Neste trabalho, fibras lignocelulósicas de diferentes fontes (bananeira e coco) foram utilizadas como agentes de reforço na preparação de compósitos de matriz fenólica e lignofenólica. O fenol, utilizado na formulação da matriz, foi substituído parcial e totalmente por lignina, extraída do bagaço de cana de açúcar por processo Organosolve, na preparação dos termorrígidos lignofenólicos. Os polímeros foram moldados sob compressão e aquecimento controlados. Para caracterização das fibras lignocelulósicas, além da análise da composição, foram utilizadas as seguintes técnicas: difração de raios-X, cromatografia gasosa inversa (IGC), espectroscopia na região de infravermelho (IV), calorimetria exploratória diferencial (DSC), termogravimetria (TG), microscopia eletrônica de varredura (MEV), resistência à tração. Os pré-polímeros (fenólicos e lignofenólicos) foram caracterizados via cromatografia de exclusão por tamanho (SEC), IV, DSC, TG. Os compósitos obtidos foram caracterizados através de ensaios de impacto Izod, análise dinâmico-mecânica (DMA), absorção de água, DSC, TG. Os resultados revelaram que: a substituição total do fenol por lignina é viável; das duas fibras utilizadas como reforço, fibras de coco e banana (não tratadas, ou tratadas com solução alcalina ou ar ionizado), estas últimas apresentaram melhores resultados como reforço de matriz fenólica, possivelmente devido ao mais alto teor de celulose, que é o componente das fibras lignocelulósicas presente nos domínios cristalinos, e que, portanto, exerce a maior influência sobre as propriedades mecânicas destas, e conseqüentemente sobre a ação como reforço em compósitos; em se tratando de compósitos lignofenólicos, principalmente naquele em que fenol foi totalmente substituído por lignina, embora a fibra de coco não tenha boas propriedades mecânicas devido ao baixo teor de celulose, o alto teor de lignina presente neste fibra passou a corresponder a propriedade importantíssima, pois aumentou consideravelmente a afinidade fibra/matriz (também com alto teor de estruturas típicas de lignina). A intensificação das interações na interface possivelmente facilitou a transferência de carga da matriz para a fibra durante o impacto, levando ao material com mais alta resistência ao impacto, dentre os considerados no presente trabalho. Os resultados de absorção de água no geral foram importantes, pois além de indicar a afinidade do material por água, trouxeram também, dentre outras, informações sobre a interface fibra/matriz. No caso dos compósitos preparados a partir de pré-polímeros em que fenol foi totalmente substituído por lignina, os testes de absorção de água também foram importantes no sentido de indicar o melhor processo a ser utilizado na preparação dos pré-polímeros, sendo os resultados condizentes com aqueles obtidos via ensaio de impacto. Deve-se destacar o fato de ter sido possível preparar um compósito com boas propriedades, em que lignina foi usada como macromonômero na preparação da matriz polimérica, sendo esta reforçada com fibras vegetais, ou seja, obteve-se um compósito a partir de alta porcentagem de material oriundo de fontes renováveis / In this work, lignocellulosic fibers from different sources (banana tree and coconut) were used as reinforcing agents in the preparation of phenolic and lignophenolic matrix composites. The phenol used in the matrix formulation was substituted both partially and totally by lignin, extracted from sugarcane bagasse by organosolv process, in the preparation of the lignophenolic thermosets. The composites were molded under controlled pressure and heating. Besides composition analysis, the following techniques were used to characterize the lignocellulosic fibers: X-ray diffraction, inverse gas chromatography (IGC), infrared spectroscopy (IR), differential scanning calorimetry (DSC), thermogravimetry (TG), scanning electron microscopy (SEM), and tensile strength. The prepolymers (phenolic and lignophenolic) were characterized by size exclusion chromatography (SEC), IR, DSC, and TG. The composites obtained were characterized by Izod impact strength, dynamic mechanical analysis (DMA), water absorption, DSC, and TG. The results revealed that: -the total substitution of phenol by lignin is viable; - from the two reinforcing fibers used (banana tree and coconut, both treated and untreated with alkaline solution and ionized air), the former presented the best results as a phenolic matrix reinforcement, possibly due to their larger cellulose content, which is the component of the lignocellulosic fibers present in the crystalline domains. This has a greater influence on the mechanical properties of the fibers, and consequently on their action as composite reinforcement; -concerning the lignophenolic composites, mainly those in which phenol was completely substituted with lignin, although the coconut fibers do not have good mechanical properties due to their low cellulose content, their high lignin content contributed to a very important property, that is, a considerable increase in the affinity between the fiber and the matrix, which also has a high content of typical lignin structures. The intensity of the interactions at the interface may have made the load transfer from the matrix to the fiber during impact easier, resulting in a material with the highest impact strength, when compared to others prepared in the present study; -the water absorption results were generally important as besides information on the affinity of the material for water, they also gave further information on the fiber/matrix interface. In the case of composites prepared from prepolymers whose phenol was totally substituted by lignin, the water absorption tests were also important to indicate the best prepolymer preparation process, which was in agreement with impact assay results. It is important to highlight the fact that it is was possible to prepare a composite with good properties using lignin as a macromonomer in the preparation of a polymeric matrix reinforced with natural fibers, that is to say, with a high percentage of material derived from renewable sources

