A valorização racional da lignina e seus derivados é um dos maiores desafios ligado às biorrefinarias em que estas macromoléculas são geradas como subprodutos. Os lignossulfonatos, obtidos através do processo de polpação sulfito da madeira, são produzidos em larga escala e pouco utilizados como reagentes na preparação de compostos macromoleculares. A presença de grupos OH em sua estrutura permite o seu uso como macromonômero na obtenção de poliuretanos (PUs). O presente estudo teve como meta a obtenção de lignopoliuretanos e de compósitos baseados principalmente em matérias primas obtidas a partir de fontes renováveis. O óleo de mamona (OM) e lignossulfonato de sódio (NaLS), ambos oriundos de matérias primas renováveis, foram utilizados, em composições variadas, como substitutos de polióis convencionais, juntamente com difenilmetano diisocianato (MDI), na reação de obtenção de PUs. Inicialmente, PUs foram preparados a partir de NaLS e outros polióis, como dietilenoglicol (DEG), polietilenoglicol (PEG) e OM, assim como a partir destes reagentes, exceto NaLS (amostras controles). Visando aumentar a reatividade das hidroxilas do NaLS frente aos grupos isocianatos na síntese dos lignopoliuretanos, o NaLS foi oxipropilado (reação com óxido de propileno, gerando LS-Oxi) e hidroxialquilado (reações com glutaraldeído e formaldeído, gerando NaLS-Glu e NaLS-For, respectivamente). O uso de aldeídos na modificação do NaLS, até onde se tenha conhecimento, foi uma abordagem inédita no que se refere à síntese de lignopoliuretanos. Os produtos, (LS-Oxi, NaLS-Glu, NaLS-Glu) foram caracterizados por espectroscopia na região do infravermelho (IV) e, associados ou não com OM, foram usados na preparação de lignopoliuretanos (também caracterizados por IV). Fibras lignocelulósicas extraídas de sisal (Agave sisalana), cujo maior produtor mundial é o Brasil, foram utilizadas como reforço dos lignopoliuretanos preparados. Os compósitos lignopoliuretânicos, bem como os lignopoliuretanos não reforçados, foram caracterizados por análise termogravimétrica (TG), resistência ao impacto, resistência à flexão, microscopia eletrônica de varredura (MEV) e análise térmica dinâmico-mecânica (DMA). Os resultados mostraram que as fibras de sisal aumentaram consideravelmente a resistência ao impacto de todos os lignopoliuretanos. Entre os compósitos baseados em NaLS não modificado (Grupo 1), o DEG/NaLS/MDI/Sisal foi o que apresentou melhor resistência ao impacto (472 J m-1) e melhor resistência à flexão (47 MPa). Quando o NaLS oxipropilado foi utilizado (Grupo 2), o compósito LS-Oxi/MDI/Sisal apresentou resistência ao impacto de 459 J m-1 e resistência à flexão de 43 MPa, enquanto que o compósito NaLS-Glu/MDI/Sisal, preparado à partir do NaLS hidroxialquilado (Grupo 3), apresentou resistência ao impacto de 945 J m-1 e resistência à flexão de 23 MPa. As imagens de MEV da superfície de fratura pós-ensaio de impacto revelaram uma forte adesão na interface fibra/matriz, como consequência da presença de ligações hidrogênio entre os grupos uretanos da matriz e os grupos hidroxila das fibras, além das interações entre os domínios hidrofóbicos de ambos, fibra e matriz. Materiais com grau de entrecruzamento diversificados, com características entre elastomérica a termorrígidos, foram obtidos a partir do uso do NaLS e do OM, o que faz com que eles se tornem atrativos para diferentes aplicações, como em partes automotivas e painéis de uso arquitetônico. Neste sentido, e atendendo às expectativas atuais, materiais com excelentes propriedades e com elevada proporção de matérias-primas obtidas de fontes renováveis foram desenvolvidos. / The rational valuing of lignin and its derivatives is one of the major challenges in the biorefinery context where these macromolecules are generated as byproducts. Lignosulfonates obtained through the wood sulfite pulping process are produced on a large scale. However, they are rarely used as reagents in the preparation of macromolecular compounds. The presence of OH groups in their structure allows their use as a macromonomer to obtain polyurethanes (PU). This study aimed at obtaining lignopolyurethanes and composites based mainly on raw materials obtained from renewable sources. Castor oil (CO) and sodium lignosulfonate (NaLS), both derived from renewable raw materials, were used in different compositions as replacements for conventional polyols along with diphenylmethane diisocyanate (MDI) in the PU synthesis. Initially, polyurethanes were prepared from NaLS and other polyols such as diethylene glycol (DEG), polyethylene glycol (PEG), and OM, as well as by using these reagents, except for NaLS (control samples). In order to increase the reactivity of the OH groups of NaLS against isocyanates in the lignopolyurethanes synthesis, NaLS was oxypropylated (reaction with propylene oxide, generating LS-Oxy) and hydroxyalkylated (reaction with formaldehyde and glutaraldehyde, generating NaLS-Glu-For NaLS, respectively). The use of aldehydes in the NaLS modification, as far as we know, is a novel approach with regard to the lignopolyurethane synthesis. The products (LS-Oxy, NaLS-Glu, and NaLS-For) were characterized by infrared spectroscopy (IR) and associated or not with CO were also used in lignopolyurethanes preparation (also characterized by IR). Lignocellulosic fibers extracted from sisal (Agave sisalana), which has Brazil as its largest producer in the world, were used as reinforcement for the prepared lignopolyurethanes. Lignopolyurethanic composites and the non-reinforced lignopolyurethanes were characterized by thermogravimetric analysis (TG), impact test, flexural strength, scanning