comportamento mecânico dos compósitos de matriz cimentícia reforçados com fibras de sisal e malva. Correlacionar o comportamento dos materiais com variação do tipo e do comprimento das fibras. O material base utilizado na fabricação do compósito foi cimento, areia, água e fibra de sisal e malva. Usou-se u traço 1 : 2 : 0,5 (cimento, areia e água), com adição de 1% de fibras em relação ao peso da mistura. As fibras foram previamente cortadas no comprimento de 15 mm e 25 mm e adicionadas manualmente à mistura. As correlações dos compósitos foram obtidos através do ensaio de flexão em três pontos, seguindo norma RILEM 49. As características micro-estruturais foram avaliadas através do uso do microscópio eletrônico de varredura.Os resultados obtidos indicam que a inserção de fibras na matriz cimentícia diminui a força máxima aplicada no corpo de prova, porém houve um ganho na tenacidade e na pseudo ductilidade do material após o aparecimento da 1ª trinca. As fibras mais longas mostraram melhor desempenho com um pequeno destaque às fibras de MALVA. / The purpose of this thesis is evaluate the mechanical behavior of cementitious matrix composites reinforced with sisal fibers and mauve, and correlate the material’s behavior with variations in the fibers types and lengths. The base material used in the manufacture of the composite was cement, sand, water and sisal fibers and mauve. It was used the trace 1: 2: 0,5 (cement, sand and water, respectively), with the addition of 1% in mass of fibers. The fibers had been previously cut in the length of 15mm e 25mm and manually added to the mix. The correlations of the composites were obtained by bending tests in three points, following the RILEM 49 norm. The micro-structural characteristics were evaluated with electron microscopy. The results show that the insertion of fibers in the cementitious matrix reduces the maximum force applied to the specimen, even tough there was an increase in the material toughness and pseudo-ductility after the appearance of the first fissure. The longest fibers demonstrated better performance with a small highlight on the mauve fibers.

Submitted by ANA KARLA PEREIRA RODRIGUES (anakarla_@hotmail.com) on 2017-08-03T17:32:35Z No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 3344225 bytes, checksum: 51629c806c0ec944118e7a7f8696ed4e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-03T17:32:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 3344225 bytes, checksum: 51629c806c0ec944118e7a7f8696ed4e (MD5) Previous issue date: 2016-08-26 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Sisal is a typical plant of the northeast, being resistant to dry climates. Brazil is the largest producer and exporter of the fiber, with 50% of world production. Sisal is a potential feedstock for the production of xylitol due to its lignocellulosic composition containing high sugar content. This study aimed to evaluate the potential of the hemicellulose fraction of sisal fiber for production of xylitol, in addition to determining the lignocellulosic composition, the most appropriate pretreatment to remove xylose and optimum conditions for fermentation. The pretreatments were carried out in stainless steel reactor for 1 hour 1:10 (w/v) sisal fiber/acidic or basic solution. The sisal fibers showed better lignocellulosic composition for xylitol production other biomasses currently used, for example, bagasse from sugar cane, corn stover, due to exhibit a greater amount of hemicellulose, about 10% more, and lower lignin content. The pretreatment acid, dilute sulfuric acid, xylose removal was more effective under conditions of higher acid content (2,5%) and temperature (120 ºC). In alkaline pretreatment it was observed that there was no removal of the hemicellulose fraction, since the treatment basic/acid solubilization xylose was inferior to the single acid treatment. The effectiveness of the pretreatment acid was confirmed by ray-x diffraction, scanning electron microscopy, Thermogravimetric and Infrared. In the XRD patterns was observed an increase in the crystallinity of the treated sample due to the removal of amorphous components (hemicellulose) in TG curves second mass loss phase characterized depolymerization of hemicellulose with a reduction of 20% of the material between fiber in nature and treated. In the micrographs that found after pretreatment with acid the outer layer of the fibers was removed, and cleaving the more complex structure existed before making visible the cellulosic fibrillar structure. In the best condition was observed hydrolyzate liquor produced in large scale and this was fermented using yeast Candida guilliermondii CCT 1516. At 96 hours there was the maximum production of xylitol, 3,14 g/L, but liquor from the fiber sisal showed levels of acetic acid (5,86 g/L) above those permitted. The conversion factor xylose to xylitol, which when production was maximum, was 0,32 g/g xylose and xylitol in conversion efficiency was 35%. In the fermentation process it was observed that the acetic acid has interacted with the microorganism so as to reduce xylose to xylitol conversion. Therefore, the sisal fiber showed satisfactory performance even in conditions where fermentation would be disadvantaged, producing xylitol. / O sisal é uma planta típica da região nordeste, sendo resistente a climas secos. O Brasil é o maior produtor e exportador mundial da fibra, com 50% da produção mundial. O sisal é uma matéria-prima potencial para produção de xilitol devido sua composição lignocelulósica, que contém elevado teor de açúcares. O presente trabalho teve como objetivo avaliar o potencial da fração hemicelulósica da fibra do sisal para produção de xilitol, além de determinar a composição lignocelulósica, o pré-tratamento mais adequado para remoção de xilose e as condições ideais para a fermentação. Os pré-tratamentos foram realizados em reator de aço inoxidável durante 1 hora na proporção de 1:10 (m/v) fibra de sisal/solução ácida ou básica. A fibra de sisal apresentou melhor composição lignocelulósica para produção de xilitol do que outras biomassas empregadas atualmente, como, por exemplo, o bagaço da cana de açúcar e a palha de milho, devido apresentar um maior valor de hemicelulose, cerca de 10% a mais, e menor teor de lignina. No pré-tratamento ácido, com ácido sulfúrico diluído, a remoção de xilose foi mais eficiente nas condições de maior teor de ácido (2,5%) e temperatura (120 ºC). No pré-tratamento alcalino observou-se que não houve remoção da fração hemicelulósica, já o tratamento básico/ácido a solubilização de xilose apresentou resultados inferiores ao tratamento ácido individual. A eficácia do pré-tratamento ácido foi confirmada através de Difração de raios-X, Microscopia eletrônica de varredura, Termogravimetria e Infravermelho. Nos difratogramas foi observado um aumento na cristalinidade da amostra tratada devido a remoção de componentes amorfos (hemicelulose), nas curvas TG a segunda etapa de perda de massa caracterizou a despolimerização da hemicelulose com redução de 20% desse material entre a fibra in natura e a tratada. Nas micrografias verificou-se que após o pré-tratamento com ácido a camada mais externa das fibras foi removida, além de clivar a estrutura mais complexa antes existente, tornando visível a estrutura fibrilar celulósica. Na melhor condição observada foi produzido o licor hidrolisado em grande escala e este foi fermentado utilizando a levedura Candida guilliermondii CCT 1516. No tempo de 96 horas verificou-se a produção máxima de xilitol, 3,14 g/L, porém o licor proveniente da fibra de sisal apresentou níveis de ácido acético (5,86 g/L) acima do permitido. O fator de conversão xilose em xilitol, no momento onde a produção foi máxima, foi 0,32 g/g e eficiência de conversão de xilose em xilitol foi de 35%. No processo fermentativo observou-se que o ácido acético interagiu com o microrganismo de forma a diminuir a conversão de xilose em xilitol. Portanto, a fibra de sisal apresentou rendimento satisfatório, mesmo em condições onde a fermentação seria desfavorecida, produzindo xilitol.