Este trabalho avalia a utilização de fibras e cinzas de bagaço de cana-de-açúcar em compósitos cimentícios extrudados. Visa o estudo da potencialidade do emprego da fibra e cinza do bagaço da cana-de-açúcar na construção civil, o aproveitamento deste produto em matrizes cimentícias representa uma alternativa para diminuição de gastos com locais para deposição do resíduo evitando a degradação do meio ambiente. A cinza de bagaço de cana-de-açúcar apresenta características pozolânicas, além de garantir uma redução do consumo de cimento. Fibras de bagaço de cana-de-açúcar (FBC) foram classificadas por peneiramento, lavadas em água fervente para reduzir o açúcar residual e foi tratado quimicamente com silicato de sódio e sulfato de alumino com finalidade de proteger as fibras contra a agressão do meio alcalino proporcionado pelo cimento, imobilizar a matéria orgânica e reduzir a absorção de água, diminuindo as variações dimensionais e proporcionar melhor qualidade no compósito, tais como durabilidade e evitar o ataque de microorganismo. As cinzas de bagaço de cana-de-açúcar (CBC) foram queimadas com temperatura e tempo controlado para ter um ótimo grau de amorficidade e conseqüentemente maior reatividade. A moagem também foi efetuada a fim de melhorar a reatividade da cinza. Foi realizada uma série de ensaios de caracterização da CBC. A atividade pozolânica foi averiguada por ensaio condutividade elétrica. O desempenho mecânico e físico e na microestrutura dos compósitos de fibrocimento foram avaliados. Os compósitos foram avaliados antes e após ciclos de envelhecimento acelerado. A extrusão foi utilizada na produção de compósitos cimentícios com geometrias diferenciadas e na produção em pequena escala. Os resultados apresentaram que a fervura da FBC reduziu o açúcar residual e o tratamento químico mineralizou as FBC. As CBC apresentaram valores de sílica elevada. Foram produzidos placas com níveis de reforço entre 0,5% e 5,0% de FBC. Compósitos extrudados com 5% de reforço de FBC com 28 dias de cura apresentaram melhores resultados em tenacidade (TE), devido à maior introdução de FBC no compósito, mas não apresentou diferença entre o tratamento químico. Compósitos extrudados com 5% de reforço de FBC tratada após 200 ciclos de envelhecimento apresentaram maior absorção de água (AA) e porosidade aparente (PA). Esse fato se deve a explicado com a maior hidratação do cimento que ocasionou mineralização drástica da FBC e descolagem da fibra na interface fibra e matriz. Compósito extrudado com 5% de FBC tratada com 28 dias e após 200 ciclos com substituição de cimento por 30% de CBC apresentaram diminuição de módulo de ruptura (MOR) e maior absorção de água (AA). A substituição da matriz (agregado) e a maior relação água/cimento da mistura influenciaram neste resultado. Os resultados indicaram que os compósitos extrudados com reforço de fibra de bagaço de cana e 30% de cinza de bagaço de cana, em substituição ao cimento Portland, podem ser utilizados para produzir elementos construtivos. / This study evaluates the use of fibre and ash from sugarcane bagasse in extruded cementitious composites. Aims at studying the potentiality of using fibre and ash from sugarcane bagasse in construction, the use of this product in cementitious matrices represents an alternative to reduce expenses with the waste disposal sites for avoiding environmental degradation. The bagasse ash cane sugar has pozzolanic characteristics and ensures a reduction in cement consumption. Fibres from sugarcane bagasse (FSB) were classified by sieving, washed in boiling water to reduce the residual sugar and has been chemically treated with sodium silicate and aluminum sulphate in order to protect the fibres against the aggression of alkaline provided by the cement, immobilize the organic material and reduce the water absorption, reducing size variations and provide better quality in the composite, such as durability and prevent the attack of microorganisms. The ashes of sugarcane bagasse (ASB) were burned with controlled temperature and time to have a great degree of amorphicity and consequently higher reactivity. The grinding was also performed to improve the reactivity of the ash. We performed a series of tests to characterize the ASB. The pozzolanic activity was determined by electrical conductivity test. The mechanical and physical performance and microstructure of cement composites were evaluated. The composites were evaluated before and after ageing accelerated cycles. Extrusion was used in the production of cementitious composites with different geometries and small scale production. The results showed that boiling FSB reduced the residual sugar and chemically treated to mineralized FSB. The ASB had high amounts of silica. Plates were produced with enhanced levels of between 0.5% and 5.0% of FSB. Composites extruded with 5% of FSB with 28 days of healing showed better results in toughness (TE) due to the increased introduction of FSB in the composite, but no difference between the chemical treatments. Composites extruded with 5% strengthening of FSB treated after 200 ageing accelerated cycles had higher water absorption (AA) and apparent porosity (AP). This fact should be explained with the higher hydration of cement which caused drastic mineralization FSB and off the fibre and fibre-matrix interface. Extruded composite with 5% FBC treated with 28 days and after 200 cycles with replacement of cement by 30% of ASB showed a decrease of modulus of rupture (MOR) and higher water absorption (AA). The substitution matrix (aggregate) and the highest water / cement ratio of the mixture affected this result. The results indicated that the extruded composites reinforced with fibre sugarcane bagasse and 30% ash sugarcane bagasse in Portland cement mortars can be used to produce building elements.