electron microscopy (SEM) and dynamic mechanical analysis (DMA). Results showed that sisal fibers substantially increased the impact strength of all lignopolyurethanes. Among the composites based on unmodified NaLS (Group 1), DEG/NaLS/MDI/Sisal showed the best impact strength (472 J m-1) and the best flexural strength (47 MPa). When the oxypropylated NaLS was used (Group 2), the composite <br /> LS-Oxy/MDI/Sisal showed impact strength of 459 J m-1 and flexural strength of 43 MPa, while the composite NaLS-Glu/MDI/Sisal prepared from the hydroxyalkylated NaLS (Group 3) showed impact strength of 945 J m-1 and flexural strength of 23 MPa. The SEM images of the fracture surface after the impact test revealed a strong adhesion in the fiber/matrix interface as a consequence of the presence of hydrogen bonds between the urethane groups of the matrix and the hydroxyl groups of the fibers, in addition to the interactions between the hydrophobic domains of both fiber and matrix. Materials with different degrees of crosslinking and characteristics from elastomeric to thermoset were obtained from the use of NaLS and CO, which makes them attractive for different applications such as automotive parts and panels for architectural use. In general, materials with excellent properties and prepared with a high proportion of renewable raw materials were developed, thus meeting the current expectations concerning biobased materials.

A possível escassez dos recursos fósseis, juntamente com o aumento imprevisível dos respectivos preços, levou, nas últimas décadas, a um aumento considerável de iniciativas dedicadas não só à procura de fontes alternativas de produtos químicos e polímeros a partir de fontes renováveis, mas também de fontes alternativas de energia - em particular a biomassa vegetal. O estudo desenvolvido no presente trabalho está inserido neste contexto. A despolimerização de celulose de sisal pode ocorrer via hidrólise, ácida ou enzimática, podendo resultar nos açúcares fermentescíveis necessários para a produção do chamado etanol celulósico e, em etapas intermediárias do processo, em micro e nanopartículas, que podem atuar como reforço de matriz polimérica baseada, por exemplo, em quitosana. O estudo aqui relatado está relacionado à análise do material celulósico não reagido durante a hidrólise, e do licor que contém principalmente glicose. As reações de hidrólise ácida e enzimática de polpa de sisal (constituída de celulose e hemicelulose) foram exploradas. Uma importante característica que envolve a hidrólise ácida de biomassa é a possibilidade de utilização de diversos ácidos, pois a princípio, necessita-se apenas de uma fonte de prótons no meio aquoso para que a reação ocorra. Neste contexto, em uma primeira etapa, uma série de reações de hidrólise ácida de polpa de sisal, previamente tratada com solução alcalina (mercerizada) ou não, foi feita com ácido sulfúrico (0,9 - 4,6 molL-1, 100&deg;C, 6h de reação). Em uma segunda etapa, o ácido sulfúrico foi substituído por ácido oxálico, e os tempos de reação foram maiores (18h) que aqueles considerados para o ácido sulfúrico, tendo em vista o menor valor do pKa do ácido oxálico. Reações de hidrólise enzimática foram realizadas com o uso de um complexo enzimático comercial (Accellerase 1500 - Genencor), e dois diferentes pré-tratamentos, ambos visando à eliminação de hemiceluloses, foram avaliados, sendo: mercerização e tratamento com solução de ácido oxálico 0,9 molL-1. Para acompanhar os processos, em determinados intervalos de tempo, foram retiradas alíquotas do meio reacional, sendo que os licores foram analisados por cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE), a fim de avaliar a natureza e o teor dos produtos da hidrólise. As polpas residuais (não hidrolisadas), suspensas no licor, foram avaliadas por microscopia eletrônica de varredura, massa molar média por viscosimetria capilar, índice de cristalinidade por difração de raios X e tamanhos médios das fibras a partir de um analisador de fibras (MorFi - analisador de tamanho médio de fibras por imagem), e espalhamento de luz (FOQELS). Para todas as reações de hidrólise ácida estudadas, as massas molares médias das polpas residuais diminuíram até dez vezes logo nos primeiros minutos de reação e os valores de índice de cristalinidade mostraram que as regiões não cristalinas da celulose são primeiramente hidrolisadas, sendo as regiões cristalinas uma grande barreira frente à hidrólise. Os resultados mostraram que o aumento da concentração do catalisador ácido elevou consideravelmente a porcentagem de hidrólise, principalmente no caso do ácido oxálico que, quando usado na concentração de 0,9 molL-1, não foi capaz de hidrolisar com eficiência as cadeias de celulose, mas apenas eliminou as hemiceluloses presentes na polpa, motivo que levou à sua aplicação como agente de pré-tratamento para a polpa frente à hidrólise enzimática. Os rendimentos das reações mostraram que o ácido sulfúrico chega a ser aproximadamente 25% mais eficiente que o ácido oxálico em termos de produção de glicose. Entretanto, o ácido oxálico possui a grande vantagem de ser proveniente de fontes renováveis e, se usado nas concentrações adequadas, pode ser uma excelente opção como pré-tratamento da polpa de celulose para as reações de hidrólise. Os resultados de hidrólise enzimática mostraram que a polpa que passou pelo pré-tratamento da mercerização foi mais eficiente como material de partida do que aquela tratada com ácido oxálico, já que a primeira levou a concentrações de glicose até 2,5 vezes maiores, nas mesmas condições de concentração de enzima, temperatura e tempo de reação. As