Considerando o grande interesse atual em biocompósitos, seja pela utilização de fibras lignocelulósicas como reforço em compósitos poliméricos ou pela produção de matrizes oriundas de fontes renováveis, buscou-se neste estudo a melhora de propriedades do termorrígido fenólico com a inserção de fibras de sisal tratadas com lignosulfonato de sódio. As fibras de sisal, largamente produzidas no Brasil, são provenientes de fontes renováveis, possuem baixa densidade e apresentam boas propriedades mecânicas. Lignosulfonatos são obtidos através do processo de polpação sulfito da madeira, sendo considerado material renovável. As fibras de sisal foram modificadas via adsorção de lignosulfonato via aquecimento a 70 °C/1h e por meio de irradiação com ultra-som em diferentes tempos (1h e 2h) e por 14h de imersão na solução aquosa de lignosulfonato seguindo de 1 h de irradiação com ultra-som. O lignosulfonato também foi utilizado como substituinte do fenol no preparo de resinas fenol-formaldeído, o que é possível devido à presença de anéis fenólicos em sua estrutura. As fibras de sisal, antes e após os tratamentos, foram caracterizadas segundo teor de componentes majoritários, análise elementar, microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia na região do infravermelho (IV), ensaio de tração, análise térmica (TG e DSC) e difração de raios X. Estes resultados revelaram o efeito do ultra-som sobre a superfície da fibra, a presença de lignosulfonato na superfície das fibras e aumento relativo da resistência à tração após as modificações. Os pré-polímeros fenólico e lignosulfonato-formaldeído foram caracterizados por cromatografia de exclusão de tamanho, IV, TG e DSC. Os compósitos preparados em todo trabalho foram caracterizados por ensaio de resistência ao impacto Izod sem entalhe, ensaio de resistência à flexão, análise térmica dinâmico-mecânica, TG, DSC, ensaio de absorção de água e condutividade térmica. O ensaio de resistência ao impacto para os compósitos fenólicos indicaram uma melhora nesta propriedade quando fibras modificadas (à 70 °C/1 h e ultra-som/1 h) foram utilizadas para preparar estes materiais. O ensaio de flexão também indicou melhora de propriedade quando as fibras modificadas por irradiação com ultra-som (1 e 2 h) foram utilizadas em compósitos fenólicos. Os resultados obtidos mostraram que os tratamentos com lignosulfonato de sódio associados a irradiação ultra-som é um tratamento promissor, pois modifica a morfologia da superfície das fibras sem levar à degradação química, sendo que a separação dos feixes de fibra que ocorre permite melhor interação fibra/matriz na interface. O ensaio de absorção de água, mostrou que os tratamentos aplicados à superfícies influenciam pouco na absorção de água dos compósitos fenólicos. Todos os compósitos preparados com matriz lignosulfonato-formaldeído obtiveram valores resistência ao impacto superiores que os compósitos fenólicos, sendo que o compósito preparado com fibra não-modificada alcançou 1000 J.m-1. As modificações nas fibras de sisal, para estes compósitos, não provocaram os efeitos esperados nas propriedades mecânicas destes materiais, embora se tenha observado uma boa adesão na interface fibra/matriz pelas imagens de MEV, resultado da semelhança químico-estrutural entre a matriz e a fibra de sisal. Uma melhora nas propriedades mecânicas dos materiais aqui investigados faz com que estes se tornem atraentes para aplicações nas indústrias automobilística e aeronáutica, visto que na sua produção são utilizados materiais oriundos de fontes renováveis, como as fibras lignocelulósicas e o lignosulfonato, e tratamentos físicos, como o aquecimento e a irradiação de ultra-som, estando de acordo com políticas de sustentabilidade e preservação do meio-ambiente. / Due to the great current interest in biocomposites because of both the use of lignocellulosic fibers as reinforcers of polymer matrices and the production of matrices prepared from renewable raw material, this study has sought to improve the properties of phenolic thermosets using sodium lignosulphonate as a macromonomer, and the insertion of sisal fibers, either treated or not with sodium lignosulphonate, as a reinforcer. Sisal fibers, which are widely produced in Brazil, are renewable, have low density, and present good mechanical properties. Lignosulphonates are obtained by a wood sulphite pulping process, thus using materials from a renewable source. The sisal fibers were modified by lignosulphonate adsorption by heating at 70 °C for 1 h, followed by sonication for different time periods (1 h and 2 h) or by immersion for 14 h in aqueous lignosulphonate solution, followed by sonication for 1 h. Fiber surface treatment by adsorption of a compatibilizing agent rather than by chemical reaction was chosen with the intent of minimizing the reduction of the fiber mechanical properties. The major sisal fiber components were characterized before and after treatment by elemental analysis, scanning electron microscopy, infrared spectroscopy (IR), tensile strength, thermogravimetry (TG) and differential scanning calorimentry (DSC), and X-ray diffraction. The treatments resulted in a significant increase in fiber tensile strength. The phenolic pre-polymers and lignosulphonate-formaldehyde were characterized by size exclusion chromatography, IR, TG, and DSC. The composites were characterized as to Izod impact strength, flexural strength, dynamic mechanic thermal analysis, TG and DSC, water absorption, and thermal conductivity. The phenolic composites reinforced with modified fibers (70 °C/1 h and sonication/1 h) presented improved impact strength. The flexural strength of phenolic composites reinforced with sonication modified fibers (1 and 2 h) improved. The results obtained demonstrate that fiber treatment with sodium lignosulphonate associated with sonication is a promising method, as it modifies the surface morphology of the fibers without drastically changing their properties. The resulting fiber bundle separation allows for a better fiber/matrix interaction. The water absorption assay demonstrated that the fiber surface treatment had little influence on the water absorption of phenolic composites reinforced with these fibers. All the composites prepared with the lignosulphonate-formaldehyde matrix had higher impact strength than phenolic composites; the composite prepared with non-modified fiber reached 1000 J.m-1. The modification of sisal fibers in these composites did not induce effects on the material mechanical properties. However, good adhesion was observed at the fiber/matrix interface, as shown by the SEM images, due to the chemical-structural similarity of the matrix and treated sisal fiber. In this case, the modification of the matrix formulations was the factor that most influenced the material properties. Both the thermosets and the composites had similar thermal conductivity, that is, the presence of untretated or treated sisal fibers did not alter the thermal conductivity of the material. The materials properties that were investigated here show that they may have potential application in the car and aircraft industries (non-structural applications) with the advantage that their production uses renewable resource materials, such as lignocellulosic fibers and lignosulphonate, and physical treatments, such as heating and sonication, meeting the current sustainability and environment preservation policies.

