UFOP - CETEC - UEMG

REDEMATREDE TEMÁTICA EM ENGENHARIA DE MATERIAIS

UFOP – CETEC – UEMG

Dissertação de Mestrado

"Influência da adição de biomassa obtida após a

extração do óleo da semente de Moringa oleifera nas

propriedades térmicas, morfológicas e mecânicas em

compósitos de matrizes termoplásticas"

Autor: Lucas Emiliano de Souza Moreira

Orientador: Profa. Dra. Kátia Monteiro Novack

Fevereiro de 2018

UFOP - CETEC - UEMG

REDEMATREDE TEMÁTICA EM ENGENHARIA DE MATERIAIS

UFOP – CETEC – UEMG

Lucas Emiliano de Souza Moreira

"Influência da adição de biomassa obtida após extração

do óleo da semente de Moringa oleifera nas propriedades

térmicas, morfológicas e mecânicas em compósitos de

matrizes termoplásticas"

Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa

de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais da

REDEMAT, como parte integrante dos requisitos

para obtenção do título de Mestre em Engenharia

de Materiais.

Área de Concentração: Análise e Seleção de Materiais

Orientador: Profa. Dra. Kátia Monteiro Novack

Ouro Preto, Fevereiro de 2018.

M838i Moreira, Lucas Emiliano de Souza. Influência da adição de biomassa obtida após extração do óleo da semente de Moringa oleifera nas propriedades térmicas, morfológicas e mecânicas em compósitos de matrizes termoplásticas [manuscrito] / Lucas Emiliano de Souza Moreira. - 2018. 91f.: il.: color; grafs; tabs.

Orientador: Profa. Dra. Katia Monteiro Novack.

Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Ouro Preto. Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação. REDEMAT. Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Área de Concentração: Análise e Seleção de Materiais.

1. Moringa oleifera. 2. Compósitos de matrizes termoplásticas. 3. Fibras vegetais. I. Novack, Katia Monteiro. II. Universidade Federal de Ouro Preto. III. Titulo.

CDU: 620

Catalogação: www.sisbin.ufop.br

ii

iii

Publicações

Congressos

VI Encontro Nacional da Moringa Oleífera (ENAM) 2016

(Resumo expandido publicado nos Anais do congresso)

Influencia da adição de biomassa de moringa nas propriedades térmicas e mecânicas

de compósitos poliméricos.

14 Congresso Brasileiro de Polímeros – CBPol 2017

(Trabalhos completos publicados em Anais de congressos)

Caracterização da fibra e biomassa da Moringa Oleifera: uma alternativa para

fabricação de compósitos de base polimérica.

Revistas científicas

Environmental Technology (publicado)

Classificação CAPES 2016: A1

FINZI-QUINTÃO, CRISTIANE MEDINA; NOVACK, KÁTIA MONTEIRO;

BERNARDES-SILVA, ANA CLÁUDIA; SILVA, THAIS D.; MOREIRA, LUCAS

E. S.; BRAGA, LUIZA E. M., Biodegradation of polymer blends.

ENVIRONMENTAL TECHNOLOGY. V. 38, p. 1-10, 2017.

Polímeros Ciência e Tecnologia (aceito)

Classificação CAPES 2016: A2

Título: Influence of Moringa oleífera oil (MO) and Moringa oleífera polymer (PMO)

in conventional polymer blends.

iv

Agradecimentos

Agradeço a Deus em primeiro lugar, pelo dom da vida e por ser sempre o norte em momentos

difíceis.

Aos meus pais pela oportunidade do estudo, pois nunca mediram esforços para que eu me

tornasse sempre uma pessoa melhor e mais instruída.

Agradeço também as minhas irmãs pela compreensão em relação à ausência, pois neste

trabalho foi necessária uma dedicação que me privou de alguns momentos onde certamente eu

poderia estar na companhia delas.

Um agradecimento especial à Elizabeth, pelo amor, cumplicidade, compreensão e carinho,

pois tenho certeza que foram, são e sempre serão incondicionais.

Certamente não poderia faltar um agradecimento com muito destaque a essa orientadora que é

espetacular. Obrigado pela compreensão, ensinamentos e paciência, tenho certeza que saio

desta empreitada não apenas com uma companheira de pesquisa, mas com uma amiga.