reações de hidrólise ácida e enzimática de material lignocelulósico são de grande importância no que diz respeito à produção de etanol de segunda geração e micro/nanofibras que podem ser incorporadas em materiais. Filmes de matriz de quitosana foram produzidos com a inserção de fibras de celulose sem tratamento, mercerizada, e residuais das reações de hidrólise ácida e enzimática, em diferentes concentrações (2,5, 7,5 e 15% em massa). Os filmes foram submetidos à solicitação de tração, e a morfologia foi acessada por microscopia eletrônica de varredura de emissão de campo (FEG-MEV). Os resultados mostraram que, no geral, o filme de quitosana (69 MPa), assim como os baseados em quitosana/celulose (75 MPa), apresentam resistência à tração superior ou no mesmo patamar de filmes similares descritos na literatura. Este trabalho forneceu resultados promissores e está largamente inserido no interesse atual de utilização de materiais provenientes de fontes renováveis preferencialmente àqueles de fontes fósseis. / The possible shortage of crude oil and the unpredictable increase in its prices have led to an impressive expansion of initiatives in the last decades dedicated not only to the search of alternative sources of chemicals and polymers, but also to suppliers of energy, both from vegetal biomass. The depolymerization of sisal cellulose may occur via acid or enzymatic hydrolysis, resulting in the fermentable sugars used in the production of the so-called cellulosic ethanol and also at the intermediate steps of the process, in micro and nanoparticles that may act as reinforcement in polymeric matrices, including those derived from cellulose. The study here reported is related to the analysis of the unreacted cellulosic material and to the liquor containing mainly glucose, from acid and enzymatic hydrolysis of sisal pulp formed by cellulose and hemicellulose. An important characteristic that involves the acid hydrolysis of biomass is the possibility of utilization of different acids, since only a source of protons in the media is required for the reaction to occur, in principle. In this context, a series of reactions of acid hydrolysis of sisal pulp was carried out under varying concentrations of sulfuric acid, from 0,9 to 4,6 molL-1, at 100&deg;C as a first step. In a second step, the acid catalyst was replaced by oxalic acid, and the reaction lengths were bigger than those considered for sulfuric acid due to the lower value of pKa of oxalic acid. The reactions of enzymatic hydrolysis were carried out with a commercial enzymatic complex (Accellerase 1500 - Genencor), and two different pretreatments, both aiming at the elimination of hemicelluloses, were essayed as follows: mercerization and treatment with oxalic acid 0,9 molL-1. To follow the processes of acid and enzymatic hydrolysis in determined time intervals, aliquots were withdrawn from the reaction media so as to be analyzed by High Performance Liquid Chromatography (HPLC) aiming at the evaluation of the nature and content of the hydrolysis products. The unreacted cellulose suspended in the liquor was characterized by Scanning Electron Microscopy, capillary viscometry, X ray diffraction, and average size of fibers by using a fiber analyzer and light scattering. For all acid hydrolysis reactions studied, the average molar mass of the unreacted cellulose decreased up to ten times in the first minutes of reaction, and the values of crystallinity index showed that the non-crystalline regions of cellulose are firstly hydrolyzed, and the crystalline regions act as barriers to the hydrolysis. The results of HPLC showed that an increase in concentration considerably increases the yield of hydrolysis, mainly in the case of oxalic acid as a catalyst, which was not able to hydrolyze the chains of cellulose when in low concentrations (0,9 molL-1). It only eliminated the hemicellulose present in the pulp, reason why this acid was used as a pretreatment agent in enzymatic hydrolysis at this concentration. The reaction yields showed that the sulfuric acid can be up to 25% more efficient than the oxalic acid in terms of glucose production. However, the oxalic acid has the great advantage of possibly being produced from natural resources as well as being an excellent choice as a pretreatment agent for the lignocellulosic biomass to be used in hydrolysis reactions if used in the adequate concentrations. The results of enzymatic hydrolysis showed that the mercerized pulp was more efficient as raw material than the one treated with oxalic acid, as the first led to higher glucose content at the same conditions of concentration, temperature and time of reaction. The reactions of acid and enzymatic hydrolysis of lignocellulosic materials are of great importance to the production of second generation ethanol and micro and nanofibers, which may be incorporated into biocomposites. Films of chitosan matrix were prepared with the addition of cellulose fibers (untreated, mercerized and residual from the acid and enzymatic hydrolysis reactions) under various concentrations (2,5, 7,5 e 15% wt%). The films were subjected to traction analysis and its morphology was accessed by field emission scanning electron microscopy (SEM-FEG). The results showed that, in general, chitosan films (69 MPa), just like films based on chitosan-cellulose (75 MPa) presented tensile strength values that are superior or the same as similar films described in literature. Therefore, the study here reported produced promising results and is widely inserted in the current interest of utilization of materials from renewable resources instead of those from fossil resources.