As resinas do tipo fenólica são amplamente utilizadas devido à sua diversidade de aplicações. Considerando as inúmeras vantagens desta resina (estabilidade térmica e dimensional, alta resistência à chama, etc.), este trabalho teve como um dos objetivos melhorar as propriedades mecânicas do termorrígido fenólico, pois estes são frágeis quando não reforçados. Fibras lignocelulósicas naturais foram usadas como reforço no termorrígido fenólico, o que levou a obtenção de biocompósitos. Devido a grande disponibilidade de fibras de bagaço de cana de açúcar no país, como subproduto de agroindústrias, estas fibras foram utilizadas na produção dos compósitos (sendo substituído em até 70% da matriz termorrígida por fibra natural), com a finalidade de atribuir maior valor agregado que o tradicionalmente encontrado para estas fibras. Tendo em vista que atualmente estas fibras podem ser obtidas como resíduo da agroindústria na forma queimada e não queimada, um estudo comparativo foi feito usando ambas as fibras. Compósitos fenólicos foram preparados com as fibras queimadas e não queimadas e os resultados obtidos de resistência ao impacto, módulo de armazenamento e absorção de água mostraram que não há diferenças significativas entre as propriedades de ambos. Considerando estes resultados, a continuidade do trabalho foi realizada com as fibras de bagaço de cana queimado, devido à maior disponibilidade atual destas fibras. Também foram utilizadas fibras de sisal, tradicionalmente conhecidas pelas excelentes propriedades mecânicas e disponibilidade em grande escala no país, para fins comparativos. Adicionalmente, visando aumentar a proporção de uso de matéria prima oriunda de fonte renovável, o lignossulfonato de sódio (NaLS) e lignina organossolve (LO), macromoléculas obtidas a partir de fibras lignocelulósicas, substituíram em 100% o fenol nas reações de obtenção de resinas do tipo resol (obtidas em meio alcalino). Ainda, o formaldeído foi substituído pelo glutaraldeído, um dialdeído, visando-se síntese de resinas alternativas a fenol-formaldeído, tradicionalmente usada. Também, as fibras de bagaço de cana queimadas foram tratadas em solução de NaLS, em banho de ultrassom. Este tratamento foi escolhido por se tratar do uso de macromolécula oriunda de fontes renováveis, assim como pelo fato de a fibra (bagaço de cana) conter alto teor de lignina, o que leva à perspectiva de intensificação da afinidade fibra/agente de tratamento, além de intensificar as interações fibra/matriz, devido à presença de anéis do tipo fenólico em ambas, superfícies das fibras e matriz. As fibras foram caracterizadas quanto à composição química e analisadas via termogravimetria (TG), calorimetria exploratória diferencial (DSC), microscopia eletrônica de varredura (MEV), cromatografia gasosa inversa (IGC), espectroscopia na região de infravermelho (IV), cromatografia liquida de alta performance (HPLC, para determinação do teor de açúcares no bagaço de cana queimado) e difração de raios X. O termorrígido fenólico (não reforçado) e compósitos (matriz fenólica e matrizes baseadas em LO e NaLS reforçados por fibras com distribuição aleatória, em diferentes proporções e comprimentos) foram caracterizados por TG, DSC, IV, MEV, DMTA, resistência ao impacto Izod, resistência à flexão quanto à capacidade de absorção de água. Termorrígidos preparados a base de NaLS apresentaram grande fragilidade após a moldagem, tendo sido apenas submetidos a análises de TG, DSC e cromatografia gasosa inversa (IGC), devido à impossibilidade de realizar outros ensaios. As análises de IGC foram realizadas para fibras e matriz, obtendo-se parâmetros relacionados à energia de superfície e disponibilidade de sítios ácidos e básicos. Os resultados de IGC obtidos para as fibras, tratadas e não tratadas, confirmaram que houve a adsorção do lignossulfonato sódio à superfície destas devido ao aumento de sítios ativos (ácidos e básicos) disponíveis. Os valores de IGC obtidos para as matrizes sugerem que as interações fibra/matriz são favorecidas, principalmente quando o NaLS está presente em ambos os componentes (fibra/matriz). Os resultados obtidos na caracterização dos compósitos indicaram que o lignossulfonato de sódio e a lignina organossolve podem substituir o fenol na formulação de resinas. A utilização de fibras como reforço melhorou as propriedades mecânicas dos materiais, comparativamente aos termorrígidos. Dentre os compósitos preparados com bagaço de cana, a amostra que apresentou melhor desempenho nos ensaios de impacto foram os compósitos de matrizes baseadas em glutaraldeído-LO (112 J m-1) e glutaraldeído-NaLS (82 J m-1). Os compósitos de matriz baseada em formaldeído-NaLS reforçados com fibras de sisal apresentaram melhor desempenho no ensaio de resistência ao impacto (1029 J m-1) e menor quantidade de água absorvida quando imerso em água, comparado aos demais compósitos preparados neste trabalho. As análises de MEV comprovaram a intensificação da adesão entre as fibras de sisal e a matriz, quando esta é preparada a partir de NaLS. Compósitos reforçados com fibras de sisal foram os que apresentaram melhor desempenho mecânico, tanto em resistência ao impacto quanto em flexão, provavelmente devido às propriedades intrínsecas das fibras de sisal. No geral, quando os termorrígidos foram reforçados com as fibras lignocelulósicas, bagaço de cana ou sisal, apresentaram resultados de estabilidade térmica e mecânica satisfatórios. Destaca-se que compósitos preparados com alto teor de material proveniente de fonte renovável, como os compósitos reforçados com até 70% de fibra, e os compósitos com matriz baseada em 100% de lignossulfonato de sódio e lignina organossolve, apresentaram grande potencial para diferentes aplicações, tais como no setor de embalagens e automotivo, neste caso para aplicações não estruturais. / Phenolic resins are widely known due to their diverse applications. Considering the many advantages of this type of resin (flame resistance, thermal and dimensional stability, etc), this study has one objective: the improvement of the mechanical properties of the phenolic thermoset, because this material is fragile when it is not reinforced. Natural lignocellulosic fibers were used as reinforcement in the phenolic thermoset leading to the obtaining of biocomposites. Because the fibers from sugarcane bagasse are byproducts widely available by agricultural industries in this country, these fibers were used in the production of the composites (the thermoset phenolic was replaced by up to 70% natural fibers) - the purpose was to assign greater value than traditionally found for these fibers. Currently, sugarcane fibers can be obtained from natural and burned bagasse. A comparative study was realized using both fibers. Phenolic composites were prepared with the burned fibers and the results obtained from the impact resistance, storage modulus and water absorption showed that they are not significantly different when it comes to the properties of both. Considering these results, the continuity of this study was realized with the burned fibers of sugarcane due to the higher and current availability of this fiber. Lignocellulosic fibers, are traditionally known because of their excellent mechanical properties and wide availability, like the sisal ones used in the present work for comparative reasons. Sisal fibers are available in large scale, facilitating their use. Additionally, sodium lignosulphonate (NaLS) and organosolv lignin (LO), which