Por final gostaria de agradecer a todos aqueles que contribuíram para que a execução deste

trabalho fosse realizada, pois ninguém vai a nenhum lugar sozinho. Obrigado Taynnara pela

dedicação junto a loja, Prof. Rodrigo Bianchi, Fernando, Marcella, Cleyd, Alana e Ludmilla

pelos experimentos realizados no LAPPEN, Mariana Babilone e Cris Finzi por toda a ajuda

nos experimentos e durante todo o caminho.

v

SUMÁRIO

LISTA DE FIGURAS ............................................................................................................. viii

LISTA DE ABREVIATURAS ................................................................................................. xi

LISTA DE EQUAÇÕES .......................................................................................................... xii

RESUMO ................................................................................................................................ xiii

ABSTRACT ............................................................................................................................ xiv

1 – Introdução ............................................................................................................................. 1

2 – Objetivos .............................................................................................................................. 4

2.1 – Objetivos Gerais ....................................................................................................... 4

2.2 – Objetivos específicos ..................................................................................................... 4

3 – Revisão Bibliográfica ........................................................................................................... 4

3.1 – Fibras ............................................................................................................................. 4

3.2 – Fibras Naturais .............................................................................................................. 7

3.3 – Fibras Vegetais .............................................................................................................. 7

3.4 – Fibras lignocelulósicas .................................................................................................. 8

3.4.1 – Celulose ................................................................................................................ 10

3.4.2 – Hemicelulose ........................................................................................................ 12

3.4.3 – Lignina ................................................................................................................. 12

3.4.4 – Pectina .................................................................................................................. 14

3.5 – Moringa oleifera .......................................................................................................... 15

3.6 – Materiais compósitos ................................................................................................... 18

3.6.1 – Materiais compósitos de matriz polimérica ......................................................... 20

3.7 – Ecoflex® ..................................................................................................................... 21

3.8 – Ecovio®....................................................................................................................... 23

3.8.1 – Poli (ácido lático) ................................................................................................. 23

3.9 – PEAD .......................................................................................................................... 25

3.10 – Compósitos obtidos com moringa ............................................................................. 27

vi

4 – Parte experimental .............................................................................................................. 28

4.1 – Caracterização química da biomassa ...................................................................... 28

4.1.1 – Teor de extrativos totais ....................................................................................... 28

4.1.2 – Teor de cinzas ....................................................................................................... 28

4.1.3 – Teor de lignina Klason insolúvel ......................................................................... 29

4.1.4 – Teor de lignina Klason solúvel ............................................................................. 29

4.1.5 – Massa específica ................................................................................................... 30

4.2 – Caracterizações ....................................................................................................... 31

4.2.1 – Microscopia eletrônica de varredura (MEV) ....................................................... 31

4.2.2 – Espectroscopia na região do infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR)

.......................................................................................................................................... 32

4.2.3 – Difratometria de Raios X (XRD) ......................................................................... 32

4.3 – Análises Térmicas ................................................................................................... 33

4.4 – Produção de filmes compósitos .............................................................................. 33

4.5 – Ensaios de Tração ........................................................................................................ 35

5 – Resultados e discussão ....................................................................................................... 35

5.1 – Caracterização química da biomassa ........................................................................... 35

5.2 – Resultados da massa específica ................................................................................... 37

5.3 – Microscopia eletrônica de varredura (MEV) .............................................................. 39

5.4 – Resultado da produção de filmes compósitos ............................................................. 41

5.5 – Espectroscopia na reião do infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR) ..... 42

5.6 – Calorimetria Diferencial de Varredura (DSC) ............................................................ 46

5.7 – Análises termogravimétricas (TGA) ........................................................................... 52

5.8 – Ensaios de tração ......................................................................................................... 55

5.9 – Difratometria de raios X (XRD) .................................................................................. 59

6 – Conclusões ......................................................................................................................... 63

7 – Sugestões para trabalhos futuros ........................................................................................ 65

vii

8 – Referencias Bibliográficas ................................................................................................. 66

viii

LISTA DE FIGURAS

Figura 1.1 – Produção mundial de resinas termoplásticas (Plastics Europe 2014) ................................. 1

Figura 3.1 – Taxonomia das fibras (PINHEIRO, 2008) .......................................................................... 5

Figura 3.2 – Estrutura de uma fibra vegetal adaptado de (Silva et al 2009) ......................................... 10

Figura 3.3 – Ligações de hidrogênio da celulose (CARDOSO 2013) ................................................... 11

Figura 3.4 – Unidades de hidroxifenila (a) guaiacila(b) e siringila (c), precursoras da estrutura

molecular da lignina .............................................................................................................................. 14

Figura 3.5 – Árvore da moringa oleífera (LÉDO, 2008) ....................................................................... 15

Figura 3.6 – Figura 3 6 – (a) Frutos da planta, (b) folha da planta, (c) flor da planta (d) semente

(LÉDO, 2008) ........................................................................................................................................ 17

Figura 3.7 – Classificação dos materiais compósitos. (CALLISTER,2008) adaptado ......................... 18