The low electrification rates and lack of access to energy services are some of the main challenges of the Tanzanian energy system. However, increasing access to power and other energy services would lead to an increase in the energy demand, which the Tanzanian energy system will not be able to meet. Therefore, new solutions are needed to increase access to modern and affordable energy services that facilitate economic and social development, but in a way that is also sustainable. One promising solution seems to be the use of the abundant agricultural residues to produce energy, which could be particularly relevant for rural areas without access to the national grid. Further, the Tanzanian sisal industry has a challenge in addressing the emissions from sisal processing. Each year, the national industry produces approximately one million ton of Sisal Decortication Residue (SDR), causing local eutrophication as well as emissions of methane, a potent greenhouse gas. The solution under study in this thesis is the potential use of the residue generated at a sisal estate in the region of Tanga (Tanzania), to generate biogas, which could potentially produce electricity and heat when fed into a CHP unit. The AD process also reduces the negative environmental impact of the waste. Given the substantial amounts of sisal waste produced at the estate every day, the project aims at providing a solution that will benefit the owner of the estate, the environment and the local communities. It was found that the potential for biogas production is close to 1,200,000 m3 per year. In a CHP unit, this amount of gas would produce around 2,340 MWh of electricity and over 4,160 MWh of heat per year. The different potential applications for the biogas and products are presented and analysed in the local context. The results of the study suggest that the solution that would provide higher benefits from an economic, social, and environmental perspective is to supply part of the biogas to the surrounding villages for its use as a cooking fuel and fed the remaining electricity into the national grid. For this application it was found that the NPV of the project at the end of its lifetime is close to 1,580,000 USD, and the investment would be recovered in less than 9 years. At the same time, the use of biogas as cooking fuel would significantly benefit the households and the environment, by reducing the serious health and environmental problems derived from the processing of traditional biomass resources. / Bristande tillgång till energitjänster är en av de största utmaningarna för energisystemet i Tanzania. Men förbättrad tillgång till energitjänster kommer att leda till en snabb ökning av energibehov i landet, som det tanzaniska energisystemet inte kan hantera. En möjlig lösning kan vara att använder de rikliga jordbruksavfall för energiändamål, särskilt i landsbygdsområdena som saknar tillträde till det nationella elnätet. Denna rapport studerar möjligheterna att använda avfallet från produktion av sisalfiber (vanligtvis kallade Sisal Decortication Residue, SDR) som genererats vid en egendom i regionen Tanga (Tanzania) för att generera biogas, som också kunna producera el och värme i kraftvärmevek. Med tanke på den betydande mängd avfall som producera varje dag, är målet för projektet att hitta en lösning som egendomens ägare, miljön och lokala samhällen kan dra nytta av. Det potentiella utbytet av biogas med dagens produktionsvolym är ca 1,200,00 m3 per år. Detta motsvarar ca 2,340 MWh el samt 4,160 MWh värme per år. Olika potentiella tillämpningar för biogasen och biprodukterna har analyserad och jämförd för gällande lokala förutsättningar. Resultaten av studien tyder på att lösningen för att maximera sociala, ekonomiska och miljömässiga fördelar är att leverera en del av den biogas som framställs till de omgivande byarna för dess användning som bränsle för matlagning. Resten av elen ska tillföras elnätet. Plantagen köper sedan den el som krävs för den egna produktionen. Resultaten uppgå till ett positivt nettonuvärde (NPV) på omkring 1 580 000 USD och en återbetalningsperiod som är kortare än 9 år. Samtidigt skulle hushåll och miljön få fördelar av den biogasen genom att undvika de alvarliga problemer som hänger samman med traditionella biobränslen.

Thesis (MScEng)--Stellenbosch University, 2013. / ENGLISH ABSTRACT: Natural fibre reinforced concrete (NFRC) is a type of concrete that has become of particular interest in recent years, due to its potential for being used as a sustainable and economically viable building material. Natural fibres are often cheap and widely available in developing nations. Sisal is one such fibre predominantly grown in Brazil and has been identified as having the potential to be commercially cultivated in Southern Africa. The durability of sisal fibres in a cementitious environment tends to be adversely affected due to the high alkalinity of pore water and the presence of calcium hydroxide. This research dealt with the use of sisal fibre reinforced concrete (SFRC) blocks. It focused on the mechanical and volumetric properties of blocks with varying fibre and condensed silica fume content (CSF). Two different SFRC blocks were produced (solid and hollow) using an average fibre length of 10 mm. Two matrix types were