are macromolecules obtained from the lignocellulosics fibers were used to increase the proportion of the raw materials from renewable sources for a possible phenol substitute in resin reaction, resol type (an alkaline medium). Also, formaldehyde was replaced by glutaraldehyde aiming at the synthesis alternative resin to phenol-formaldehyde, which is traditionally used. Furthermore, burned sugar cane bagasse fibers were treated in NaLS solution, in ultrasonic bath. This treatment was chosen because this macromolecule is from renewable resources and as well as the fibers (sugarcane bagasse) have high content of lignin, which leads to the perspective of affinity intensification between fibers/lignin and fibers/matrix, due to the presence of the aromatics rings in both surfaces. The fibers were characterized in terms of chemical composition and analyzed by thermogravimetry (TG), differential scanning calorimetry (DSC), scanning electron microscopy (SEM), inverse gas chromatography (IGC), infrared spectroscopy (IV), high performance liquid chromatography (HPLC, determination of the sugar content in the burned sugar cane bagasse) and X-ray diffraction. The lignin and resin were characterized by SEC, RMN 1H and RMN 31P. The thermosets (not reinforced) and composites (phenolic matrix and LO and NaLS matrix reinforced with randomly dispersed fibers) were characterized by TG, DSC, IV, Izod impact strength, MEV, flexural strength, DMTA and also the water absorption capacity was evaluated. Thermoset prepared based on NaLS showed great weakness after molding, being submitted only to analysis by TG, DSC and inverse gas chromatography (IGC), due to the impossibility of doing other tests. IGC analysis were realized for fibers and matrix. Parameters related to surface energy and availability of acids and basics sites were obtained. IGC results obtained for the fibers, treated and untreated, confirm that there was adsorption of lignosulphonate in these surfaces due to the increase of available active sites (acids and basics). IGC values obtained for matrix suggest that fiber/matrix interactions are favored, mainly when the NaLS is present in both components (fiber/matrix). The results obtained in the characterization of the composites indicated that lignosulphonate sodium and organosolv lignin can substitute the phenol in the resin formulation. Fibers used as reinforcement improved the mechanical properties of materials, compared to thermosets. Among the composites prepared with sugarcane bagasse, the sample that showed better performance in the impact test were the composites based on glutaraldehyde -LO (112 J m-1) and glutaraldehyde -NaLS (82 J m-1). Composites based on formaldehyde -NaLS reinforced with sisal fibers showed better performance in impact test (1009 J m-1) and less water absorbed when immersed in water, compared to others composites prepared in this study. SEM analysis confirmed the adhesion intensification between the sisal fibers and the matrix, when this is prepared from NaLS. Composites reinforced with sisal fibers showed the best mechanical performance, such as impact strength and flexural strength, probably due to the intrinsic properties of sisal fibers. In general, when the thermosets were reinforced with lignocellulosic fibers, sugarcane bagasse or sisal, they showed satisfactory results of the thermic and mechanical stability. It should be highlighted that composites prepared with high content of material from renewable sources, as the composites reinforced up to 70% fibers and composites with matrix based on 100% lignosulphonate and organosolv lignin, they showed great potential to different applications, such as in the packaging sector and the automotive one, in this case to non-structural applications.

O presente estudo visou o desenvolvimento de biocompósitos a partir de matrizes poliméricas e reforços, com a maior proporção possível de componentes oriundos de fontes naturais. As resinas fenólicas são amplamente conhecidas e utilizadas devido à suas excelentes propriedades como estabilidade térmica e dimensional, resistência à chama e resistência química, porém, a matéria-prima utilizada na preparação desta resina (basicamente fenol e formaldeído) é obtida de fonte não-renovável. Assim, a substituição desses reagentes por equivalentes naturais corresponde a uma alternativa que vem ao encontro das preocupações atuais relacionadas com o meio ambiente, assim como pode ser vantajosa do ponto de vista econômico. Visando o aproveitamento de tanino e lignina, foi considerado o uso destas macromoléculas de origem vegetal como substitutas do fenol na preparação de resinas fenólicas do tipo resol: lignofenólica (lignina-fenol-formaldeído), lignina-formaldeído e taninofenólica. Além disso, o glioxal, um aldeído que pode ser obtido de fontes naturais, foi utilizado em substituição ao formaldeído em resinas glioxal-fenol do tipo resol e novolaca. As resinas preparadas foram caracterizadas usando espectroscopia na região de infravermelho (IV), ressonância magnética nuclear (1H e 13C RMN), termogravimetria (TG), calorimetria exploratória diferencial (DSC) e cromatografia de exclusão por tamanho (SEC). Estas resinas foram posteriormente utilizadas na preparação de termorrígidos, caracterizados por cromatografia gasosa inversa (IGC), e compósitos reforçados com fibras lignocelulósicas de sisal, com celulose isolada de sisal e celulose microcristalina, sendo os reforços caracterizados quanto à composição, cristalinidade, resistência à tração, IV, microscopia eletrônica de varredura (MEV), IGC, TG e DSC. Assim, compósitos com elevada proporção de materiais provenientes de fontes renováveis foram obtidos. Os compósitos foram caracterizados por várias técnicas, tais como, ensaio resistência ao impacto Izod, MEV, ensaio de absorção de água, análise térmica dinâmico-mecânica (DMTA), além de TG e DSC. Os resultados obtidos indicaram que a lignina e o tanino podem substituir com sucesso o fenol na preparação das matrizes fenólicas, sem que ocorra prejuízo para a resistência ao impacto, que corresponde a uma propriedade muito importante para compósitos. A absorção de água aumentou quando tanino e lignina estavam presentes na matriz, porém a variação observada não foi muito significativa, não inviabilizando o uso dos materiais obtidos em ambiente exposto à umidade. A utilização da fibra lignocelulósica de sisal e de celulose como agentes de reforço nas matrizes resultou na melhoria das propriedades mecânicas dos compósitos, aumentando a resistência ao impacto e a rigidez dos mesmos, relativamente ao termorrígido. Os compósitos reforçados com fibra lignocelulósica de sisal foram os que apresentaram maiores valores de resistência ao impacto, provavelmente devido ao comprimento destas fibras, o que contribui para a distribuição eficiente de tensões ao longo da matriz. Além disso, os resultados mostraram que a celulose de sisal e a microcristalina também podem ser consideradas como um bom material de reforço, pois apesar de não terem aumentado a resistência ao impacto de forma tão significativa, os compósitos reforçados com estes materiais absorveram menor quantidade de água, com relação àqueles reforçados com fibras lignocelulósicas de sisal. Entre os compósitos de matriz taninofenólica o reforçado com 50% de fibra de sisal foi o que apresentou a maior resistência ao impacto (416 J m-1), elevada rigidez e o menor módulo de perda, confirmando a boa interação na interface fibra/matriz