Figura 3.8 – Representação da estrutura molecular do Ecoflex® ......................................................... 22

Figura 3.9 – Estrutura química do PLA ................................................................................................ 24

Figura 3.10 – Representação esquemática da figura do PEAD(COUTINHO; MELLO; SANTA

MARIA, 2003) ...................................................................................................................................... 26

Figura 4.1 – Produção de filmes e compósitos (a) Ecovio® puro (b) Ecovio® compósito (c) Ecoflex®

puro (d) Ecoflex® compósito (e) PEAD puro (f) PEAD compósito ..................................................... 34

Figura 4.2 – Prensagem dos filmes ....................................................................................................... 35

Figura 5.1– Micrografias para o Ecovio® (a) Aumento de 1000x (b) Aumento de 5000x (c) Aumento

de 10000x .............................................................................................................................................. 40

Figura 5.2 – Micrografias para o Ecoflex® (a) Aumento de 200x (b) Aumento de 5000x (c) Aumento

de 10000x .............................................................................................................................................. 40

Figura 5.3 – Micrografias para o PEAD (a) Aumento de 1000x (b) Aumnto de 5000x (c) Aumento de

10000x ................................................................................................................................................... 41

Figura 5.4 – Filmes produzidos por termoprensagem (a) Filmes de Ecovio® puro e compósito (b)

Filmes de PEAD puro e compósito (c) filmes de Ecoflex® puro e compósito ..................................... 41

Figura 5.5 – Orientações das fibras em compósitos. Adaptado de CALLISTER (2008) ...................... 42

Figura 5.6 – Espectro infravermelho do Ecoflex® ................................................................................ 44

Figura 5.7 – Espectro infravermelho do Ecovio® ................................................................................. 45

Figura 5.8 – Espectro infravermelho do PEAD ..................................................................................... 46

Figura 5.9 – Espectro infravermelho da Biomassa ................................................................................ 43

Figura 5.10 – Curvas de DSC para aquecimento dos filmes de Ecoflex® ............................................ 47

Figura 5.11 – Curvas de DSC para resfriamento dos filmes de Ecoflex® ............................................ 48

Figura 5.12 – Curvas de DSC para aquecimento dos filmes de Ecovio® ............................................. 49

Figura 5.13 – Curvas de DSC para resfriamento dos filmes de Ecovio® ............................................. 50

ix

Figura 5.14 – Curvas de DSC para aquecimento dos filmes de PEAD ................................................. 51

Figura 5.15 – Curvas de DSC para resfriamento dos filmes de PEAD ................................................. 52

Figura 5.16 – Curvas de TGA para filmes puros ................................................................................... 53

Figura 5.17 – Curvas de TGA para filmes compósitos ......................................................................... 54

Figura 5.18 – Corpos de prova dos filmes puros e compósitos para (a) Ecoflex® (b) Ecovio® (c)

PEAD .................................................................................................................................................... 55

Figura 5.19 – Curvas de tensão x deformação dos filmes puros ........................................................... 56

Figura 5.20 – Superfícies de fratura dos filmes puros para (a) PEAD (b) Ecovio® (c) Ecoflex® ...... 57

Figura 5.21– Curvas de tensão x deformação dos filmes compósitos ................................................... 58

Figura 5.22 – Superfícies de fratura dos filmes compósitos para (a) PEAD (b) Ecovio® (c) Ecoflex®

............................................................................................................................................................... 59

Figura 5.23 – Difratograma de raios X para os filmes de Ecoflex® ..................................................... 60

Figura 5.24 – Difratograma de raios X para os filmes de Ecovio® ...................................................... 61

Figura 5.25 – Difratograma de raios X para os filmes de PEAD .......................................................... 62

Figura 5.26 Difratograma de raios X para a Biomassa ......................................................................... 63

x

LISTA DE TABELAS

Tabela 1-1– Consumo aparente de plástico no Brasil Abiplast (2010) ................................................... 2

Tabela 3-1– Valores de densidade e propriedades mecânicas de fibras naturais e fibras

convencionalmente utilizadas como reforço em compósitos. (MARINELLI et al., 2008) .................... 6

Tabela 3-2– Composição química de algumas fibras naturais em porcentagem de peso ........................ 8

Tabela 5-1 – Resultados da quantificação da lignina ............................................................................ 36

Tabela 5-2 – Resultados da quantificação do teor de extrativos ........................................................... 36

Tabela 5-3 – Resultados da quantificação do teor de cinzas ................................................................. 36

Tabela 5-4 – Caracterização química da biomassa ................................................................................ 36

Tabela 5-5 – Valores de massa específica obtidos da biomassa............................................................ 38