used: one using a 70:30 cement:fly-ash ratio and another using a 60:30:10 cement:fly-ash:CSF ratio by weight. Samples of each matrix type were prepared with 0, 0.5 and 1% fibre content by volume. Hollow blocks were tested for compressive strength and capillary water absorption, while solid blocks were tested for compressive strength, flexural strength, capillary water absorption, dimensional stability, drying shrinkage, density, total water absorption and void content. All tests were performed on samples with an age of 28 days. Solid block compressive tests were also performed on samples with an age of 7 days. The hollow blocks had significantly lower average compression strength than the solids, but an increase in fibre content caused a slight increase in strength. For solid blocks, it was found that the addition of natural fibres decreases the strength, although a partial substitution of cement with CSF, in conjunction with fibres, did increase the strength relative to blocks without CSF. The flexure strength was also lowered somewhat by the addition of fibres, but an increase in ductility was noted, although not quantified. The addition of CSF to fibre-containing blocks led to an increase in capillary water absorption, but a decrease in absorption through immersion. This shows that the addition of CSF does significantly alter the pore system of a cementitious matrix reinforced with natural fibres. Also, the dimensional stability increased with the addition of CSF and fibres. The same can be said for drying shrinkage. Even though an increase in fibre and CSF caused samples to shrink more under drying, they were more stable under cycles of wetting and drying. It was concluded that the addition of fibres to a matrix had a detrimental effect on strength, although ductility did increase. The volumetric properties of concrete were also adversely affected by the addition of fibres, although dimensional stability was improved. The partial substitution of cement with CSF did improve many of the mechanical and volumetric properties of samples containing sisal fibre. / AFRIKAANSE OPSOMMING: Natuurlike vesel bewapende beton (NVBB) is ’n tipe beton wat onlangs heelwat belangstelling ontlok het weens die potensiaal om gebruik te word as ‘n volhoubare en ekonomiese haalbare boumateriaal. Natuurlike vesels is dikwels baie goedkoop en wyd beskikbaar in ontwikkelende lande. Sisal is een so ‘n vesel wat verkry word vanaf die blare van ’n garingboom. Die plant word hoofsaaklik in Brasilië verbou en is al uitgewys weens sy potensiaal om op kommersiële skaal in Suidelike Afrika verbou te word. Die duursaamheid van sisal vesels is geneig om nadelig geaffekteer te word in die teenwoordigheid van kalsium hidroksied en ’n hoë-alkali omgewing, soos gevind in die porie-water van beton. Hierdie navorsing handel oor die gebruik van sisal vesel bewapende beton (SVBB) boublokke. Dit fokus op die meganiese- en duursaamheids eienskappe van blokke met verkillende inhoude van vesel en gekondenseerde silika dampe (GSD). Twee verskillende SVBB blokke is geproduseer (solied en hol) deur gebruik te maak van 10 mm vesels. Twee matriks tipes is gebruik: een met ’n 70:30 sement:vliegas verhouding en een met ’n 60:30:10 sement:vliegas:GSD verhouding, volgens gewig. Blokke van elke matriks tipe is geproduseer met 0, 0.5 en 1% vesel inhoud, volgens volume. Hol blokke is getoets vir druksterkte en kapillêre water absorpsie, terwyl soliede blokke getoets is vir druksterkte, buigsterkte, kapillêre water absorpsie, dimensionele stabiliteit, krimp onder uitdroging, digtheid, totale water absorpsie en luginhoud. Alle toetse is gedoen op blokke met ’n ouderdom van 28 dae. Druktoetse is ook gedoen op soliede blokke met ’n ouderdom van 7 dae. Die hol blokke het ’n aansienlike laer gemiddelde druksterkte as die soliede blokke gehad, maar ’n toename in veselinhoud het gelei tot ’n effense verhoging in druksterkte. ’n Toename in veselinhoud van soliede blokke het gelei tot ’n afname in druksterkte, alhoewel ’n gedeeltelike vervanging van sement met GSD gelei het tot ’n hoër druksterkte vir blokke met vesels. Die buigsterkte van soliede blokke het ook afgeneem met ’n verhoging in veselinhoud. ’n Verhoging in duktiliteit is waargeneem met ’n toename in veselinhoud, alhoewel dit nie gekwantifiseer is nie. Die toevoeging van GSD tot blokke bevattende vesels het gelei tot ’n verhoging in kapillêre water absorpsie, maar ’n verlaging in totale water absorpsie. Dit kan daarop wys dat die toevoeging van GSD die poriestelsel van NVBB noemenswaardig verander. Beide die dimensionele stabiliteit en krimp onder uitdroging het toegeneem met die toevoeging van GSD en vesels tot die blokke. Dus, die toevoeging het gelei tot ’n hoër krimpvervorming tydens uitdroging en ’n hoër stabiliteit tydens nat/droog siklusse. Daar is tot die gevolgtrekking gekom dat die toevoeging van sisal vesels tot ’n beton blok oor die algemeen ’n negatiewe effek het op sterkte, alhoewel duktiliteit toeneem. Die volumetriese eienskappe van beton word ook negatief geaffekteer met die toevoeging van sisal vesels, alhoewel dimensionele stabiliteit verbeter. Die gedeeltelike vervanging van sement met GSD lei tot die verbetering van beide meganiese en volumetriese eienskappe van beton blokke wat sisal vesels bevat.