deste compósito. O compósito lignofenólico reforçado com 30% de fibra lignocelulósica de sisal apresentou excelentes propriedades, como elevada resistência ao impacto (459 J m-1). Os parâmetros obtidos via IGC indicaram que as interações entre a matriz lignofenólica e a fibra de sisal devem ocorrer principalmente através de interações favoráveis entre os sítios ácidos e os sítios básicos destes materiais, possibilitando o estabelecimento de ligações hidrogênio na interface fibra/matriz. Adicionalmente, a presença de estruturas típicas de lignina na resina e nas fibras deve intensificar a afinidade entre ambas aumentando a \"molhabilidade\" da fibra durante a etapa de impregnação, intensificando a adesão fibra/matriz. As boas propriedades do compósito de matriz lignofenólica incentivaram o desenvolvimento de uma matriz em que o fenol foi totalmente substituído pela lignina, a matriz lignina-formaldeído. O compósito de matriz lignina-formaldeído reforçado com 40% de fibra de sisal foi o que apresentou a maior resistência ao impacto (512 J m-1) entre todos os compósitos preparados no presente estudo, sendo o mais indicado no caso de aplicações em que a resistência ao impacto seja um fator determinante. As imagens de MEV deste compósito revelaram uma excelente interação na interface fibra/matriz. Adicionalmente, o compósito de matriz lignina-formaldeído reforçado com 70% de fibra de sisal foi o compósito preparado com maior proporção de matérias-primas de fontes renováveis. Este compósito apresentou elevada resistência ao impacto (406 J m-1) e absorção de água comparável ao dos compósitos reforçados com menores proporções de fibras. Os compósitos reforçados com celulose de sisal e celulose microcristalina foram os que apresentaram o maior módulo de armazenamento e, portanto, maior rigidez, como consequência de a celulose ser um material de alta cristalinidade que pode agir como entrecruzador físico, aumentando a rigidez dos materiais. Os compósitos de matriz glioxal-fenol novolaca foram os compósitos que apresentaram a menor absorção de água, muito inferior à apresentada pelo compósito de matriz fenólica que é tradicionalmente usado. O compósito glioxal-fenol novolaca reforçado com celulose microscristalina apresentou absorção de água comparável à do termorrígido fenólico, com a vantagem de ser preparado com elevada proporção de materiais provenientes de fontes renováveis. No geral os compósitos, que foram preparados com elevada proporção de materiais obtidos de fontes renováveis, apresentaram excelentes propriedades, comparáveis ou até superiores aos materiais produzidos com matérias-primas provenientes de fontes não-renováveis. Estes compósitos apresentam potencial para diversas aplicações, como em partes internas de automóveis e aeronaves. / The present study aimed at developing biocomposites combining polymeric matrices and reinforcement agents, employing the highest possible proportion of materials obtained from natural sources. Phenolic resins are widely known and used due to their excellent properties, such as dimensional and thermal stability, flame resistance and chemical resistance. However, raw materials used in the production of phenolic resins, namely phenol and formaldehyde, are obtained on a large-scale from non-renewable sources. Hence, the replacement of these reagents by equivalent ones obtained from non-fossil sources is interesting from both the environmental and economical perspectives. In this study, lignin and tannin, two macromolecules obtained from natural sources, were employed as substitutes of phenol in the preparation of resol-type phenolic resins: lignophenolic (lignin-phenol-formaldehyde), lignin-formaldehyde and tannin-phenolic. Also, the glyoxal, an aldehyde that can be obtained from natural sources, was used as a substitute for the formaldehyde in the preparation of resol and novolac-type glyoxal-fenol resin. The resulting resins were analyzed using infrared spectroscopy (IR), nuclear magnetic resonance (1H and 13C NMR), thermogravimetry (TG), differential scanning calorimetry (DSC) and size exclusion chromatography (SEC). These resins were later used in the preparation of thermosets and composites reinforced with natural materials: lignocellulosic sisal fiber, cellulose isolated from sisal and microcrystalline cellulose. As a result, new composites with high proportion of materials obtained from renewable sources were developed. These composites were analyzed by Izod impact strength test, SEM, water absorption test, dynamic mechanical thermoanalysis (DMTA), TG and DSC. Thermosets were analyzed by all the tests applied to composites and also inverse gas chromatography (IGC). Reinforcements were analyzed by X ray diffraction, tensile strength test, scanning electron microscopy (MEV), IGC, IV, TG and DSC. Results indicated that lignin and tannin can successfully replace the phenol in the preparation of phenolic thermoset matrices, resulting in materials with equivalent properties, especially that of the impact strength, which represents an important property for a composite. The use of lignocellulosic sisal fiber and the celluloses as a reinforcement agent in the matrices resulted in composites with improved mechanical properties compared to the thermosets, including higher impact strength and higher stiffness. The composites reinforced with lignocellulosic sisal fibers presented the highest values of impact strength, probably due to the length of these fibers, which contributes to an efficient distribution of the tension along the matrix. Results also revealed that sisal and microcrystalline celluloses are good reinforcement agents. Although they led to a relatively lower impact strength increase, the composites reinforced with these celluloses absorbed less water than those reinforced with lignocellulosic sisal fibers. Among the composites of tannin-phenolic matrix, the composite reinforced with 50% of lignocellulosic sisal fibers presented the highest impact strength, the lowest loss modulus, and yet a high stiffness, confirming its good interaction in the fiber/matrix interface. The lignophenolic composite reinforced with 30% of lignocellulosic sisal fiber presented excellent properties such as a high impact strength. The parameters obtained by IGC indicated that the interactions between the lignophenolic matrix and the sisal fiber occur mainly by means of favorable interactions between the acid sites and basic sites of these materials. These interactions allow the establishment of hydrogen bonds in the fiber/matrix interface. In addition, the presence of typical structures of lignin in both resin and fibers improves the affinity between these two components, increasing the \"wettability\" of the fibers during the impregnation step and, consequently, increasing the fiber/matrix adhesion. The good properties of the lignophenolic composite encouraged the development of a matrix in which the phenol was totally replaced by lignin: the lignin-formaldehyde matrix. The lignin-formaldehyde composite reinforced with 40% of sisal fiber presented the highest impact strength compared to all other composites prepared in this study. Hence, this composite is the most suitable for applications where the impact strength is a crucial factor. The SEM images of this composite revealed an excellent interaction in the fiber/matrix interface. In addition, the lignin-formaldehyde composite reinforced with 70% of sisal fibers, which is the composite prepared with