Produção de celulose nanofibrilada a partir de polpa organossolve de bambu para nanoreforço de compósitos cimentícios

Autor(es)

Viviane da Costa Correia

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: Pirassununga.
• Instituição: Universidade de São Paulo (USP). Faculdade de Zootecnica e Engenharia de Alimentos (FZE/BT)
• Data de defesa: 2015-05-05

Membros da banca

Holmer Savastano Júnior; Antônio Aprígio da Silva Curvelo; Khosrow Ghavami; Júlia Baruque Ramos; Conrado de Souza Rodrigues

• Orientador: Holmer Savastano Júnior

Resumo

Fibras vegetais de baixo módulo de elasticidade são conhecidas pela sua capacidade de aumentar a energia absorvida durante o carregamento dos materiais cimentícios, especialmente no estágio pós-fissurado. A utilização de nanofibras celulósicas pode contribuir para a tenacificação de matrizes frágeis, tanto por melhorar o empacotamento das partículas, com o refinamento de poros, quanto pela interceptação de fissuras na escala nanométrica, com a respectiva absorção de energia. A celulose nanofibrilada provém de um recurso natural, abundante e renovável, possui bom desempenho mecânico e superfície específica elevada, o que contribui para melhorar a adesão entre as partículas de cimento. Estes fatores justificam o uso da celulose nanofibrilada e a tornam uma boa alternativa como nanoreforço de materiais cimentícios. Com isso, o objetivo deste trabalho foi a produção de celulose nanofibrilada a partir de polpa organossolve de bambu, definindo a melhor condição para sua produção e posterior utilização como reforço em compósitos híbridos (reforçados na nano e micro escalas) em comparação a compósitos reforçados somente com microfibras (polpa) pelos processos de produção por sucção e prensagem, e extrusão. A celulose nanofibrilada foi produzida utilizando-se polpa não-branqueada e branqueada, por meio de 5, 10, 15 e 20 ciclos de nanofibrilação pelo processo grinding. Foram realizados testes químicos, físicos e mecânicos para definição da condição ótima de nanofibrilação. A celulose nanofibrilada não-branqueada produzida mediante 10 ciclos foi definida como a melhor opção para utilização nos compósitos híbridos, por possuírem maior módulo de elasticidade e, em razão da sua maior estabilidade estrutural, apresentam maior resistência à degradação em meio alcalino. Os compósitos foram submetidos à cura por carbonatação acelerada para mitigação da degradação da fibra pela diminuição do pH da matriz e também para refinamento dos poros. Os compósitos foram submetidos ao teste de envelhecimento acelerado por meio de 200 ciclos de imersão e secagem para análise da sua degradação. Os compósitos híbridos e reforçados somente com polpa aos 28 dias de cura e após o envelhecimento acelerado foram submetidos aos ensaios físicos, mecânicos e microestruturais para acompanhamento do efeito da celulose nanofibrilada nas suas propriedades. Nos compósitos produzidos pelos dois processos aos 28 dias não houve diferença estatística para as propriedades físicas testadas, comparando-se os compósitos híbridos e os reforçados somente com polpa. No processo de sucção e prensagem, embora útil para ajustes na formulação e na cura do compósito híbrido, não se percebeu contribuição estatisticamente significativa da celulose nanofibrilada na formação de pontes de transferência de tensões, e, portanto sem o correspondente aumento na resistência mecânica dos compósitos. Nos compósitos extrudados, a celulose nanofibrilada atuou de modo a melhorar o comportamento mecânico do compósito híbrido em comparação ao compósito sem nanofibras. Esta melhoria pode estar associada à maior adesão entre as nanofibrilas e a matriz cimentícia, o que foi atestado pela análise microestrutural (MEV) dos compósitos. Após o envelhecimento acelerado os compósitos com e sem nanofibras produzidos pelos dois processos não apresentaram redução do desempenho mecânico, o que se atribui à menor alcalinidade provida pela carbonatação acelerada. (AU)

• Processo FAPESP: 11/01128-5 - Produção de whiskers a partir de polpa organossolve de bambu e utilização como nanoreforço de compósitos cimentícios.
• Beneficiário: Viviane da Costa Correia
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado