Produção de Wood Plastics Composites (WPC) utilizando o biochar como carga e reforço

• Processo: 22/05306-0
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Programa BIOEN - Regular
• Data de Início da vigência: 01 de fevereiro de 2023
• Data de Término da vigência: 31 de janeiro de 2026
• Área do conhecimento: Engenharias - Engenharia de Materiais e Metalúrgica - Materiais Não-metálicos
• Pesquisador responsável: Alcides Lopes Leao
• Beneficiário: Alcides Lopes Leao
• Instituição Sede: Faculdade de Ciências Agronômicas (FCA). Universidade Estadual Paulista (UNESP). Campus de Botucatu. Botucatu , SP, Brasil
• Pesquisadores associados: Ivana Cesarino
• Bolsa(s) vinculada(s): 23/11429-0 - Incorporação de fibras naturais e biochar em matrizes termoplásticas, BP.TT
• Assunto(s): Biocarvão Materiais compósitos Compósitos termoplásticos Biomassa Fibras naturais
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Biochar | biomass cascade | circular economy | composites | natural fibers | wpc | compósitos termoplásticos

Resumo

Biocompósitos, dentre eles os denominados WPC (Wood Plastics Composites), têm sido usados como uma ferramenta na produção de materiais sustentáveis há alguns anos e avanços consideráveis têm sido feitos para aperfeiçoar suas propriedades físicas e mecânicas. No entanto, ainda existem algumas desvantagens consideráveis (como resistência mecânica inferior, aumento de espessura, estabilidade dimensional, maior densidade, descoloração e apodrecimento) que restringem sua utilização adequada em mercados mais amplos. Tentativas foram feitas para remediar essas desvantagens, mas ainda mais investigação é necessária para resolver todos os problemas e aliviar tantas deficiências quanto seja possível. Os resíduos lignocelulósicos podem ser valorizados através da conversão termoquímica (pirólise ou carbonização), visando formar um material carbonáceo e renovável, chamado biochar ou biocarvão. Busca-se uma solução que atenda ambas as demandas, dentro dos princípios da economia circular: o uso do biocarvão/biochar produzido a partir de pirólise de resíduos lignocelulósicos e lixo urbano; e usos dos finos de carvão vegetal gerados em carvoarias convencionais. Dessa forma, através do conceito do uso da biomassa em cascata objetiva-se o fabrico de biocompósitos onde o biochar pode ser adicionado à madeira (pó de lixa) e fibras naturais diversas (casca de arroz), em uma matriz termoplástica. É esperado que a incorporação do biochar em compósitos termoplásticos reforçados com fibras naturais possa mitigar as desvantagens gerais desse material conhecidos como WPC de primeira geração e, ao mesmo tempo, dar origem a uma potencial variedade de biocompósitos de nova geração melhorados, os então chamados WPC de segunda geração. Alie-se a essas vantagens, a redução da pegada de carbono e o uso de matérias-primas de baixo valor. Essa classe de produto pode ser chamada WPBC - Wood Plastic Biochar Composite. Esse material, por suas imensas variáveis de produção, precisa ser melhor estudado e testado em compósitos de base biológica. A disponibilidade de matéria-prima em potencial para a produção de biochar é imensa, listando-se os resíduos agrícolas, resíduos florestais, resíduos de processamento de madeira (pó de lixa), a porção orgânica de resíduos sólidos urbanos, etc. (DUKU et al., 2011). Até agora, o biochar tem sido apenas utilizado em usos agrícolas e na remoção de contaminantes (KOOKANA et al., 2011; SRINIVASAN et al., 2015). Devido à sua área de superfície muito alta, elevado teor de carbono e natureza hidrofóbica, o biochar pode também ser potencialmente usado como carga ou reforço em compósitos termoplásticos à base de madeira e resinas poliméricas, sendo esse o objetivo do presente projeto. A alta área superficial específica do biochar permite que a matriz termoplástica tenha um maior fluxo criando uma interação mecânica, o interlocking, melhorando as propriedades mecânicas desses compósitos. Esta aplicação de biochar em biocompósitos pode ampliar sua usabilidade e produzir melhores compósitos enquanto gerencia os resíduos de forma sustentável. No entanto, até hoje, poucos estudos tem sido reportados envolvendo o uso do biochar em compósitos como o WPC, resultando em um grande campo de variáveis a ser estudado. Segundo o site Academia.edu, até a data de 2020, cerca de 688 papers versavam sobre o tema WPC, para um total de 18.823 menções. Desse total, cerca de uma dezena tratavam de WPC com biochar e resinas termoplásticas como matriz. (AU)