A matéria-prima utilizada na produção em larga escala de resinas fenólicas (normalmente fenol e formaldeído) é obtida a partir de fontes não renováveis. O tanino e o furfural, originados de fonte renováveis, apresentam a possibilidade de substituir parcialmente o fenol e formaldeído, respectivamente, na preparação de resinas fenólicas, formando uma rede integrada baseada em unidades de fenol/tanino e fenol/furfural para as resinas taninofenólica e fenol-furfural, respectivamente. No presente trabalho, estas resinas foram utilizadas na preparação de compósitos, os quais foram reforçados com fibras lignocelulósicas (sisal). As resinas taninofenólica e fenol-furfural foram caracterizadas por Ressonância Magnética Nuclear (RMN). Para análise da resina fenol-furfural, compostos modelo foram previamente sintetizados e avaliados por RMN 1H e 13C. Fibras de sisal foram usadas como agente de reforço das matrizes termorrígidas do tipo fenol, tendo em vista as excelentes propriedades mecânicas que esta fibra apresenta, assim como a disponibilidade da mesma no país, pois o Brasil é atualmente o maior produtor mundial desta fibra. Foram utilizadas fibras de sisal (3,0 cm de comprimento) em porcentagens diversas, sem tratamento e mercerizadas (tratamento com solução alcalina). Foram utilizadas também fibras tratadas com ar ionizado e reagidas com tanino hidroximetilado, variando-se o tempo de exposição das fibras ao tratamento. Os compósitos preparados com resina taninofenólica, contendo fibras de sisal tratadas (mercerização, ar ionizado e tanino hidroximetilado), apresentaram uma diminuição no valor de resistência ao impacto, quando comparados aos compósitos preparados com fibras de sisal sem tratamento. Provavelmente, estes tratamentos degradaram as fibras de sisal, tornando-as mais frágeis. As análises de microscopia eletrônica de varredura (MEV) destes compósitos reforçados com fibras tratadas, mostraram uma maior adesão entre fibra e matriz. Este aumento da adesão na região da interface foi confirmado pelos resultados obtidos nos testes de absorção de água, em que os compósitos contendo fibras de sisal mercerizadas absorveram no geral menores quantidades de água, confirmando que os tratamentos aplicados na fibra diminuíram o caráter hidrofílico característico das fibras de sisal sem tratamento. Os parâmetros obtidos a partir das curvas de absorção de água, revelaram que a difusão das moléculas de água no interior dos compósitos segue o regime fickiano. Para os compósitos de matriz fenol-furfural, a fim de avaliar os efeitos da natureza dos álcalis utilizados na propriedade destes compósitos, as resinas foram preparadas usando como catalisadores KOH e K2CO3, sendo na seqüência aplicadas na preparação de compósitos reforçados com fibras de sisal (3,0cm, 30% em massa, não tratadas). As análises de MEV mostram que a adesão na interface fibra/matriz é mais intensa quando KOH é utilizado, se comparado a K2CO3. Essa baixa adesão é provavelmente devido a possível liberação de CO2, quando K2CO3 é usado, que pode promover o surgimento de microcavidades em torno das fibras, o que pode levar a baixa adesão fibra/matriz. Essa baixa adesão se reflete na propriedade de resistência ao impacto, pois para os compósitos preparados com KOH os valores foram superiores. Ainda, para verificar se a resina obtida usando KOH pode ser preparada a partir de condições mais suaves, um experimento foi realizado com menores tempos de reação e temperatura. A resistência ao impacto deste compósito mostrou que um material com boas propriedades pode, ser obtido quando as resinas são preparadas nestas condições. Os resultados obtidos são promissores, e mostram que compósitos com boas propriedades podem ser preparados usando altas proporções de materiais obtidos de biomassa, isso é, fibras de sisal, tanino e furfural. / In the present work phenolic type matrices were prepered, which were reinforced with lignocellullosic fibers (sisal). The tannin-phenolic and phenol-furfural resins, amid other techniques, were characterized by nuclear magnetic resonance (NMR). Model compounds were synthesized specially for the 1H and 13C NMR analysis of phenol-furfural resins. The sisal fibers were chosen as reinforcing agent of the phenol-type thermoset matrices, due to their excellent mechanical properties, as well as the availability of this lignocellulosic material in Brazil, which is currently the greater world-wide producer of these fibers. Several percentages of unmodified and alkali treated (mercerized) fibers (3.0 cm length, randomly distributed) were used. Up to 50% of fibers (w/w), the impact strength of the composites improved with increase in the fiber content. In addition, fibers treated with ionized air and with hydroxymethylated tannin, varying the time exposure of the fibers to the treatments, were used. The tannin-phenolic matrices composites reinforced with 30 % (w/w) of modified sisal fibers (mercerized, treated with ionized air and hydroxymethylated tannin), showed lower impact strength than reinforced with sisal unmodified fibers. Probably, the sisal fibers were partially degraded by these treatments, turning them more fragile mechanically. The scanning electron microscopy (SEM) images of the composites reinforced with modified fibers showed better adhesion between fiber and matrix, confirmed by the results obtained from the water absorption experiments, where the composites reinforced with modified sisal fibers absorbed, in general, lesser amounts of water, indicating that the treatments applied in the fiber decreased the hydrophilic character of the fibers. The parameters obtained from the curves of water absorption revealed that the diffusion of water molecules within of the composites follows the Ficks law. Concerning the phenol-furfural resins, to evaluate the effect of the nature of the alkali used in the properties of the related composites, the resins were prepared using KOH and K2CO3 as catalysts, and then used in the preparation of composites reinforced with unmodified sisal fibers (3.0 cm length, 30% w/w, randomly distributed). The SEM images showed that the adhesion in the interface fiber/matrix was improved when KOH is used, instead of K2CO3. This low adhesion between fiber/matrix is probably caused by microcavities located around the fibers and possibly generated by CO2 release when K2CO3 is used in the preparation of the resin. This low adhesion reflects in the property of impact strength, for the composites prepared with KOH the values were superior. Nevertheless, to verify if the resin obtained using KOH can be prepared from softer conditions, a resin was prepared using lower reaction times (1h, instead of 3:15h) and temperature (70 °C, instead of 130 °C). The impact strength of the composite obtained from this resin showed that a material with good properties was obtained. Overall, the results are promising and indicate that composites with good properties can be prepared using high proportion of materials obtained from biomass, i.e., sisal fiber, tannin and furfural.