Tabela 5-6 – Massa específica real de algumas fibras vegetais ............................................................ 39

Tabela 5-7 – Intervalo de degradação para os filmes puros .................................................................. 52

Tabela 5-8 – Intervalo de degradação para os filmes compósitos ......................................................... 53

Tabela 5-9 Faixa de degradação de materiais lignoelulósicos. LEAO, (2008) ..................................... 54

Tabela 5-10 - Resumo do ensaio de tração filmes puros ....................................................................... 56

Tabela 5-11 - Resumo do ensaio de tração filmes compósitos.............................................................. 58

xi

LISTA DE ABREVIATURAS

ABIPLAST – Associação Brasileira da Indústria do Plástico

ASTM – American Society for Testing and Materials

BA – Butileno adipato

BT – Butileno Tereftalato

XRD – Difratometria de raios X

DSC – Calorimetria diferencial de varredura

DP – Grau de polimerização

FTIR – Espectroscopia na região do infravermelho com transformada de Fourier

IC – Índice de cristalinidade

MEV – Microscopia eletrônica de varredura

PBAT – Poli (adipato de butileno) –co- (tereftalato de butileno)

PCB – Placa de circuito impresso

PE - Polietileno

PEAD – Polietileno de alta densidade

PLA – Poli (ácido lático)

Tg – Temperatura de transição vítrea

Tm – Temperatura de fusão

TGA – Análise Termogravimétrica

WPC – Compósitos plásticos de madeira

xii

LISTA DE EQUAÇÕES

Equação 4-1 Teor de cinzas ..................................................................................................... 28

Equação 4-2 Teor de lignina .................................................................................................... 29

Equação 4-3 Teor de lignina Klason solúvel ........................................................................... 29

Equação 4-4 Absortividade na região de 280 cm-1 .................................................................. 30

Equação 4-5 Absortividade na região de 215 cm-1 .................................................................. 30

Equação 4-6 Massa específica real ........................................................................................... 31

Equação 4-7 Massa específica aparente ................................................................................... 31

Equação 4-8 Índice de cristalinidade ....................................................................................... 33

xiii

RESUMO

Junto ao consumo exacerbado de produtos cada vez mais industrializados, cresce também a

preocupação com o descarte pós uso de embalagens e peças já sem utilidade. Neste contexto,

a utilização de materiais compósitos biodegradáveis, ganha notoriedade na pesquisa científica

mundial. Este trabalho teve o objetivo de analisar a influência da adição da biomassa obtida

após a extração do óleo das sementes de Moringa oleifera em compósitos de matrizes

termoplásticas. Através da obtenção de corpos de prova de termoplásticos puros e de

compósitos com diferentes composições, foi avaliado o comportamento térmico, mecânico e

morfológico das amostras. Foi realizado ensaio de tração nos compósitos, bem como a

caracterização química e físico-química da biomassa de modo a verificar se o teor de celulose

após a extração do óleo é conservado, tendo em vista que o teor de celulose influencia

diretamente na resistência da fibra. As amostras foram caracterizadas por Espectroscopia na

região do Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR), Difratometria de Raios X

(XRD), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Análise Termogravimétrica (TGA) e

Calorimetria Diferencial de Varredura (DSC). A determinação das propriedades térmicas,

morfológicas e mecânicas ao final desse trabalho é de extrema validade, pois a substituição de

resinas termoplásticas por materiais compósitos tem grande importância na redução de

resíduos não biodegradáveis, uma vez que estes geram impactos irreversíveis ao ecossistema

do planeta.

Palavras chave: Moringa oleifera, compósitos de matrizes termoplásticas, fibras vegetais

xiv

ABSTRACT

The exaggerated consumption of industrialized products make increase concern about the

disposal after use of packaging and pieces that are no longer useful. In this context, the use of

biodegradable composite materials, gained notoriety in the international scientific research.

This work aims to analyze the influence of the addition of biomass obtained after extraction

of the oil from Moringa oleifera seeds in composite thermoplastic matrices. Specimens of

pure thermoplastics and composites with different compositions will be evaluated by thermal,

mechanical and morphological behavior of the samples. A tensile test was carried out in the

composites as well as the chemical and physico-chemical characterization of biomass in order

to verify if the cellulose content after the oil extraction is conserved, considering that the

cellulose content directly influences the fiber resistance. The samples were characterized by

the Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), X-ray diffraction (XRD), Scanning

Electron Microscopy (SEM), Thermogravimetric analysis (TGA) and Differential Scanning

Calorimetry (DSC). The determination of the thermal, morphological and mechanical

properties at the end of this work is extremely valid, since the substitution of thermoplastic

resins for composite materials is of great importance in reducing non-biodegradable waste,

since they generate irreversible impacts the natural ecosystem.