the highest proportion of natural materials, also presented excellent properties, such as high impact strength and low water absorption equivalent to that of composites reinforced with smaller proportion of fibers. The composites reinforced with sisal and microcrystalline cellulose presented the highest storage moduli and, therefore, the highest stiffness. This occurs mainly because cellulose is a material of high-crystallinity that can act as a physical cross-linker, increasing the stiffness of the materials. The composites of novolac glyoxal-phenol matrix presented the lowest water absorption. Actually, much lower than that of phenolic (phenol-formaldehyde) composite that is worldwide used. The novolac glyoxal-phenol composite reinforced with microcrystalline cellulose presented water absorption comparable to that of phenolic thermoset, with the advantage of having high proportion of materials from renewable sources in its composition. In summary, the composites prepared with high proportions of materials obtained from renewable sources, presented excellent properties, comparable or superior to those of materials derived from non-renewable sources. Results indicate that these new composites are feasible and interesting alternatives for a range of applications, including the manufacturing of automobile and aircraft internal parts.

O objetivo do presente estudo foi agregar valor a fibras de sisal, a dois dos componentes principais de fibras lignocelulósicas (celulose e lignina) e a PET reciclado, via produção de materiais com elevado valor agregado. Neste contexto, foram investigadas condições que levassem a mats constituídos por nanofibras/fibras ultrafinas, alinhadas (coletor rotativo) e não alinhadas (coletor estático), a partir da eletrofiação de soluções contendo essas matérias-primas, combinadas ou não [PET/sisal, PET/celulose e/ou lignina, PET/CNC (combinado ou não com OM)], em TFA. Parâmetros de solução, como razão PET/componente da biomassa e tempo de dissolução, foram diversificados, assim como parâmetros de processo (taxa de vazão da solução e velocidade de rotação do coletor utilizado, por exemplo). Os resultados de DMA indicaram a influência positiva do alinhamento das fibras nos superiores valores de E\' [tanto para os mats de PET/sisal, quanto para os mats de PET/celulose e/ou lignina e PET/CNC (combinado ou não com OM)] e também foi possível observar que não houve uma influência significativa desse alinhamento na Tg do PET nestes materiais. Como exemplo, o valor de E\' (a 30 °C) para o mat de fibras alinhadas, com razão de sisal/PET = 0,40 (S/PET0,40 – A dir), caracterizado na direção preferencial de alinhamento das fibras, foi superior (765,0 MPa), em comparação ao valor apresentado pelo mat de fibras orientadas aleatoriamente, de composição correspondente, S/PET0,40 (E’ = 358,0 ± 1,5 MPa). A molhabilidade dos mats foi intrinsicamente dependente da razão fibra de sisal/PET e variou de altamente hidrofóbico (PETref, ACA de 134°), a super hidrofílico (S/PET0,40, ACA de 0°). Observou-se que, as principais influências da presença de lignina foram na morfologia achatada das fibras e no aumento do alongamento na ruptura dos materiais, de aproximadamente 90%, comparativamente a PETref. A presença da celulose resultou principalmente em um elevado diâmetro médio das fibras (valores de até 365,9 ± 139,7 nm) e módulo de Young dos materiais (com valores de até 360,4 ± 41,5 MPa), comparativamente ao apresentado pelos mats contendo PET e este polímero combinado com lignina. Os resultados mostraram que os CNCs exerceram uma ação efetiva como agentes de reforço, principalmente nos mats constituídos por fibras orientadas aleatoriamente de PET, considerando as propriedades mecânicas apresentadas por esses materiais (como resistência à ruptura de 4,6 ± 0,5 MPa), em comparação ao mat PETref (resistência à ruptura = 1,8 ± 0,2 MPa). O OM atuou como agente compatibilizante entre o PET reciclado e os CNCs, principalmente com relação ao superior valor de módulo de Young de PET/OM/CNC (354,2 ± 46,1 MPa), em comparação ao valor apresentado por PET/CNC (19,9 ± 3,9 MPa). Assim, os objetivos do presente trabalho foram atingidos com a preparação via eletrofiação, até onde se tem conhecimento, pela primeira vez, de mats de fibras alinhadas e não alinhadas baseadas em biomassa lignocelulósica nativa e dois de seus principais constituintes (celulose e lignina). Os materiais preparados apresentam uma vasta gama de possíveis aplicações, como sistemas de filtração de ar, por exemplo. / The aim of the present investigation was to add value to sisal fibers, to two of the major components of lignocellulosic fibers (cellulose and lignin) and recycled PET via preparation of materials with high added value. In this context, conditions that lead to mats of nanofibers and ultrathin fibers were investigated, aligned (rotating drum collector) and nonaligned (stationary collector), via electrospinning of solutions containing these raw materials, combined or not {PET/sisal fiber, PET/cellulose and/or lignin, PET/CNC [combined or not with castor oil (CO)]} in TFA. Solution parameters such as the ratio of PET/biomass component and dissolution times were diverse, as well as process parameters (e.g. solution flow rate and rotational speed of the collector). The DMA results indicated the positive influence of fiber alignment on the higher storage modulus – E’ [for mats of PET/sisal, PET/cellulose and/or lignin and PET/CNC (combined or not with CO)] and it was also possible to observe no significant influence of fiber alignment on the Tg of PET for these mats. The value of E’ (at 30 °C) for the aligned fibers mat with sisal/PET ratio = 0.40 (S/PET0.40 - A dir), characterized in the preferred direction of fiber alignment, was higher (765.0 MPa) when compared to the value presented by the randomly oriented fibers mat of the corresponding composition, S/PET0.40 (E’ = 358.0 ± 1.5 MPa). The wettability of the mats was intrinsically dependent on the sisal/PET fiber ratio and ranged from highly hydrophobic (PETref, ACA of 134°) to super hydrophilic (S/PET0.40, ACA of 0°). It was observed that the main influences of the presence of lignin was on the flat fibers morphology and on the increase of the elongation-at-break of the materials of approximately 90% compared to PETref. The presence of cellulose resulted mainly in a high average fiber diameter (values up to 365.9 ± 139.7 nm) and elastic modulus of the materials (values up to 360.4 ± 41.5 MPa) compared to the ones presented by mats containing PET and by this polymer combined with lignin. The results showed that the CNCs were efficient as reinforcing agents, especially in the mats composed of randomly oriented fibers of PET, considering the mechanical properties presented by these materials (such as ultimate tensile strength of 4.6 ± 0.5 MPa) compared to PETref mat (ultimate tensile strength = 1.8 ± 0.2 MPa). CO acted as a compatibilizing agent between recycled PET and CNCs, mainly regarding the superior elastic modulus value of PET/OM/CNC (354.2 ± 46.1 MPa) compared to PET/CNC mat (19.9 ± 3.9 MPa). Therefore, the goals of the present study were reached for the first time with the preparation of aligned and nonaligned fiber mats based on native lignocellulosic biomass and two of its main constituents (cellulose and lignin), to the best of our knowledge. The prepared materials have a wide range of possible applications, such as air filtration systems, for example.