Neste trabalho, fibras lignocelulósicas de diferentes fontes (bananeira e coco) foram utilizadas como agentes de reforço na preparação de compósitos de matriz fenólica e lignofenólica. O fenol, utilizado na formulação da matriz, foi substituído parcial e totalmente por lignina, extraída do bagaço de cana de açúcar por processo Organosolve, na preparação dos termorrígidos lignofenólicos. Os polímeros foram moldados sob compressão e aquecimento controlados. Para caracterização das fibras lignocelulósicas, além da análise da composição, foram utilizadas as seguintes técnicas: difração de raios-X, cromatografia gasosa inversa (IGC), espectroscopia na região de infravermelho (IV), calorimetria exploratória diferencial (DSC), termogravimetria (TG), microscopia eletrônica de varredura (MEV), resistência à tração. Os pré-polímeros (fenólicos e lignofenólicos) foram caracterizados via cromatografia de exclusão por tamanho (SEC), IV, DSC, TG. Os compósitos obtidos foram caracterizados através de ensaios de impacto Izod, análise dinâmico-mecânica (DMA), absorção de água, DSC, TG. Os resultados revelaram que: a substituição total do fenol por lignina é viável; das duas fibras utilizadas como reforço, fibras de coco e banana (não tratadas, ou tratadas com solução alcalina ou ar ionizado), estas últimas apresentaram melhores resultados como reforço de matriz fenólica, possivelmente devido ao mais alto teor de celulose, que é o componente das fibras lignocelulósicas presente nos domínios cristalinos, e que, portanto, exerce a maior influência sobre as propriedades mecânicas destas, e conseqüentemente sobre a ação como reforço em compósitos; em se tratando de compósitos lignofenólicos, principalmente naquele em que fenol foi totalmente substituído por lignina, embora a fibra de coco não tenha boas propriedades mecânicas devido ao baixo teor de celulose, o alto teor de lignina presente neste fibra passou a corresponder a propriedade importantíssima, pois aumentou consideravelmente a afinidade fibra/matriz (também com alto teor de estruturas típicas de lignina). A intensificação das interações na interface possivelmente facilitou a transferência de carga da matriz para a fibra durante o impacto, levando ao material com mais alta resistência ao impacto, dentre os considerados no presente trabalho. Os resultados de absorção de água no geral foram importantes, pois além de indicar a afinidade do material por água, trouxeram também, dentre outras, informações sobre a interface fibra/matriz. No caso dos compósitos preparados a partir de pré-polímeros em que fenol foi totalmente substituído por lignina, os testes de absorção de água também foram importantes no sentido de indicar o melhor processo a ser utilizado na preparação dos pré-polímeros, sendo os resultados condizentes com aqueles obtidos via ensaio de impacto. Deve-se destacar o fato de ter sido possível preparar um compósito com boas propriedades, em que lignina foi usada como macromonômero na preparação da matriz polimérica, sendo esta reforçada com fibras vegetais, ou seja, obteve-se um compósito a partir de alta porcentagem de material oriundo de fontes renováveis / In this work, lignocellulosic fibers from different sources (banana tree and coconut) were used as reinforcing agents in the preparation of phenolic and lignophenolic matrix composites. The phenol used in the matrix formulation was substituted both partially and totally by lignin, extracted from sugarcane bagasse by organosolv process, in the preparation of the lignophenolic thermosets. The composites were molded under controlled pressure and heating. Besides composition analysis, the following techniques were used to characterize the lignocellulosic fibers: X-ray diffraction, inverse gas chromatography (IGC), infrared spectroscopy (IR), differential scanning calorimetry (DSC), thermogravimetry (TG), scanning electron microscopy (SEM), and tensile strength. The prepolymers (phenolic and lignophenolic) were characterized by size exclusion chromatography (SEC), IR, DSC, and TG. The composites obtained were characterized by Izod impact strength, dynamic mechanical analysis (DMA), water absorption, DSC, and TG. The results revealed that: -the total substitution of phenol by lignin is viable; - from the two reinforcing fibers used (banana tree and coconut, both treated and untreated with alkaline solution and ionized air), the former presented the best results as a phenolic matrix reinforcement, possibly due to their larger cellulose content, which is the component of the lignocellulosic fibers present in the crystalline domains. This has a greater influence on the mechanical properties of the fibers, and consequently on their action as composite reinforcement; -concerning the lignophenolic composites, mainly those in which phenol was completely substituted with lignin, although the coconut fibers do not have good mechanical properties due to their low cellulose content, their high lignin content contributed to a very important property, that is, a considerable increase in the affinity between the fiber and the matrix, which also has a high content of typical lignin structures. The intensity of the interactions at the interface may have made the load transfer from the matrix to the fiber during impact easier, resulting in a material with the highest impact strength, when compared to others prepared in the present study; -the water absorption results were generally important as besides information on the affinity of the material for water, they also gave further information on the fiber/matrix interface. In the case of composites prepared from prepolymers whose phenol was totally substituted by lignin, the water absorption tests were also important to indicate the best prepolymer preparation process, which was in agreement with impact assay results. It is important to highlight the fact that it is was possible to prepare a composite with good properties using lignin as a macromonomer in the preparation of a polymeric matrix reinforced with natural fibers, that is to say, with a high percentage of material derived from renewable sources

A matéria-prima utilizada na produção em larga escala de resinas fenólicas (normalmente fenol e formaldeído) é obtida a partir de fontes não renováveis. O tanino e o furfural, originados de fonte renováveis, apresentam a possibilidade de substituir parcialmente o fenol e formaldeído, respectivamente, na preparação de resinas fenólicas, formando uma rede integrada baseada em unidades de fenol/tanino e fenol/furfural para as resinas taninofenólica e fenol-furfural, respectivamente. No presente trabalho, estas resinas foram utilizadas na preparação de compósitos, os quais foram reforçados com fibras lignocelulósicas (sisal). As resinas taninofenólica e fenol-furfural foram caracterizadas por Ressonância Magnética Nuclear (RMN). Para análise da resina fenol-furfural, compostos modelo foram previamente sintetizados e avaliados por RMN 1H e 13C. Fibras de sisal foram usadas como agente de reforço das matrizes termorrígidas do tipo fenol, tendo em vista as excelentes propriedades mecânicas que esta fibra apresenta, assim como a disponibilidade da mesma no país, pois o Brasil é atualmente o maior produtor mundial desta fibra. Foram utilizadas fibras de sisal (3,0 cm de comprimento) em porcentagens diversas, sem tratamento e mercerizadas (tratamento