Keywords: Moringa oleifera, composite thermoplastic matrices, vegetable fibers

1

1 – Introdução

O crescente desenvolvimento tecnológico, aliado ao consumo exacerbado de plástico tem

gerado consequências preocupantes ao planeta. O uso indiscriminado de reservas naturais

para produção de bens consumíveis tem levado à escassez de recursos e afetado drasticamente

o ecossistema.

Segundo um estudo da PlasticsEurope (2014), a China é a principal produtora de resinas

termoplásticas, e o Brasil ocupa a oitava colocação no ranking mundial, conforme mostrado

no gráfico da Figura 1.1.

Figura 1.1 – Produção mundial de resinas termoplásticas (Plastics Europe 2014)

No Brasil, segundo um estudo realizado em 2010 pela Associação Brasileira de Indústria

do Plástico (ABIPLAST), o consumo aparente de diversos tipos de plásticos tem crescido ao

longo dos anos, conforme mostrado na Tabela 1.1.

2

Tabela 1-1– Consumo aparente de plástico no Brasil Abiplast (2010)

Unidade 2005 2006 2007 2008

Consumo aparente 1 mil t 4174 4483 4987 5391

PEAD 1 mil t 691,8 776,1 662 -

PEBD 1 mil t 545,3 542 573,5 -

PET 1 mil t 495,3 449,2 544,1 -

PP 1 mil t 1070 1116,8 1214,5 -

OS 1 mil t 289,4 321,5 352,5 -

PVC 1 mil t 682,3 625,5 804,4 -

Embalagens 1 mil t 605 650 723 782

Embalagem por habitante Kg/hab 3,3 3,5 3,8 4,1

Diante disso, cresce também o número de pesquisas que buscam alternativas para

reduzir danos ambientais sem afetar diretamente o consumo da sociedade como um todo.

Atualmente, estudos baseados em biodegradabilidade de compósitos poliméricos, ganham

força por irem ao encontro dos benefícios ambientais acarretados pelo uso de fibras naturais

em detrimento às sintéticas. A não biodegradabilidade de compósitos poliméricos utilizando

fibras sintéticas implica em um acúmulo de materiais em lixões e na própria natureza,

caracterizando então um problema ambiental. (MARINELLI et al., 2008) Buscando amenizar

estes impactos, surge como uma alternativa para a produção de compósitos poliméricos

biodegradáveis a utilização das fibras naturais, sejam elas de origem animal, vegetal ou

mineral, visando uma diminuição de impactos ambientais sem diminuir a aplicabilidade em

materiais de engenharia. (MOTHÉ; ARAUJO, 2004)

Devido à grande variedade de possíveis combinações genéticas na obtenção de novas

espécies de plantas, existem diversas possibilidades de uso de novas fibras vegetais.

Atualmente no Brasil, existe uma enorme gama de fibras vegetais com diferentes

propriedades químicas, físicas e mecânicas. A utilização de fibras vegetais como reforços em

matrizes poliméricas vem crescendo, devido ao baixo custo agregado e principalmente devido

ao menor impacto ambiental causado por este tipo de material. (PASSOS, 2005)

A Moringa oleifera é uma árvore nativa da região do Nordeste da Índia. Atualmente,

essa espécie tem cultivo na Ásia, África e América, sendo que no Brasil a maior concentração

3

da espécie localiza-se na região nordeste. Uma das aplicações mais difundida da casca da

semente da Moringa oleifera, está na sua utilização no tratamento de água, agindo como

coagulantes. O processo se resume em macerar e misturar as cascas das sementes com a água

contaminada com barro, o que permite que elas consigam agregar as impurezas contidas no

liquido turvo. Vale ressaltar que esse é um processo de extrema importância para regiões

secas onde a água é escassa ou inexistente. (CARVALHO, 2005)

Ao longo das últimas décadas, os materiais poliméricos tem ganhado grande destaque

na manufatura de produtos de engenharia, devido à possibilidade de agregar principalmente

baixo custo, baixa densidade e consideráveis propriedades mecânicas. O grande desafio é que

estes materiais – fundamentalmente oriundos do petróleo – demandam grande tempo para

degradação e são responsáveis pelos maiores volumes ocupados atualmente em lixões,

gerando um grande impacto ambiental. Devido a este problema, observa-se um grande

interesse na fabricação de materiais que aliam um baixo impacto ambiental a boas

propriedades de um modo geral. (AREND et al., 2006)

Em conformidade com esta busca, os materiais compósitos de fibras naturais têm sido

largamente utilizados na indústria, apresentando resultados amplamente satisfatórios. (Sá