Este trabalho tem como finalidade o desenvolvimento de compósitos a base de resina de poliéster insaturado reforçados com fibras naturais visando aplicações na indústria automotiva. Foram obtidas amostras em escala semi-industrial de compósitos reforçados com fibra de curauá, sisal e vidro, com teores variando de 15 a 40% em massa, com e sem a adição de carga mineral na matriz polimérica, através do processo de prensagem a frio. Os efeitos de cada um dos fatores foram analisados sobre a resistência à tração, módulo de elasticidade, alongamento na ruptura, resistência à flexão e ao impacto. Além disso, foi determinado o comportamento dos materiais com diferentes composições com relação à absorção de umidade. A variação da resistência à flexão como função do tempo de imersão e do teor de umidade absorvido pelos diferentes materiais foi determinada. Foram analisadas as propriedades superficiais como brilho, neblina (haze), ondulância (long-waviness) para as amostras produzidas e submetidas a ensaios de envelhecimento térmico, câmara de condensação e envelhecimento artificial. Todos os resultados obtidos foram baseados em normas da indústria automobilística para verificar conformidade com as exigências do setor. / The purpose of this work is to develop unsaturated polyester based composites reinforced with natural fibers of automotive applications. Samples have been obtained in a semi-industrial scale of composites reinforced with curauá, sisal and glass fiber, with contents varying from 15 to 40% in weight, with and without mineral filler incorporation to the polyester matrix. The molding technique employed was compression molding. The effects of these variables have been investigated over the tensile strenght, young\'s modulus, strain at rupture, flexural and impact strenght of the materials. The behavior of each sample has been investigated concerning water absorption. The variation of flexural strenght as a function of water absorption and immersion time has been determined for each formulation studied. Surface properties such as gloss, haze, long and short-waviness have been determined for all samples obtained just after painting and after artificial weathering, thermal aging and water absorption tests. All results have been performed based on automotive standards in order to evaluate the conformance of the materials to the requirements of the industry.

Submitted by Jean Medeiros (jeanletras@uepb.edu.br) on 2016-03-02T16:49:48Z No. of bitstreams: 2 PDF - Juliana Patrícia de Luna Vieira.pdf: 1566750 bytes, checksum: 6e63c4bf04d69f696ff99b689380db13 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Approved for entry into archive by Secta BC (secta.csu.bc@uepb.edu.br) on 2016-06-13T20:30:18Z (GMT) No. of bitstreams: 2 PDF - Juliana Patrícia de Luna Vieira.pdf: 1566750 bytes, checksum: 6e63c4bf04d69f696ff99b689380db13 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-06-13T20:30:27Z (GMT). No. of bitstreams: 2 PDF - Juliana Patrícia de Luna Vieira.pdf: 1566750 bytes, checksum: 6e63c4bf04d69f696ff99b689380db13 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Previous issue date: 2014-08-27 / Agave sisalana is a plant of Mexican origin that is characterized by providing the stiffest fiber in the world: the sisal. In Brazil, this plant is an important source of income for farmers in semi-arid regions mainly in the states of Bahia and Paraíba. The ability to create jobs is related to maintenance of the crops, harvesting, refining, processing fiber, industrialization and production of crafts. The aim of this study was to determine the antimicrobial, antioxidant and cytotoxicity of Agave sisalana Perrine in wastes obtained from the leaves of defibrillation. Antibacterial activity was determined against Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa and against fungiCandida albicans. The antioxidant activity was performed with the method of DPPH. The cytotoxicity was detected in HeLa cells using the cell proliferation reagent WST-1. The antibacterial activity was found in RL0 (E. coli, P. aeruginosa) and EEB-1 (S. aureus). Activity against C. albicans was found in RL-0, EEB-0 and EEB-1. Ethanol extracts have antioxidant activity, this analysis was not performed with liquid waste because they do not solubilized in ethanol. The cytotoxicity assay showed that the RL-0 is toxic at concentrations that have antimicrobial activity. The RL-1, EEB-0 and EEB-1, above extracts showed cell viability of the positive control (cells + DMSO), when the concentrations of 5 mg/ml, 1 mg/ml and 1 mg/mL, respectively. These results demonstrate that Agave sisalana can be a source of new therapeutic assets. / A Agave sisalana é uma planta de origem mexicana que se destaca por fornecer a fibra mais dura do mundo: o sisal. No Brasil, essa planta representa uma importante fonte de renda para agricultores de regiões semi-áridas principalmente dos estados da Bahia e Paraíba. A capacidade de gerar empregos está relacionada à manutenção das lavouras, colheita, desfibramento, beneficiamento da fibra,industrialização e confecção de artesanato. O objetivo desse trabalho foi determinar as atividades antimicrobiana, antioxidante e de citotoxicidade da Agave sisalana Perrine, em resíduos obtidos da desfibrilação das folhas. Foram utilizados os resíduos líquido (RL-0), líquido seco em spray drying (RL-1), extrato etanólico concentrado bruto do resíduo sólido (EEB-0) e extrato etanólico concentrado bruto seco em spray drier do resíduo sólido (EEB-1). A atividade antibacteriana foi determinada em cepas de Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosae a antifúngica em cepa de Candida albicans. A atividade antioxidante foi realizada com o método do 2,2-difenil-1-pricril-hidrazil (DPPH). A citotoxicidade foi verificada em células HeLa utilizando o reagente de proliferação celular composto terrazólico (WST-1). A atividade antibacteriana foi encontrada no RL-0 (E. coli, P. aeruginosa) e no EEB-1 (S.aureus). A atividade contra C. albicans foi encontrada em RL-0, EEB-0 e EEB-1. Os extratos etanólicos apresentam atividade antioxidante. O ensaio de citotoxicidade demonstrou como esperado que o RL-0 é tóxico nas concentrações que apresentaram atividade antimicrobiana. Os extratos RL-1, EEB-0 e EEB-1, mostram viabilidade celular acima do controle positivo (células + DMSO) quando nas concentrações de 5 mg/mL, 1 mg/mL e 1 mg/mL, respectivamente. Esses resultados demonstram que os resíduos de decorticação de Agave sisalana, que atualmente são desperdiçados, podem ser fonte de novos ativos terapêuticos.