Para tornar a biomassa disponível para aplicações em biocombustíveis, produtos químicos e materiais, algumas propriedades indesejáveis, como alto teor de umidade e baixa densidade, devem ser corrigidos. Uma solução para estes problemas seria a densificação da biomassa. O processo de densificação da biomassa e seus resíduos, como a briquetagem e a peletização, são muito conhecidos e utilizados, entretanto, não existe um consenso sobre os mecanismos de ligação que ocorre entre as partículas da biomassa densificada e a influência que as variáveis da matéria-prima e do processo de densificação exerce sobre eles. Compreender os mecanismos de ligação entre as partículas da biomassa densificada é fundamental para determinar os parâmetros da matéria-prima e do processo de densificação, assim como os ensaios que devem ser realizados para medir a qualidade do produto densificado. Este trabalho teve como objetivo principal analisar o efeito das variáveis do material e do processo de densificação da serragem de madeira nas propriedades do produto densificado e a sua influência sobre os mecanismos de ligação entre as partículas do material. O material utilizado neste trabalho foi a serragem de Eucalyptus sp. Foram analisados o efeito do teor de umidade do material e a temperatura do processo de densificação na densidade e resistência mecânica do produto densificado, como também a influência da composição química da serragem na transição vítrea do material. A serragem de eucalipto foi caracterizada por análise termogravimétrica (TGA), caracterização química e espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR). A caracterização de serragem densificada foi realizada por densidade aparente, expansão volumétrica, ensaio mecânico de compressão, microscopia eletrônica de varredura (MEV), microscopia ótica (MO), espectrometria de massa de íons secundários por tempo de voo (ToF-SIMS) e análise dinâmico-mecânica (DMA). Os resultados mostraram que no processo de densificação sem aquecimento, o teor de umidade ideal da serragem de eucalipto foi o de aproximadamente 10%, favorecendo as forças intermoleculares entre as partículas do material. Na densificação da serragem de eucalipto em diferentes temperaturas, a lignina agiu como um aglutinante natural, formando pontes sólidas entre as partículas do material em temperaturas superiores à 140°C. A transição vítrea encontrada para a lignina da serragem de eucalipto foi da ordem de 135°C. Em conclusão, as variáveis do material e do processo de densificação influenciaram nos mecanismos de ligação, afetando as propriedades da serragem de madeira densificada. Os principais mecanismos de ligação encontrados na serragem de madeira densificada foram interações intermoleculares e pontes sólidas. / Making biomass available for investments in biofuels, chemicals and materials, some undesirable properties as high moisture content and low density must be corrected. One solution to these problems would be densification of biomass. The densification process of biomass and waste materials, such as briquetting and pelletizing, are well known and used, however, there is no consensus about the connection mechanism occurs between the particles of the densified biomass and the influence of the variables of raw material and densification process has on them. Understanding the connection mechanism between the particles of the densified biomass is critical in determining the parameters of the raw material and the densification process, as well as the tests that should be performed to measure the quality of densified product. This study aimed to analyze the effect of varying the material and the densification process of sawdust in the densified product features and their influence on the binding mechanism between the particles of the material. The material in this work was the sawdust Eucalyptus sp. It was analyzed the effect of the material moisture content and temperature of the densification process in the density and mechanical strength of the densified product, but also the influence of the chemical composition of sawdust on the glass transition of the material. The eucalyptus sawdust was characterized by thermogravimetric analysis (TGA), chemical analysis and Fourier transform infrared spectroscopic (FTIR). The characterization of densified sawdust was performed by bulk density, volumetric expansion, compression mechanical testing, scanning electron microscopy (SEM), optical microscopy (OM), mass spectrometry of secondary ions time of flight (ToF-SIMS) and dynamical mechanical analysis (DMA). The results showed that without the heat densification process, the ideal moisture content eucalyptus sawdust was about 10%, favoring the intermolecular forces between particles of the material. In eucalyptus sawdust densification at different temperatures, lignin acted as a natural binder to form solid bridges between particles of the material at temperatures higher than 140°C. The glass transition temperature of the lignin found to eucalyptus sawdust was of the order of 135°C. In conclusion, the variables of material and densification process influenced the binding mechanism affecting the properties of the densified wood sawdust. The main binding mechanism found in densified wood sawdust were intermolecular interactions and solid bridges.