Submitted by Edileide Reis (leyde-landy@hotmail.com) on 2013-04-10T16:31:48Z No. of bitstreams: 7 Marco 7.pdf: 246654 bytes, checksum: 0c5bf1d74df6ac0106a9cc8e1b18f21b (MD5) Marco 6.pdf: 1364038 bytes, checksum: 3b97a39e5bccbc78500a4c0afe8ac4fe (MD5) Marco 5.pdf: 1812363 bytes, checksum: 39cf3c9bb270b23b7d409571aad9c07f (MD5) Marco 4.pdf: 1290056 bytes, checksum: 92fadc3b1b5573893370bcf57e288326 (MD5) Marco 3.pdf: 1880966 bytes, checksum: ec424670898075ed2a402f4311c7ca2c (MD5) Marco 2.pdf: 545170 bytes, checksum: 798a1ca95b5a37fec7871bf3a5de5df5 (MD5) Marco 1.pdf: 564901 bytes, checksum: 4011e434981588d4b4b2a9e531286a8e (MD5) / Approved for entry into archive by Rodrigo Meirelles(rodrigomei@ufba.br) on 2013-04-13T20:02:46Z (GMT) No. of bitstreams: 7 Marco 7.pdf: 246654 bytes, checksum: 0c5bf1d74df6ac0106a9cc8e1b18f21b (MD5) Marco 6.pdf: 1364038 bytes, checksum: 3b97a39e5bccbc78500a4c0afe8ac4fe (MD5) Marco 5.pdf: 1812363 bytes, checksum: 39cf3c9bb270b23b7d409571aad9c07f (MD5) Marco 4.pdf: 1290056 bytes, checksum: 92fadc3b1b5573893370bcf57e288326 (MD5) Marco 3.pdf: 1880966 bytes, checksum: ec424670898075ed2a402f4311c7ca2c (MD5) Marco 2.pdf: 545170 bytes, checksum: 798a1ca95b5a37fec7871bf3a5de5df5 (MD5) Marco 1.pdf: 564901 bytes, checksum: 4011e434981588d4b4b2a9e531286a8e (MD5) / Made available in DSpace on 2013-04-13T20:02:46Z (GMT). No. of bitstreams: 7 Marco 7.pdf: 246654 bytes, checksum: 0c5bf1d74df6ac0106a9cc8e1b18f21b (MD5) Marco 6.pdf: 1364038 bytes, checksum: 3b97a39e5bccbc78500a4c0afe8ac4fe (MD5) Marco 5.pdf: 1812363 bytes, checksum: 39cf3c9bb270b23b7d409571aad9c07f (MD5) Marco 4.pdf: 1290056 bytes, checksum: 92fadc3b1b5573893370bcf57e288326 (MD5) Marco 3.pdf: 1880966 bytes, checksum: ec424670898075ed2a402f4311c7ca2c (MD5) Marco 2.pdf: 545170 bytes, checksum: 798a1ca95b5a37fec7871bf3a5de5df5 (MD5) Marco 1.pdf: 564901 bytes, checksum: 4011e434981588d4b4b2a9e531286a8e (MD5) Previous issue date: 2006 / A pesquisa aqui apresentada teve como objetivo principal avaliar as propriedades mecânicas (resistência à tração, impacto e dureza) de compósitos produzidos com materiais residuais da indústria, constituídos por fase matriz de PVC reciclado e fase dispersa com frações volumétricas de 5, 10 e 20 % tanto de fibras de nylon 6 quanto de fibras de sisal. Objetivou, também, determinar em que medida o reforço de fibras curtas e orientadas aleatoriamente, poderia recuperar no PVC reciclado, as propriedades originais do PVC. Isto porque, sabe-se que os polímeros termoplásticos quando submetidos a processos de reciclagem tendem a apresentar perda nos valores de propriedades mecânicas, em virtude de rompimento de ligações entre suas cadeias moleculares. A pesquisa, ao usar materiais, resíduos e rejeitos industriais, notadamente o PVC e o sisal, visando futuro aproveitamento em novos materiais de construção, contribui não só para minimizar o impacto negativo do descarte de tais materiais nos resíduos sólidos urbanos, mas, também, para a busca do desenvolvimento sustentável. Apresenta revisão bibliográfica sobre pesquisas realizadas com compósitos similares além dos métodos seguidos para a produção e caracterização física e química dos compósitos, produzidos através de moldagem por injeção, e os procedimentos para realização dos ensaios mecânicos de tração direta, de impacto e de dureza. O PVC reciclado utilizado foi resultante de moagem e posterior pulverização de conexões produzidas com a mesma matéria prima utilizada para o PVC original As fibras de sisal, com comprimento médio de 3,5 cm, foram utilizadas nos compósitos, sem nenhum prévio tratamento térmico ou químico. As fibras de nylon, com comprimento médio de 2,5 cm, sendo rejeitos industriais, já possuíam um revestimento com um composto à base de látex, formaldeido e resorcinol. Os principais resultados da pesquisa foram: (i) o PVC reciclado teve desempenho mecânico semelhante ao do PVC original, em virtude de não ter passado por processo de envelhecimento acelerado, ou seja, praticamente manteve a mesma estrutura molecular do PVC original; (ii) entre as fibras, o sisal apresentou melhor desempenho que o nylon em todas as situações estudadas, pois além do seu módulo de elasticidade ser bastante superior que o do nylon 6, demonstrou ter havido, nas suas formulações, melhores coeficiente de forma e aderência na interface matriz-fibra. / Salvador

O objetivo do presente estudo foi agregar valor a fibras de sisal, a dois dos componentes principais de fibras lignocelulósicas (celulose e lignina) e a PET reciclado, via produção de materiais com elevado valor agregado. Neste contexto, foram investigadas condições que levassem a mats constituídos por nanofibras/fibras ultrafinas, alinhadas (coletor rotativo) e não alinhadas (coletor estático), a partir da eletrofiação de soluções contendo essas matérias-primas, combinadas ou não [PET/sisal, PET/celulose e/ou lignina, PET/CNC (combinado ou não com OM)], em TFA. Parâmetros de solução, como razão PET/componente da biomassa e tempo de dissolução, foram diversificados, assim como parâmetros de processo (taxa de vazão da solução e velocidade de rotação do coletor utilizado, por exemplo). Os resultados de DMA indicaram a influência positiva do alinhamento das fibras nos superiores