com solução alcalina). Foram utilizadas também fibras tratadas com ar ionizado e reagidas com tanino hidroximetilado, variando-se o tempo de exposição das fibras ao tratamento. Os compósitos preparados com resina taninofenólica, contendo fibras de sisal tratadas (mercerização, ar ionizado e tanino hidroximetilado), apresentaram uma diminuição no valor de resistência ao impacto, quando comparados aos compósitos preparados com fibras de sisal sem tratamento. Provavelmente, estes tratamentos degradaram as fibras de sisal, tornando-as mais frágeis. As análises de microscopia eletrônica de varredura (MEV) destes compósitos reforçados com fibras tratadas, mostraram uma maior adesão entre fibra e matriz. Este aumento da adesão na região da interface foi confirmado pelos resultados obtidos nos testes de absorção de água, em que os compósitos contendo fibras de sisal mercerizadas absorveram no geral menores quantidades de água, confirmando que os tratamentos aplicados na fibra diminuíram o caráter hidrofílico característico das fibras de sisal sem tratamento. Os parâmetros obtidos a partir das curvas de absorção de água, revelaram que a difusão das moléculas de água no interior dos compósitos segue o regime fickiano. Para os compósitos de matriz fenol-furfural, a fim de avaliar os efeitos da natureza dos álcalis utilizados na propriedade destes compósitos, as resinas foram preparadas usando como catalisadores KOH e K2CO3, sendo na seqüência aplicadas na preparação de compósitos reforçados com fibras de sisal (3,0cm, 30% em massa, não tratadas). As análises de MEV mostram que a adesão na interface fibra/matriz é mais intensa quando KOH é utilizado, se comparado a K2CO3. Essa baixa adesão é provavelmente devido a possível liberação de CO2, quando K2CO3 é usado, que pode promover o surgimento de microcavidades em torno das fibras, o que pode levar a baixa adesão fibra/matriz. Essa baixa adesão se reflete na propriedade de resistência ao impacto, pois para os compósitos preparados com KOH os valores foram superiores. Ainda, para verificar se a resina obtida usando KOH pode ser preparada a partir de condições mais suaves, um experimento foi realizado com menores tempos de reação e temperatura. A resistência ao impacto deste compósito mostrou que um material com boas propriedades pode, ser obtido quando as resinas são preparadas nestas condições. Os resultados obtidos são promissores, e mostram que compósitos com boas propriedades podem ser preparados usando altas proporções de materiais obtidos de biomassa, isso é, fibras de sisal, tanino e furfural. / In the present work phenolic type matrices were prepered, which were reinforced with lignocellullosic fibers (sisal). The tannin-phenolic and phenol-furfural resins, amid other techniques, were characterized by nuclear magnetic resonance (NMR). Model compounds were synthesized specially for the 1H and 13C NMR analysis of phenol-furfural resins. The sisal fibers were chosen as reinforcing agent of the phenol-type thermoset matrices, due to their excellent mechanical properties, as well as the availability of this lignocellulosic material in Brazil, which is currently the greater world-wide producer of these fibers. Several percentages of unmodified and alkali treated (mercerized) fibers (3.0 cm length, randomly distributed) were used. Up to 50% of fibers (w/w), the impact strength of the composites improved with increase in the fiber content. In addition, fibers treated with ionized air and with hydroxymethylated tannin, varying the time exposure of the fibers to the treatments, were used. The tannin-phenolic matrices composites reinforced with 30 % (w/w) of modified sisal fibers (mercerized, treated with ionized air and hydroxymethylated tannin), showed lower impact strength than reinforced with sisal unmodified fibers. Probably, the sisal fibers were partially degraded by these treatments, turning them more fragile mechanically. The scanning electron microscopy (SEM) images of the composites reinforced with modified fibers showed better adhesion between fiber and matrix, confirmed by the results obtained from the water absorption experiments, where the composites reinforced with modified sisal fibers absorbed, in general, lesser amounts of water, indicating that the treatments applied in the fiber decreased the hydrophilic character of the fibers. The parameters obtained from the curves of water absorption revealed that the diffusion of water molecules within of the composites follows the Ficks law. Concerning the phenol-furfural resins, to evaluate the effect of the nature of the alkali used in the properties of the related composites, the resins were prepared using KOH and K2CO3 as catalysts, and then used in the preparation of composites reinforced with unmodified sisal fibers (3.0 cm length, 30% w/w, randomly distributed). The SEM images showed that the adhesion in the interface fiber/matrix was improved when KOH is used, instead of K2CO3. This low adhesion between fiber/matrix is probably caused by microcavities located around the fibers and possibly generated by CO2 release when K2CO3 is used in the preparation of the resin. This low adhesion reflects in the property of impact strength, for the composites prepared with KOH the values were superior. Nevertheless, to verify if the resin obtained using KOH can be prepared from softer conditions, a resin was prepared using lower reaction times (1h, instead of 3:15h) and temperature (70 °C, instead of 130 °C). The impact strength of the composite obtained from this resin showed that a material with good properties was obtained. Overall, the results are promising and indicate that composites with good properties can be prepared using high proportion of materials obtained from biomass, i.e., sisal fiber, tannin and furfural.

Este trabalho avalia a utilização de fibras e cinzas de bagaço de cana-de-açúcar em compósitos cimentícios extrudados. Visa o estudo da potencialidade do emprego da fibra e cinza do bagaço da cana-de-açúcar na construção civil, o aproveitamento deste produto em matrizes cimentícias representa uma alternativa para diminuição de gastos com locais para deposição do resíduo evitando a degradação do meio ambiente. A cinza de bagaço de cana-de-açúcar apresenta características pozolânicas, além de garantir uma redução do consumo de cimento. Fibras de bagaço de cana-de-açúcar (FBC) foram classificadas por peneiramento, lavadas em água fervente para reduzir o açúcar residual e foi tratado quimicamente com silicato de sódio e sulfato de alumino com finalidade de proteger as fibras contra a agressão do meio alcalino proporcionado pelo cimento, imobilizar a matéria orgânica e reduzir a absorção de água, diminuindo as variações dimensionais e proporcionar melhor qualidade no compósito, tais como durabilidade e evitar o ataque de microorganismo. As cinzas de bagaço de cana-de-açúcar (CBC) foram queimadas com temperatura e tempo controlado para ter um ótimo grau de amorficidade e conseqüentemente maior reatividade. A moagem também foi efetuada a fim de melhorar a reatividade da cinza. Foi realizada uma série de ensaios de caracterização da CBC. A atividade pozolânica foi averiguada por ensaio condutividade elétrica. O desempenho mecânico e físico e na microestrutura dos compósitos de fibrocimento foram avaliados. Os compósitos foram avaliados antes e após ciclos de envelhecimento