Para tornar a biomassa disponível para aplicações em biocombustíveis, produtos químicos e materiais, algumas propriedades indesejáveis, como alto teor de umidade e baixa densidade, devem ser corrigidos. Uma solução para estes problemas seria a densificação da biomassa. O processo de densificação da biomassa e seus resíduos, como a briquetagem e a peletização, são muito conhecidos e utilizados, entretanto, não existe um consenso sobre os mecanismos de ligação que ocorre entre as partículas da biomassa densificada e a influência que as variáveis da matéria-prima e do processo de densificação exerce sobre eles. Compreender os mecanismos de ligação entre as partículas da biomassa densificada é fundamental para determinar os parâmetros da matéria-prima e do processo de densificação, assim como os ensaios que devem ser realizados para medir a qualidade do produto densificado. Este trabalho teve como objetivo principal analisar o efeito das variáveis do material e do processo de densificação da serragem de madeira nas propriedades do produto densificado e a sua influência sobre os mecanismos de ligação entre as partículas do material. O material utilizado neste trabalho foi a serragem de Eucalyptus sp. Foram analisados o efeito do teor de umidade do material e a temperatura do processo de densificação na densidade e resistência mecânica do produto densificado, como também a influência da composição química da serragem na transição vítrea do material. A serragem de eucalipto foi caracterizada por análise termogravimétrica (TGA), caracterização química e espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR). A caracterização de serragem densificada foi realizada por densidade aparente, expansão volumétrica, ensaio mecânico de compressão, microscopia eletrônica de varredura (MEV), microscopia ótica (MO), espectrometria de massa de íons secundários por tempo de voo (ToF-SIMS) e análise dinâmico-mecânica (DMA). Os resultados mostraram que no processo de densificação sem aquecimento, o teor de umidade ideal da serragem de eucalipto foi o de aproximadamente 10%, favorecendo as forças intermoleculares entre as partículas do material. Na densificação da serragem de eucalipto em diferentes temperaturas, a lignina agiu como um aglutinante natural, formando pontes sólidas entre as partículas do material em temperaturas superiores à 140°C. A transição vítrea encontrada para a lignina da serragem de eucalipto foi da ordem de 135°C. Em conclusão, as variáveis do material e do processo de densificação influenciaram nos mecanismos de ligação, afetando as propriedades da serragem de madeira densificada. Os principais mecanismos de ligação encontrados na serragem de madeira densificada foram interações intermoleculares e pontes sólidas. / Making biomass available for investments in biofuels, chemicals and materials, some undesirable properties as high moisture content and low density must be corrected. One solution to these problems would be densification of biomass. The densification process of biomass and waste materials, such as briquetting and pelletizing, are well known and used, however, there is no consensus about the connection mechanism occurs between the particles of the densified biomass and the influence of the variables of raw material and densification process has on them. Understanding the connection mechanism between the particles of the densified biomass is critical in determining the parameters of the raw material and the densification process, as well as the tests that should be performed to measure the quality of densified product. This study aimed to analyze the effect of varying the material and the densification process of sawdust in the densified product features and their influence on the binding mechanism between the particles of the material. The material in this work was the sawdust Eucalyptus sp. It was analyzed the effect of the material moisture content and temperature of the densification process in the density and mechanical strength of the densified product, but also the influence of the chemical composition of sawdust on the glass transition of the material. The eucalyptus sawdust was characterized by thermogravimetric analysis (TGA), chemical analysis and Fourier transform infrared spectroscopic (FTIR). The characterization of densified sawdust was performed by bulk density, volumetric expansion, compression mechanical testing, scanning electron microscopy (SEM), optical microscopy (OM), mass spectrometry of secondary ions time of flight (ToF-SIMS) and dynamical mechanical analysis (DMA). The results showed that without the heat densification process, the ideal moisture content eucalyptus sawdust was about 10%, favoring the intermolecular forces between particles of the material. In eucalyptus sawdust densification at different temperatures, lignin acted as a natural binder to form solid bridges between particles of the material at temperatures higher than 140°C. The glass transition temperature of the lignin found to eucalyptus sawdust was of the order of 135°C. In conclusion, the variables of material and densification process influenced the binding mechanism affecting the properties of the densified wood sawdust. The main binding mechanism found in densified wood sawdust were intermolecular interactions and solid bridges.

Submitted in fulfillment of the requirements for the degree of Doctor of Technology: Chemistry, Durban University of Technology, Durban, South Africa, 2015. / This thesis forms part of the Council for Scientific and Industrial Research, Forestry and Forest Products Research Centre (CSIR-FFP) biorefinery project which aims at developing and implementing novel industrial processes production of cellulose textile fibres. The focus of this study is to investigate the dissolution of South African Eucalyptus raw (unbleached) and final (bleached) dissolving pulp and saw dust wood in an ionic liquid (IL) 1-ethyl-3-methylimidazolium acetate [Emim][OAc] and the co-solvents [dimethylsulfoxide (DMSO)] or [dimethylformamide (DMF)] mixtures, to obtain regenerated cellulose by the further addition of water and acetone. The IL/co-solvent mixtures were able to dissolve the raw and final pulp samples at 120 ˚C for 6 hours whereas the sawdust wood dissolved in 10 hours. The IL/DMF mixture gave higher cellulose recoveries of 41.88 % for the raw pulp, 49.89 % for the final pulp sample and 32.50 % for sawdust wood while the IL/DMSO mixture gave a recovery of 15.25 % for the raw pulp sample, 36.25 % for the final pulp sample and 17.83 % for the sawdust wood sample. The regenerated cellulose materials were characterized by Fourier Transformer Infrared Spectroscopy (FTIR), Nuclear Magnetic Resonance (NMR), Scanning Electron Microscopy (SEM), Thermo gravimetric Analysis (TGA) and Powder X-Ray Diffraction (pXRD), and compared with a standard microcrystalline of cellulose. It was observed that the FTIR and NMR spectra of the regenerated cellulose and MCC were similar which then indicates that no chemical reaction occurred during the dissolution and regeneration process of cellulose. SEM and X-ray diffraction (XRD) patterns of the results showed that after dissolution the cellulose I (native form), the crystalline structure was completely converted into cellulose II (amorphous) structure, and this was due to the removal of lignin and decrease in cellulose crystallinity. TGA results showed that the regenerated cellulose samples have higher char yields compared to the MCC which is due to the IL remaining in the regenerated cellulose. It was also observed that the addition of the co-solvents decreased the viscosity of the IL mixture, facilitating dissolution of the cellulose that led to additional swelling and reduction of the recalcitrant nature of the cellulose crystalline structure and intermolecular interactions. This led to increased accessibility and dissolution of the cellulose. The findings in this study have the potential to bring ILs closer to applications for biomass technology in particular for an economically viable dissolution method for biomass because ILs have a benefit of being easily separated from the anti-solvent, which provides a simple solution for IL recycle ability and re-use. The novel aspect of this study is: . This is the first study in the South African context to examine the influence of the lignin on the dissolution and regeneration of Eucalyptus sawdust wood and dissolving pulp. / D