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / FundaÃÃo Cearense de Apoio ao Desenvolvimento Cientifico e TecnolÃgico / A celulose bacteriana (CB) desperta grande interesse por parte dos pesquisadores por apresentar estrutura nanomÃtrica, alto Ãndice de cristalinidade, alta porosidade, biocompatibilidade e elevado potencial tecnolÃgico. Diversas fontes de carbono alternativas tÃm sido estudadas para a produÃÃo de CB obtendo-se resultados satisfatÃrios quando compara-se com mÃtodos tradicionais que utilizam meio sintÃticos. O objetivo do presente trabalho consistiu em avaliar a produÃÃo de CB utilizando fontes agroindustriais (lÃquido de sisal e suco de caju) como substrato, no cultivo de Gluconacetobacter hansenii ATCC 23769 sob condiÃÃes estÃticas. Para tal, avaliou-se o efeito da concentraÃÃo de aÃÃcares, pH e suplementaÃÃo do meio com fontes de nitrogÃnio na produÃÃo de CB. Avaliou-se tambÃm a eficiÃncia da purificaÃÃo e o grau de cristalinidade da CB obtida. A maior produÃÃo de CB foi obtida apÃs cultivo da bactÃria por 10 dias utilizando meio obtido atravÃs da diluiÃÃo do lÃquido de sisal para 15 g/L de aÃÃcares, com ajuste de pH em 5 e suplementaÃÃo do meio com 7,5 g/L de extrato de levedura. Para o suco de caju a maior produÃÃo obtida foi de 0,34 g/L, apÃs 5 dias de cultivo e com meio ajustado para 50 g/L de aÃÃcares. Quanto Ãs caracterizaÃÃes tÃrmicas (TGA e DSC), Raio X e FTIR, a CB obtida a partir do lÃquido do sisal apresenta perfis semelhantes à CB obtida em meio padrÃo. Conclui-se que o lÃquido do sisal à o substrato mais promissor para a produÃÃo de CB. / Bacterial cellulose (BC) is an interesting biomaterial for researchers because it presents structure in nanoscale dimensions, high crystallinity degree, high porosity, biocompatibility, and high technological potential. Alternative carbon sources have been studied to replace traditional synthetic medium as a substrate for BC production, achieving satisfactory results. The aim of this work was to evaluate BC production using agro-industrial sources (sisal juice and cashew apple juice) as substrates in Gluconacetobacter hansenii ATCC 23769 cultivation under static conditions. The effects of sugars concentration, pH, and nitrogen sources supplementation were evaluated on the BC yield production. The efficiency of the BC purification process and the crystallinity degree of BC were also evaluated. The higher yield of BC was obtained after 10 days of cultivation in the medium based on sisal juice with the following parameters: 15 g/L of sugars, pH 5, and nitrogen supplementation with 7.5 g/L of yeast extract. When use cashew apple juice, the higher yield of BC was obtained after 5 days of cultivation in the medium with 50 g/L of sugars. The BC from the sisal juice medium presented similar TG, DSC, XRD, and FTIR characteristics to the BC from the standard medium. Thus, the sisal juice is a suitable substrate for BC production.

Submitted by Cleide Dantas (cleidedantas@ufpa.br) on 2014-04-08T12:34:39Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_ComportamentoMecanicoMaterial.pdf: 7982810 bytes, checksum: f96d0429af175c97d342b64ffb654342 (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Rosa Silva (arosa@ufpa.br) on 2014-06-18T12:51:17Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_ComportamentoMecanicoMaterial.pdf: 7982810 bytes, checksum: f96d0429af175c97d342b64ffb654342 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-06-18T12:51:17Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_ComportamentoMecanicoMaterial.pdf: 7982810 bytes, checksum: f96d0429af175c97d342b64ffb654342 (MD5) Previous issue date: 2008 / Neste trabalho, materiais compósitos de matriz poliéster reforçados por fibras curtas de sisal, por resíduo de madeira e por sistema híbrido sisal/resíduo de madeira, dispostos aleatoriamente foram produzidos, utilizando-se o menor nível possível de processamento tecnológico nas etapas produtivas, com vistas a se produzir um compósito tecnicamente viável a pequenos produtores. A matriz de poliéster utilizada foi a tereftálica pré-acelerada com naftenato de cobalto e curada a temperatura ambiente com peróxido de metil-etil-cetona (MEK) em diferentes proporções em relação à resina, 0,33%, 1,66%, 3,33% e 5,00% em volume, de forma a se avaliar a influência deste nas propriedades mecânicas. As fibras de sisal foram cortadas manualmente nos comprimentos de 5, 10 e 15mm e utilizadas da maneira como adquiridas, sem tratamento superficial. O resíduo de madeira utilizado foi o pó de lixadeira da madeira maçaranduba. Os compósitos foram fabricados por moldagem manual, sem pressão e a temperatura ambiente. Foram fabricados corpos de prova de matriz pura, compósitos reforçados por sisal, variando-se o comprimento das fibras, compósitos reforçados por pó de maçaranduba e compósitos de reforço híbrido, sisal/pó de madeira, em diferentes proporções entre os constituintes. As propriedades mecânicas foram avaliadas por ensaios de tração e impacto charpy e as superfícies de fratura geradas foram avaliadas por microscopia eletrônica de varredura de modo a se correlacionar os aspectos de fratura com as propriedades mecânicas. Foi determinada a