acelerado. A extrusão foi utilizada na produção de compósitos cimentícios com geometrias diferenciadas e na produção em pequena escala. Os resultados apresentaram que a fervura da FBC reduziu o açúcar residual e o tratamento químico mineralizou as FBC. As CBC apresentaram valores de sílica elevada. Foram produzidos placas com níveis de reforço entre 0,5% e 5,0% de FBC. Compósitos extrudados com 5% de reforço de FBC com 28 dias de cura apresentaram melhores resultados em tenacidade (TE), devido à maior introdução de FBC no compósito, mas não apresentou diferença entre o tratamento químico. Compósitos extrudados com 5% de reforço de FBC tratada após 200 ciclos de envelhecimento apresentaram maior absorção de água (AA) e porosidade aparente (PA). Esse fato se deve a explicado com a maior hidratação do cimento que ocasionou mineralização drástica da FBC e descolagem da fibra na interface fibra e matriz. Compósito extrudado com 5% de FBC tratada com 28 dias e após 200 ciclos com substituição de cimento por 30% de CBC apresentaram diminuição de módulo de ruptura (MOR) e maior absorção de água (AA). A substituição da matriz (agregado) e a maior relação água/cimento da mistura influenciaram neste resultado. Os resultados indicaram que os compósitos extrudados com reforço de fibra de bagaço de cana e 30% de cinza de bagaço de cana, em substituição ao cimento Portland, podem ser utilizados para produzir elementos construtivos. / This study evaluates the use of fibre and ash from sugarcane bagasse in extruded cementitious composites. Aims at studying the potentiality of using fibre and ash from sugarcane bagasse in construction, the use of this product in cementitious matrices represents an alternative to reduce expenses with the waste disposal sites for avoiding environmental degradation. The bagasse ash cane sugar has pozzolanic characteristics and ensures a reduction in cement consumption. Fibres from sugarcane bagasse (FSB) were classified by sieving, washed in boiling water to reduce the residual sugar and has been chemically treated with sodium silicate and aluminum sulphate in order to protect the fibres against the aggression of alkaline provided by the cement, immobilize the organic material and reduce the water absorption, reducing size variations and provide better quality in the composite, such as durability and prevent the attack of microorganisms. The ashes of sugarcane bagasse (ASB) were burned with controlled temperature and time to have a great degree of amorphicity and consequently higher reactivity. The grinding was also performed to improve the reactivity of the ash. We performed a series of tests to characterize the ASB. The pozzolanic activity was determined by electrical conductivity test. The mechanical and physical performance and microstructure of cement composites were evaluated. The composites were evaluated before and after ageing accelerated cycles. Extrusion was used in the production of cementitious composites with different geometries and small scale production. The results showed that boiling FSB reduced the residual sugar and chemically treated to mineralized FSB. The ASB had high amounts of silica. Plates were produced with enhanced levels of between 0.5% and 5.0% of FSB. Composites extruded with 5% of FSB with 28 days of healing showed better results in toughness (TE) due to the increased introduction of FSB in the composite, but no difference between the chemical treatments. Composites extruded with 5% strengthening of FSB treated after 200 ageing accelerated cycles had higher water absorption (AA) and apparent porosity (AP). This fact should be explained with the higher hydration of cement which caused drastic mineralization FSB and off the fibre and fibre-matrix interface. Extruded composite with 5% FBC treated with 28 days and after 200 cycles with replacement of cement by 30% of ASB showed a decrease of modulus of rupture (MOR) and higher water absorption (AA). The substitution matrix (aggregate) and the highest water / cement ratio of the mixture affected this result. The results indicated that the extruded composites reinforced with fibre sugarcane bagasse and 30% ash sugarcane bagasse in Portland cement mortars can be used to produce building elements.

Este trabalho avalia as vantagens do uso das fibras curtas de polpa de Eucalipto tanto como alternativa às fibras longas de polpa de Pinus, como também para fibras sintéticas, tradicionalmente usadas no reforço de materiais cimentícios. Os efeitos da morfologia (comprimento, largura, fibrilação, conteúdo de finos, número de fibras por grama, etc.) das fibras celulósicas no processamento, no desempenho mecânico e físico e na microestrutura dos compósitos de fibrocimento foram avaliados. Os compósitos foram avaliados antes e após ciclos de envelhecimento acelerado. Fibras de Eucalipto apresentaram melhor dispersão na matriz cimentícia e forneceram maior densidade de fibras em massa ou em volume, em relação às fibras de Pinus. As fibras curtas permitem um reforço efetivo da matriz frágil, diminuindo a propagação das fissuras, o que contribuiu para o melhor desempenho mecânico dos compósitos após envelhecimento. Estes resultados promissores mostram o potencial apresentado pelas fibras curtas de Eucalipto para reduzir custos, em vista da substituição parcial das fibras sintéticas em processos de cura ao ar, e durante o refino da polpa celulósica. O efeito do branqueamento das fibras também foi avaliado, e mostrou que as fibras branqueadas de Eucalipto são mais reativas para se ligarem por pontes de hidrogênio com a matriz cimentícia. Fibras branqueadas melhoraram a interface entre fibra e matriz, embora apresentassem mais sinais de mineralização (re-precipitação de produtos de hidratação dentro das fibras) do que as fibras não-branqueadas. O refino da polpa celulósica foi utilizado para modificar as propriedades morfológicas das fibras de Eucalipto e Pinus. Os resultados mostraram que são necessárias maiores intensidade de refino na polpa de Pinus para obter valores de retenção de sólidos do cimento similares àqueles obtidos com fibras não-refinadas de Eucalipto. O refino aumentou a capacidade das fibras de capturar as partículas minerais, melhorando a aderência das fibras com a matriz. Esta melhor interface entre fibra e matriz melhorou as propriedades mecânicas dos compósitos aos 28 dias de cura, mas os tornou mais frágeis após os ciclos de envelhecimento acelerado. A modificação química da superfície das fibras foi realizada com o objetivo de melhorar as ligações entre fibra e matriz e diminuir a mineralização da fibra dentro dos compósitos. Esta modificação química foi realizada com Metacriloxipropiltri-metoxisilano (MPTS) e Aminopropiltri-etoxisilano (APTS) e mostrou influenciar significativamente a microestrutura dos compósitos. Ciclos de envelhecimento acelerado diminuíram o módulo de ruptura (MOR) e a tenacidade (TE) dos compósitos com fibras não-modificadas e modificadas; entretanto, compósitos reforçados com fibras modificadas com MPTS apresentaram fibras sem produtos de hidratação do cimento em seu interior, enquanto que fibras modificadas com APTS apresentaram acelerada mineralização. Fibras mineralizadas tornam os compósitos mais frágeis após os ciclos de envelhecimento acelerado. Estas observações são, portanto, muito úteis para o entendimento da contribuição de diferentes condições das fibras (composição química, resistência mecânica, morfologia e propriedades de superfície) para os mecanismos de aderência entre fibras e matriz cimentícia, de mineralização das fibras e de degradação dos compósitos de fibrocimento. / This work evaluates the advantages of using hardwood short fibre pulp (Eucalyptus) as alternative to softwood long fibre pulp (Pinus) and synthetic fibres, traditionally used in reinforcement of cement based materials. The effects of cellulose fibre morphology (e.g., length, width, fibrillation, content of fines and number of fibres per gram) on the processing, on the mechanical and physical performance and on the microstructure of fibre-cement composites were evaluated. Composites were evaluated before and after accelerated ageing cycles. Eucalyptus pulp fibres were better dispersed in the cement matrix and provided higher number of fibres per unitary weight or volume, in relation to Pinus long fibre pulp. The short reinforcing elements lead to an effective crack bridging of the fragile matrix, which contributes to the improvement of the mechanical performance of the composite after ageing. These promising results show the potential of eucalyptus short fibres for reducing costs by both the partial replacement of expensive synthetic fibres in air curing process and the energy savings during pulp refining. The effects of pulp bleaching were also evaluated, and showed that Eucalyptus bleached fibres are more reactive to bond with the cement matrix by hydrogen bonds. Bleached fibres improved the fibre-matrix interface, although they presented more signals of fibre mineralization. Mechanical refining was used to change the morphological properties of Eucalyptus and Pinus pulps. Results show that high levels of refining were necessary for Pinus pulp to obtain cement retention values similar to those obtained by unrefined Eucalyptus pulp. The mechanical refining increased the capacity of the fibres to capture the mineral particles improving the adherence of the fibres with the matrix. This improved fibre-matrix interface led to better mechanical properties at 28 days of cure, but turned brittle the composites after 200 ageing cycles. The chemical surface modification of cellulose pulp fibres was done in order to improve fibre-matrix bonding and to decrease fibre mineralization into the composite. Surface modification of the cellulose pulps was performed with Methacryloxypropyltri-methoxysilane (MPTS) and Aminopropyltri-ethoxysilane (APTS) and showed significant influence on the microstructure of the composites. Accelerated ageing cycles decreased modulus of rupture (MOR) and toughness (TE) of the composites with unmodified and modified fibres, however composites reinforced with MPTS-modified fibres presented fibres free from cement hydration products, while APTS-modified fibres presented accelerated mineralization. Higher mineralization of the fibres led to higher embrittlement of the composite after accelerated ageing cycles. These observations are therefore very useful for understanding the contribution of the different fibre conditions (chemical composition, mechanical strength, morphology and surface properties) to the mechanisms of fibre-matrix adherence, fibre mineralization and degradation of fibre-cement composites.

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Therefore, the aim of this study was to evaluate the effectiveness of laccase produced by the fungus Pleurotus ostreatus immobilized in Luffa cylindrica (loofah) fibers in EE2 degradation. Therefore the best means for production of laccase and the best conditions of pH and temperature were investigated. The immobilization process was realized and removal of the EE2 assay was conducted in flasks and in a batch reactor. Thus, the best means for producing laccase were Potato Dextrose and Potato Dextrose Modified with guariroba straw. Readings taken with 2.2-Azino-bis (3-ethylbenzothializone-6-sulfonic acid) - ABTS revealed best pH between 3.6 and 4.6 and optimal band temperature between 30 and 50 °C for free and immobilized enzymes. The laccase produced in both media had an apparent molecular mass of 40 kDa. The best conditions found for the immobilization process were glutaraldehyde concentration of 2% and reaction with the support 1 hour under stirring (120 rpm); drying the loofah prior to the reaction with glutaraldehyde; time of 24 hours of immobilization. The immobilized enzyme showed best enzymatic activity in alkaline pH, and at higher temperatures, compared to the free enzyme. The operational stability, storage and thermostability were not significant. Best removals for tests in flasks were 79.22% and 75.0% for free and immobilized enzyme, respectively. As the tests carried out in the reactor showed removal by adsorption of 99.3% and 73.14% in the Luffa cylindrica, the immobilized enzyme. However, it is necessary to optimize the immobilization process, as well as the test in the reactor to increase the degradation EE2. / O 17α-etinilestradiol (EE2) é um estrogênio sintético utilizado na contracepção e em terapias de reposição hormonal; é um potencial contaminante ambiental, pois não é completamente removido nas estações de tratamento de esgotos, podendo alcançar o ambiente aquático, tendo o agravante de interferir no sistema endócrino de seres humanos e de outros animais. Por esse motivo existe um grande interesse na remoção do EE2 presente em águas residuárias, superficiais e subterrâneas. Assim, o uso de lacase para esse fim pode ser promissor, devido à baixa especificidade desta enzima ao substrato. Portanto, o objetivo desse trabalho foi avaliar a eficácia da lacase produzida pelo fungo Pleurotus ostreatus imobilizada em fibras de Luffa cylindrica (bucha vegetal) na degradação do EE2. Para tanto foram selecionados meios de cultivo para produção da lacase, bem como as melhores condições de pH e temperatura. Após a realização do processo de imobilização, a remoção do EE2 foi atingida em ensaios em erlenmeyers e em um reator em batelada. Assim, os melhores meios para a produção de lacase foram o Batata Dextrose e o Batata Dextrose Modificada com palha de guariroba. As leituras realizadas com 2,2-Azino-bis (3-ethylbenzothializone-6-sulfonic acid) - ABTS revelaram melhores pH entre 3,6 e 4,6 e faixas de temperaturas ótimas entre 30 e 50 ºC para as enzimas livre e imobilizada. A lacase produzida em ambos os meios apresentou massa molecular de 40 kDA. As melhores condições encontradas para o processo de imobilização foram concentração de glutaraldeído de 2% e reação com o suporte em 1 hora sob agitação (120 rpm); secagem da bucha vegetal antes da reação com glutaraldeído; tempo imobilização de 24 horas. A enzima imobilizada apresentou melhores atividades enzimáticas em pH alcalinos e em temperaturas mais elevadas, comparadas com a enzima livre. A estabilidade operacional, a de armazenamento e termoestabilidade não foram significativas. As melhores remoções do EE2 para os ensaios nos erlenmeyers foram de 79,22% e 75,0% para as enzimas livre e imobilizada, respectivamente. Enquanto os ensaios realizados no reator mostraram remoções de 99,23% por adsorção na Luffa cylindrica e 73,14%, por degradação pela enzima imobilizada. Contudo, se faz necessário otimizar o processo de imobilização, bem como o ensaio no reator para que haja aumento da degradação do EE2.

