Development of rigid polyurethane foam from kraft lignin and renewable source chain extenders: application as a thermal insulator

• Grant number: 20/09953-4
• Support Opportunities: Scholarships in Brazil - Innovative Research in Small Business - PIPE
• Start date: August 01, 2020
• End date: July 31, 2022
• Field of knowledge: Engineering - Materials and Metallurgical Engineering - Nonmetallic Materials
• Principal Investigator: Lara Tavares dos Santos
• Grantee: Lara Tavares dos Santos
• Company: Entropic Solutions - Tecnologias a Partir de Biomassa Ltda
• CNAE: Recuperação de materiais não especificados anteriormente
• Associated research grant: 19/20696-6 - Development of rigid polyurethane foam from kraft lignin and renewable source chain extenders: application as a thermal insulator, AP.PIPE

Abstract

A valorização da lignina kraft, através de sua transformação em produtos de alto valor agregado, vem sendo motivada e investigada em centros de pesquisas tecnológicos, universidades e indústrias. Estima-se que anualmente dezenas de milhões de toneladas de lignina kraft são geradas como subproduto da fabricação de papel e celulose. Visando sua valorização, uma planta industrial de lignina kraft foi inaugurada pela Suzano Papel e Celulose em Limeira, com planejamento de 20.000 e capacidade de produção de 80.000 toneladas por ano. Adicionalmente, a Klabin anunciou em 2019 a instalação de uma planta piloto para desenvolvimento de lignina tecnológica, reforçando o interessante na reutilização da lignina e gerando oportunidades de negócio. Além da disponibilidade em escala industrial, os grupos funcionais presentes na estrutura da lignina (hidroxilas aromática e alifática, carbonila) a tornam uma interessante alternativa de matéria-prima para o desenvolvimento de poliuretanos (PU), resinas fenólicas e epóxis. O desenvolvimento de espumas rígidas de PU a partir de lignina é favorecido pela abundante presença de anéis aromáticos em sua estrutura. Os resultados da fase 1 deste projeto apontaram soluções para as principais dificuldades envolvidas neste desenvolvimento: a baixa reatividade das hidroxilas aromáticas e reduzida dispersão da lignina kraft em polióis. Neste contexto, esse projeto PIPE fase 2 tem como objetivo o desenvolvimento de espuma rígida de poliuretano para isolamento térmico a partir de lignina modificada e óleo de mamona modificado. As rotas de modificação investigadas na fase 1 serão aperfeiçoadas e misturas de lignina modificada com óleo de mamona modificado serão obtidas para otimização das propriedades dos PUs. A caracterização destes polióis será feita por espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), viscosimetria rotacional, titulação para determinação do nível de hidroxilas e refratometria ótica com modulação de temperatura (TMOR). Diversas formulações de espumas rígidas de PU serão desenvolvidas a partir dessas misturas, variando a relação de seus constituintes e aditivos. Ensaios mecânicos de compressão, análise de condutividade térmica, retração dimensional, densidade aparente e microscopia eletrônica de varredura (MEV) serão aplicados na caracterização das espumas, assegurando a obtenção de espuma rígida dentro dos níveis de desempenho exigidos na aplicação como isolantes térmicos. A resistência a propagação de chamas das espumas também será investigada, por representar um importante diferencial evidenciado durante a fase 1 por várias empresas visitadas. A cinética de cura dos PUs será investigada por TMOR e FTIR. O mercado de espumas rígidas de poliuretano é o segundo maior mercado do mundo em faturamento. O desenvolvimento deste produto implica na valorização e transformação de um resíduo industrial de larga escala em espuma rígida com resistência a propagação de chamas, com custo competitivo, na geração indireta de empregos e no estabelecimento de uma nova empresa desenvolvedora de produtos tecnológicos sustentáveis. (AU)