massa específica de cada série de corpos de prova fabricada, bem como a fração volumétrica dos reforços nos compósitos. Os resultados demonstraram que com o aumento do comprimento da fibra de sisal a resistência à tração e ao impacto dos compósitos foi incrementada, alcançando, o compósito com fibras de sisal de 15 mm, o melhor desempenho mecânico dentre as séries testadas. Por outro lado, a heterogeneidade granulométrica do pó de maçaranduba teve efeito negativo sobre as propriedades mecânicas dos compósitos. Os compósitos híbridos sisal/pó de madeira com maior teor de fibras, alcançaram 80% do desempenho obtido para os compósitos de fibras de sisal. / In this work, composite materials of polyester matrix reinforced by short sisal fiber, by residue of wood and by hybrid system for sisal / residue of wood, arranged randomly, were produced using the minimum stages of technology processing in the productive step, with views to produce a composite material easy technically to produce. The polyester matrix used was a pre-accelerated tereftálica with cobalt naftenato and cured at room temperature with methyl ethyl ketone peroxide (MEK) in different proportions in relation to the resin, 0.33%, 1.66%, 3.33% and 5.00% by volume in order to evaluate the influence on mechanical properties. The sisal fibers were manually cut in lengths of 5, 10 and 15 mm and used in the way purchased and surface untreated. The residue of wood powder was used of maçaranduba wood. The composites were produced by manual moulding, without pressure and room temperature. Specimen were manufactured for evaluated matrix, composites reinforced by sisal, ranging of the length of the fibres, composites reinforced by maçaranduba residue and strengthening of hybrid composites, sisal / wood residue, in different proportions of the constituents. Mechanical properties were evaluated by tests of traction and Charpy impact and the areas of fracture generated were evaluated by scanning electron microscopy in order to correlate aspects of fracture with the mechanical properties. It was determined the specific mass of each series of specimen of each manufactured, and the volume fraction of the composite material. The results showed that the increase in the length of the sisal fiber, tensile strength and impact of composites has been increased, reaching the composite of sisal fibre, 15 mm, the best performance with the specimen series tested. The heterogeneity of size maçaranduba residue was negative effect on the mechanical properties of composites. The hybrid composites materials sisal / wood residue with higher content of fibers elevated in 80% of the mechanical properties obtained for the composite material reinforced only by sisal fiber.

Submitted by Cleide Dantas (cleidedantas@ufpa.br) on 2014-04-08T12:43:19Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_CompositoArgamassaCimento.pdf: 6622862 bytes, checksum: e349e7437866547d6f36bd348b74718a (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Rosa Silva (arosa@ufpa.br) on 2014-06-18T13:12:34Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_CompositoArgamassaCimento.pdf: 6622862 bytes, checksum: e349e7437866547d6f36bd348b74718a (MD5) / Made available in DSpace on 2014-06-18T13:12:34Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_CompositoArgamassaCimento.pdf: 6622862 bytes, checksum: e349e7437866547d6f36bd348b74718a (MD5) Previous issue date: 2010 / Neste trabalho, foi desenvolvido um novo material compósito utilizando-se como matriz a argamassa de cimento reforçado com fibra de sisal a 1% em peso, que foram cortadas manualmente nos comprimentos de 15 mm e 25 mm utilizadas sem tratamento superficial utilizando-se o menor nível possível de processamento tecnológico nas etapas de fabricação. A pesquisa foi direcionada para estudar os mecanismos de falha desse novo material. Os compósitos foram produzidos com moldagem manual utilizando-se vibrador de imersão para melhor adensamento. Foram confeccionados corpos de prova da matriz pura e do compósito com fibra de sisal, com entalhes pré definidos, de 1,7 mm, 3,0 mm e 5,0 mm. As propriedades mecânicas foram avaliadas por ensaio de flexão em três pontos e correlacionadas com o aspecto fractográfico realizados no Microscópio Eletrônico de Varredura. Os resultados mostraram que a presença das fibras de sisal, inseridas na pasta de cimento, provocou restrição à retração plástica da mistura fresca, possivelmente pela elevada capacidade de absorção de água do reforço fibroso, um incremento na resistência mecânica e aumento da tenacidade do compósito em relação a matriz entre as séries de entalhes, diminuindo a tendência de fratura brusca. / In this work, we developed a new composite material using as a matrix of cement mortar reinforced with sisal fibers to 1% by weight, which were manually cut into lengths of 15 mm and 25 mm used without surface treatment using the lowest possible level of technological processes in manufacturing steps. The research was conducted to study the mechanisms of failure of this new material. The composites were produced with manual molding using immersion vibrator for better densification. Specimens were fabricated of the pure base and with the composites with sisal fiber, with pre-defined slots of 1.7 mm, 3,0 mm and 5,0 mm. The mechanical properties were evaluated by a bending test at three points and correlated with the fractographic appearance made in the Scanning Electron Microscope. The results showed that the presence of sisal fibers, embedded in cement paste,plastic shrinkage caused restriction of fresh mixture, possibly due to high water absorption capacity of fibrous reinforcement, an increase in mechanical strength and increased toughness of the composite over the base between the series of notches, decreasing the tendency to sudden fracture.

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.