Análise experimental do uso de resíduo do bagaço de cevada para a fabricação de compósitos poliméricos de resina poliéster

Abstract

A crescente preocupação global quanto à preservação do meio ambiente, geração de resíduos e utilização de materiais oriundos de fontes não renováveis impulsionam pesquisas em diversos setores cujo principal objetivo é desenvolver novas tecnologias e recursos que atendam aos requisitos ambientais desejados. Dessa forma, o objetivo deste trabalho é avaliar a morfologia e propriedades físico-químicas do bagaço de cevada, resíduo do processo cervejeiro, e a influência da sua utilização em diferentes frações volumétricas nas propriedades de compósitos poliméricos fabricados com matriz de poliéster. Inicialmente, o resíduo foi modificado através de soluções aquosas de hidróxido de sódio de concentrações 1%, 3%, 5% e 10% durante 1 hora. O resíduo tratado foi caracterizado através das técnicas de determinação de densidade por picnometria, análise de perda de massa, microscopia eletrônica de varredura com detector de energia dispersiva (MEV-EDS), espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) e análise termogravimétrica (TGA). Observou-se que o resíduo possui morfologia e composição químicas semelhantes às fibras vegetais e que o tratamento alcalino retira componentes da superfície, modificando a estrutura do resíduo. Os resíduos tratados com diferentes condições foram utilizados para a fabricação de compósitos poliméricos com frações volumétricas de 35% vol. de resíduo, através de moldagem por compressão. Os compósitos foram caracterizados através de ensaios de tração, FTIR, TGA e MEV. Com base nos resultados observou-se que compósitos com resíduos tratados com concentração de 5% de NaOH, resultaram em melhores propriedades no ensaio de tração. Assim, posteriormente, na segunda parte foram fabricados compósitos com frações volumétricas de 10% vol. e 20% vol. de resíduo nos estados sem tratamento e com o tratamento alcalino correspondente a melhor condição observada, 5% de NaOH. Observou-se que os resultados dos ensaios de tração dos compósitos se mantêm praticamente constantes de acordo com cada tipo de resíduo utilizado na fabricação, indicando que não há efeito sobre o reforço mecânico. Esse resultado é comprovado pelos ensaios de FTIR e MEV, que não apresentam sinais de interação entre o resíduo de cevada e a matriz de poliéster.

The growing global concern regarding environmental preservation, waste generation and use of materials from non-renewable sources drives research in various sectors whose main objective is to develop new technologies and resources that meet the desired environmental requirements. Therefore, the objective of this work is to evaluate the morphology and physicalchemical properties of barley bagasse, a brewing process residue, and the influence of its use in different volumetric fractions on the properties of polyester matrix polymer composites. Initially, barley bagasse was modified by aqueous sodium hydroxide solutions with concentrations of 1%, 3%, 5% and 10% for 1 hour. The residue samples were characterized through density determination tests by solid pycnometry, mass loss analysis, scanning electron microscopy with energy dispersive detector (SEM-EDS), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and thermogravimetric analysis (TGA). It was observed that barley bagasse has a morphology and chemical composition similar to vegetable fibers and that the alkaline treatment removes components from the surface, modifying the structure of the bagasse. The waste treated with different conditions was used to manufacture polymer composites with volume fractions of 35% vol. of residue, through room temperature compression molding. The composites were characterized through tensile tests, FTIR, TGA and SEM. Based on the results, it was observed that compounds with residues treated with a concentration of 5% NaOH resulted in better properties in the tensile test. Thus, subsequently, compounds with volumetric fractions of 10% vol. and 20% vol. of residue in the untreated states and with the alkaline treatment corresponding to the best observed condition, 5% NaOH, were manufactured. It was observed that the results of the tensile tests of the composites remained practically constant according to each type of bagasse used in manufacturing when comparing different volumetric fractions, showing that there is no positive mechanical reinforcement effect. This result is confirmed by FTIR and SEM tests, which show no signs of interaction between barley exposure and the polyester matrix.