Este trabalho avalia as vantagens do uso das fibras curtas de polpa de Eucalipto tanto como alternativa às fibras longas de polpa de Pinus, como também para fibras sintéticas, tradicionalmente usadas no reforço de materiais cimentícios. Os efeitos da morfologia (comprimento, largura, fibrilação, conteúdo de finos, número de fibras por grama, etc.) das fibras celulósicas no processamento, no desempenho mecânico e físico e na microestrutura dos compósitos de fibrocimento foram avaliados. Os compósitos foram avaliados antes e após ciclos de envelhecimento acelerado. Fibras de Eucalipto apresentaram melhor dispersão na matriz cimentícia e forneceram maior densidade de fibras em massa ou em volume, em relação às fibras de Pinus. As fibras curtas permitem um reforço efetivo da matriz frágil, diminuindo a propagação das fissuras, o que contribuiu para o melhor desempenho mecânico dos compósitos após envelhecimento. Estes resultados promissores mostram o potencial apresentado pelas fibras curtas de Eucalipto para reduzir custos, em vista da substituição parcial das fibras sintéticas em processos de cura ao ar, e durante o refino da polpa celulósica. O efeito do branqueamento das fibras também foi avaliado, e mostrou que as fibras branqueadas de Eucalipto são mais reativas para se ligarem por pontes de hidrogênio com a matriz cimentícia. Fibras branqueadas melhoraram a interface entre fibra e matriz, embora apresentassem mais sinais de mineralização (re-precipitação de produtos de hidratação dentro das fibras) do que as fibras não-branqueadas. O refino da polpa celulósica foi utilizado para modificar as propriedades morfológicas das fibras de Eucalipto e Pinus. Os resultados mostraram que são necessárias maiores intensidade de refino na polpa de Pinus para obter valores de retenção de sólidos do cimento similares àqueles obtidos com fibras não-refinadas de Eucalipto. O refino aumentou a capacidade das fibras de capturar as partículas minerais, melhorando a aderência das fibras com a matriz. Esta melhor interface entre fibra e matriz melhorou as propriedades mecânicas dos compósitos aos 28 dias de cura, mas os tornou mais frágeis após os ciclos de envelhecimento acelerado. A modificação química da superfície das fibras foi realizada com o objetivo de melhorar as ligações entre fibra e matriz e diminuir a mineralização da fibra dentro dos compósitos. Esta modificação química foi realizada com Metacriloxipropiltri-metoxisilano (MPTS) e Aminopropiltri-etoxisilano (APTS) e mostrou influenciar significativamente a microestrutura dos compósitos. Ciclos de envelhecimento acelerado diminuíram o módulo de ruptura (MOR) e a tenacidade (TE) dos compósitos com fibras não-modificadas e modificadas; entretanto, compósitos reforçados com fibras modificadas com MPTS apresentaram fibras sem produtos de hidratação do cimento em seu interior, enquanto que fibras modificadas com APTS apresentaram acelerada mineralização. Fibras mineralizadas tornam os compósitos mais frágeis após os ciclos de envelhecimento acelerado. Estas observações são, portanto, muito úteis para o entendimento da contribuição de diferentes condições das fibras (composição química, resistência mecânica, morfologia e propriedades de superfície) para os mecanismos de aderência entre fibras e matriz cimentícia, de mineralização das fibras e de degradação dos compósitos de fibrocimento. / This work evaluates the advantages of using hardwood short fibre pulp (Eucalyptus) as alternative to softwood long fibre pulp (Pinus) and synthetic fibres, traditionally used in reinforcement of cement based materials. The effects of cellulose fibre morphology (e.g., length, width, fibrillation, content of fines and number of fibres per gram) on the processing, on the mechanical and physical performance and on the microstructure of fibre-cement composites were evaluated. Composites were evaluated before and after accelerated ageing cycles. Eucalyptus pulp fibres were better dispersed in the cement matrix and provided higher number of fibres per unitary weight or volume, in relation to Pinus long fibre pulp. The short reinforcing elements lead to an effective crack bridging of the fragile matrix, which contributes to the improvement of the mechanical performance of the composite after ageing. These promising results show the potential of eucalyptus short fibres for reducing costs by both the partial replacement of expensive synthetic fibres in air curing process and the energy savings during pulp refining. The effects of pulp bleaching were also evaluated, and showed that Eucalyptus bleached fibres are more reactive to bond with the cement matrix by hydrogen bonds. Bleached fibres improved the fibre-matrix interface, although they presented more signals of fibre mineralization. Mechanical refining was used to change the morphological properties of Eucalyptus and Pinus pulps. Results show that high levels of refining were necessary for Pinus pulp to obtain cement retention values similar to those obtained by unrefined Eucalyptus pulp. The mechanical refining increased the capacity of the fibres to capture the mineral particles improving the adherence of the fibres with the matrix. This improved fibre-matrix interface led to better mechanical properties at 28 days of cure, but turned brittle the composites after 200 ageing cycles. The chemical surface modification of cellulose pulp fibres was done in order to improve fibre-matrix bonding and to decrease fibre mineralization into the composite. Surface modification of the cellulose pulps was performed with Methacryloxypropyltri-methoxysilane (MPTS) and Aminopropyltri-ethoxysilane (APTS) and showed significant influence on the microstructure of the composites. Accelerated ageing cycles decreased modulus of rupture (MOR) and toughness (TE) of the composites with unmodified and modified fibres, however composites reinforced with MPTS-modified fibres presented fibres free from cement hydration products, while APTS-modified fibres presented accelerated mineralization. Higher mineralization of the fibres led to higher embrittlement of the composite after accelerated ageing cycles. These observations are therefore very useful for understanding the contribution of the different fibre conditions (chemical composition, mechanical strength, morphology and surface properties) to the mechanisms of fibre-matrix adherence, fibre mineralization and degradation of fibre-cement composites.