FILHO, 2013) A implantação de tais fibras em uma matriz polimérica minimiza os impactos

ambientais, pois se utilizam recursos naturais renováveis no lugar de materiais sintéticos na

fabricação do produto final. (BEG; PICKERING, 2008)

Em consonância com a sustentabilidade e a relevância atual do tema, esse projeto

associa-se a uma área de grande interesse que é o aproveitamento de recursos naturais

disponíveis no Brasil, e a preservação do meio ambiente. A contribuição apresentada nesse

trabalho, foi a obtenção de compósitos de matriz polimérica termoplástica após a adição de

fibras naturais da biomassa, obtida após extração do óleo das sementes de Moringa oleifera. A

análise de propriedades mecânicas como resistência à tração e módulo de elasticidade foi

realizada, com o intuito de garantir o uso desse material em aplicações de engenharia.

A produção de materiais compósitos tem se tornado uma alternativa viável em

diversos ramos da indústria em função do seu menor custo. Outra vertente da Engenharia de

Materiais está voltada para a produção de compósitos biodegradáveis, formados por um

biopolímero e fibras naturais. Desta maneira, este trabalho visa avaliar a composição química

e o comportamento da biomassa resultante após a extração do óleo da Moringa oleifera para

4

que estes sejam utilizados como agente de reforço em materiais compósitos de base

polimérica.

O trabalho tem ainda uma particularidade com importância significativa que justifica a

realização desta pesquisa. Não é encontrado na literatura nenhum trabalho que envolva a

obtenção de compósitos utilizando biomassa de moringa. Este fato, torna-se importante para

ratificar a realização de tal pesquisa, que ainda é escassa nos dias atuais. (DOU; KISTER,

2016)

2 – Objetivos

2.1 – Objetivos Gerais

Produzir e caracterizar materiais compósitos inéditos, cuja matriz é um polímero

termoplástico e a carga ou agente de reforço é a biomassa obtida após a extração do óleo das

sementes da Moringa oleifera.

2.2 – Objetivos específicos

Avaliar física, química, físico-quimica e termicamente a biomassa obtida após a

extração do óleo das sementes da Moringa oleífera.

Produzir corpos de prova de polímeros termoplásticos puros e compósitos com reforço

fibroso da biomassa.

Verificar a interação fibra/matriz através de análises por MEV dos compósitos

Avaliar as propriedades mecânicas com a finalidade de sugerir possíveis aplicações do

material.

Avaliar as propriedades térmicas com o intuito de verificar a possibilidade de inserção

dos mesmos como material de Engenharia.

3– Revisão Bibliográfica

3.1 – Fibras

As fibras fornecem força e rigidez e podem atuar como reforço em um material

compósito. Fibras sintéticas, como vidro, carbono e aramida, reforçam a maioria dos

materiais compósitos de polímeros atualmente produzidos. No entanto, as preocupações

ambientais associadas às fibras sintéticas e as incertezas nos preços do petróleo levaram a

5

uma pesquisa intensiva sobre a adequação das fibras naturais utilizadas como reforço.

(JAYARAMAN, 2003)

Existem diferentes maneiras de se classificar as fibras. A forma mais comumente

empregada é a primeira distinção feita entre fibras naturais e sintéticas. As fibras naturais

podem ser divididas de acordo com a sua origem, podendo ser de origem vegetal, animal e

mineral. Dentro de fibras vegetais, podemos obter também uma diferenciação quanto à parte

da planta que lhe dá origem: semente, fruto, caule, talo, folha e cana. A Figura 3.1 contém a

taxonomia das fibras e seus respectivos exemplos.

Figura 3.1 – Classificação das fibras naturais. (PINHEIRO, 2008)

As principais vantagens das fibras naturais em relação às sintéticas são: abundância,

baixo custo, facilidade de obtenção e manuseio, baixa abrasão de equipamentos e moldes,

absorção de dióxido de carbono do meio ambiente e biodegradabilidade. Porém existem

também algumas desvantagens que dificultam sua utilização industrial, tais como alta

absorção de umidade, baixa homogeneidade de propriedades mecânicas e baixa resistência

térmica. (PIRES, 2009)

Dentre as desvantagens citadas, destacam-se a baixa resistência térmica e a alta

absorção de umidade por serem limitadoras no uso dessas fibras. A limitação na temperatura

de processamento, implica em uma diminuição no número de possíveis métodos de

fabricação, assim como no número de matrizes compatíveis com o compósito, devido à

Fibras Naturais

Origem animal

Lã

Seda

Origem vegetal

Entrecasca

Linho

Cânhamo

Juta

Ramie

Kenaf

Folha

Sisal

Banana

Cânhamo

Semente

Algodão

Fbra de côco

Palma

Sumauma

Madeira

Madeira macia

Madeira dura

Caule

Junco

Palha

Origem mineral

Amianto

6

temperatura de cura de algumas resinas. Já a absorção de água pode causar inchamento e uma

consequente instabilidade dimensional da fibra em ambientes úmidos, além da dificuldade de

adesão com a maioria das matrizes poliméricas que são, de um modo geral, hidrofóbicas.