valores de E\' [tanto para os mats de PET/sisal, quanto para os mats de PET/celulose e/ou lignina e PET/CNC (combinado ou não com OM)] e também foi possível observar que não houve uma influência significativa desse alinhamento na Tg do PET nestes materiais. Como exemplo, o valor de E\' (a 30 °C) para o mat de fibras alinhadas, com razão de sisal/PET = 0,40 (S/PET0,40 – A dir), caracterizado na direção preferencial de alinhamento das fibras, foi superior (765,0 MPa), em comparação ao valor apresentado pelo mat de fibras orientadas aleatoriamente, de composição correspondente, S/PET0,40 (E’ = 358,0 ± 1,5 MPa). A molhabilidade dos mats foi intrinsicamente dependente da razão fibra de sisal/PET e variou de altamente hidrofóbico (PETref, ACA de 134°), a super hidrofílico (S/PET0,40, ACA de 0°). Observou-se que, as principais influências da presença de lignina foram na morfologia achatada das fibras e no aumento do alongamento na ruptura dos materiais, de aproximadamente 90%, comparativamente a PETref. A presença da celulose resultou principalmente em um elevado diâmetro médio das fibras (valores de até 365,9 ± 139,7 nm) e módulo de Young dos materiais (com valores de até 360,4 ± 41,5 MPa), comparativamente ao apresentado pelos mats contendo PET e este polímero combinado com lignina. Os resultados mostraram que os CNCs exerceram uma ação efetiva como agentes de reforço, principalmente nos mats constituídos por fibras orientadas aleatoriamente de PET, considerando as propriedades mecânicas apresentadas por esses materiais (como resistência à ruptura de 4,6 ± 0,5 MPa), em comparação ao mat PETref (resistência à ruptura = 1,8 ± 0,2 MPa). O OM atuou como agente compatibilizante entre o PET reciclado e os CNCs, principalmente com relação ao superior valor de módulo de Young de PET/OM/CNC (354,2 ± 46,1 MPa), em comparação ao valor apresentado por PET/CNC (19,9 ± 3,9 MPa). Assim, os objetivos do presente trabalho foram atingidos com a preparação via eletrofiação, até onde se tem conhecimento, pela primeira vez, de mats de fibras alinhadas e não alinhadas baseadas em biomassa lignocelulósica nativa e dois de seus principais constituintes (celulose e lignina). Os materiais preparados apresentam uma vasta gama de possíveis aplicações, como sistemas de filtração de ar, por exemplo. / The aim of the present investigation was to add value to sisal fibers, to two of the major components of lignocellulosic fibers (cellulose and lignin) and recycled PET via preparation of materials with high added value. In this context, conditions that lead to mats of nanofibers and ultrathin fibers were investigated, aligned (rotating drum collector) and nonaligned (stationary collector), via electrospinning of solutions containing these raw materials, combined or not {PET/sisal fiber, PET/cellulose and/or lignin, PET/CNC [combined or not with castor oil (CO)]} in TFA. Solution parameters such as the ratio of PET/biomass component and dissolution times were diverse, as well as process parameters (e.g. solution flow rate and rotational speed of the collector). The DMA results indicated the positive influence of fiber alignment on the higher storage modulus – E’ [for mats of PET/sisal, PET/cellulose and/or lignin and PET/CNC (combined or not with CO)] and it was also possible to observe no significant influence of fiber alignment on the Tg of PET for these mats. The value of E’ (at 30 °C) for the aligned fibers mat with sisal/PET ratio = 0.40 (S/PET0.40 - A dir), characterized in the preferred direction of fiber alignment, was higher (765.0 MPa) when compared to the value presented by the randomly oriented fibers mat of the corresponding composition, S/PET0.40 (E’ = 358.0 ± 1.5 MPa). The wettability of the mats was intrinsically dependent on the sisal/PET fiber ratio and ranged from highly hydrophobic (PETref, ACA of 134°) to super hydrophilic (S/PET0.40, ACA of 0°). It was observed that the main influences of the presence of lignin was on the flat fibers morphology and on the increase of the elongation-at-break of the materials of approximately 90% compared to PETref. The presence of cellulose resulted mainly in a high average fiber diameter (values up to 365.9 ± 139.7 nm) and elastic modulus of the materials (values up to 360.4 ± 41.5 MPa) compared to the ones presented by mats containing PET and by this polymer combined with lignin. The results showed that the CNCs were efficient as reinforcing agents, especially in the mats composed of randomly oriented fibers of PET, considering the mechanical properties presented by these materials (such as ultimate tensile strength of 4.6 ± 0.5 MPa) compared to PETref mat (ultimate tensile strength = 1.8 ± 0.2 MPa). CO acted as a compatibilizing agent between recycled PET and CNCs, mainly regarding the superior elastic modulus value of PET/OM/CNC (354.2 ± 46.1 MPa) compared to PET/CNC mat (19.9 ± 3.9 MPa). Therefore, the goals of the present study were reached for the first time with the preparation of aligned and nonaligned fiber mats based on native lignocellulosic biomass and two of its main constituents (cellulose and lignin), to the best of our knowledge. The prepared materials have a wide range of possible applications, such as air filtration systems, for example.