(JOHN; THOMAS, 2008)

Vários produtos que empregam fibras naturais vegetais estão sendo desenvolvidos,

principalmente para peças de acabamento interno de veículos, onde outras propriedades

mecânicas, térmicas e acústicas são relevantes. Algumas fibras ocorrem espontaneamente na

natureza e/ou são cultivadas como atividade agrícola. As fibras naturais podem também ser

denominadas fibras celulósicas, visto que a celulose é o seu principal componente químico,

ou ainda por fibras lignocelulósicas quando levamos em consideração que a maioria das fibras

contém lignina, um polímero polifenólico natural. (MARINELLI et al., 2008)

A Tabela 3.1 apresenta alguns valores de propriedades mecânicas de fibras naturais e

fibras convencionalmente utilizadas como reforço em materiais compósitos.

Tabela 3-1– Valores de densidade e propriedades mecânicas de fibras naturais e fibras convencionalmente

utilizadas como reforço em compósitos. (MARINELLI et al., 2008)

Fibra Densidade(g/cm3) Alongamento(%) Tensão de

ruptura (MPa)

Módulo de

Young(MPa)

Algodão 1,5-1,6 7,0-8,0 287-597 5,5-12,6

Juta 1,3 1,5-1,8 393-773 26,5

Rami - 3,6-3,8 400-938 61,4-128

Linho 1,5 2,7-3,2 345-1035 27,6

Sisal 1,5 2,0-2,5 551-635 9,4-22

Fibra de côco 1,2 3,0 175 4,0-6,0

Vidro-E 2,5 2,5 2000-3500 70,0

Vidro-S 2,5 2,8 4750 86,0

Aramida(normal) 1,4 3,3-3,7 3000-3150 63,0-67,0

Carbono(padrão) 1,4 1,4-1,8 4000 230,0-240,0

Curauá 1,4 4,2 890-4200 50,4

7

3.2 – Fibras Naturais

As fibras naturais apresentam um grande potencial de aplicação na indústria

automobilística, na área de revestimento interno de automóveis, ônibus e caminhões, e

construção civil. As perspectivas para as fibras naturais são muito boas também em outras

áreas como, por exemplo, a indústria têxtil, que é considerada sempre um mercado promissoe

e com constante expansão. (MOTHÉ; ARAUJO, 2004)

Nos últimos anos, o interesse da indústria pelo uso de fibras naturais para o reforço de

plásticos e a obtenção de materiais com desempenho mecânico e térmico adequado, tem

aumentado significativamente. (MARTIN et al., 2009).

As fibras naturais têm muitas vantagens em comparação com compostos sintéticos,

como baixo peso, baixo custo, além de serem recicláveis e biodegradáveis. Elas também são

renováveis e têm uma força e rigidez relativamente altas. (ZHANG, SHI, & NIE, 2013)

A utilização de fibras naturais em detrimento às fibras sintéticas como reforço em

compósitos poliméricos é uma tática que tem se tornado muito funcional, uma vez que esses

reforços são atóxicos, de fonte renovável e apresentam baixo custo em relação à matriz

polimérica, o que vai ao encontro aos atuais esforços de proteção ao meio ambiente.

(MARTIN et al., 2003)

3.3 – Fibras Vegetais

Os principais componentes das fibras vegetais são celulose, hemicelulose e lignina.

Além destes componentes são encontrados compostos inorgânicos e moléculas extraíveis com

solventes orgânicos, como pectinas, carboidratos simples, terpenos, alcaloides, saponinas,

polifenólicos, gomas, resinas, gorduras e graxas, entre outros. As plantas lenhosas típicas são

constituídas de 40-50% de celulose, 20-30% de hemicelulose e 20-28% de lignina, além de

outras substâncias em menores teores. (SILVA, RAFAEL et al., 2009)

As fibras vegetais têm apresentado uma grande aplicação devido ao baixo custo, a sua

biodegradabilidade e principalmente por ser fonte renovável de extrema abundância na

natureza. (SILVA 2014)

As fibras e cargas vegetais oriundas ou não de resíduos mais citadas na literatura

especializada como potenciais modificadores de polímeros termoplásticos são: (MARINELLI

et al., 2008)

8

Fibras nativas brasileiras: sisal, coco, juta, rami, curauá, soja e fibra de bagaço de

cana de açúcar.

Fibras estrangeiras: kenaf (proveniente do sul da Ásia), fique (de origem colombiana)

e hemp (originária do oeste da Ásia);

Amidos;

Resíduos de madeira: farinha de madeira ou pó de madeira;

Casca de arroz trigo e outros cereais

As fibras vegetais podem ser consideradas como compósitos de fibrilas de celulose

mantidas coesas por uma matriz constituída de lignina e hemicelulose, cuja função é agir

como barreira natural à degradação microbiana e servir como proteção mecânica. Suas

características estruturais estão relacionadas à natureza da celulose e à sua cristalinidade.

(JAYARAMAN, 2003)

Por apresentarem maior quantidade de celulose e lignina em relação aos demais

componentes, as fibras naturais são conhecidas também como materiais lignocelulósicos. A

Tabela 3.2 apresenta a composição química de algumas fibras naturais.

Tabela 3-2– Composição química de algumas fibras naturais em porcentagem de peso. CARDOSO (2013)

Componentes (%) Curauá Juta Sisal Coco Bagaço de cana

de açúcar

Celulose 62,9-73,6 60-71,5 64,9-78 36-56,2 49,8-56,2

Hemicelulose 9,9-29,8 13,6-22,1 10-29,7 17,8-19,2 16,8-29,7

Lignina 5,7-11,1 12-15,9 7,6-11 31,6-45 19,7-25,3

Pectina - 0,2 10 3-5,7 -

Ceras - 0,5 2 - -

Resíduos 0,5-0,9 1 0,4-2 0,6-1 0,5-1,1

Umidade 7,9-8,5 12,6 7-11 6,8-8,4 6-6,4

3.4 – Fibras lignocelulósicas

Fibras lignocelulósicas são formadas basicamente por celulose, hemicelulose, lignina

lipídeos e minerais. A disposição destes componentes dá características específicas para cada

fibra, o que influencia de diferentes maneiras as propriedades de um compósito.

9

As reações de fotossíntese durante a produção de biomassa convergem para a

formação de alguns componentes chave, tais como a celulose e a hemicelulose, os quais

consistem de vários carboidratos polimerizados. (YU, LOU & WU, 2008)

No Brasil existem vários grupos de pesquisa que trabalham com fibras

lignocelulósicas para a obtenção de compósitos. Segundo Satyanarayana e colaboradores

(2007), no Brasil 12% dos grupos de pesquisa em engenharia de materiais realizam trabalhos

com fibras lignocelulósicas. No entanto, no cenário brasileiro ainda existem dificuldades para

identificar grupos de pesquisa com atuação contínua vinculada às empresas.

A organização mais comum de uma fibra vegetal está representada na Figura 3.2.

Cada fibra lignocelulósica tem uma estrutura de camadas complexas; constituída por uma

parede primária fina, inicialmente depositada durante o crescimento das células, que circunda

uma parede secundária. A parede secundária é constituída por três camadas (S1, S2 e S3),

onde a camada intermediária (S2) determina as propriedades mecânicas da fibra e consiste em

uma série de microfibrilas, helicoidalmente formadas por longas cadeias de celulose e

organizadas no sentido da fibra. Tais microfibrilas têm o diâmetro de 10 a 30 nm e são

resultantes do empacotamento de 30 a 100 cadeias de celulose estendidas. (REN; SUN;

PENG, 2008)

10

Figura 3.2 – Estrutura de uma fibra vegetal adaptado de (SILVA ET AL 2009).

As fibras lignocelulósicas são excelentes matérias-primas para a química de polímeros

e compósitos, o que pode ser comprovado pelo elevado número de patentes nacionais e

internacionais e o elevado número de produtos já comercializados. A utilização das fibras

lignocelulósicas como reforço em materiais poliméricos é uma atividade econômica em

franco desenvolvimento, com conhecimento científico e tecnológico parcialmente transferido

ao setor produtivo.(SILVA, RAFAEL et al., 2009) As características desses componentes e

suas influências nos compósitos formados por suas fibras serão discutidas a seguir.

3.4.1 – Celulose

A celulose é o material orgânico mais abundante na terra, com uma produção anual de

mais de 50 bilhões de toneladas. (ARAÚJO, J. R.; WALDMAN; DE PAOLI, 2008) A unida-

de repetitiva da celulose é composta por duas moléculas de glicose eterificadas por ligações β-

11

1,4-glicosídicas. Esta unidade repetitiva, conhecida como celobiose, contém seis grupos

hidroxila que estabelecem interações do tipo ligações de hidrogênio intra e intermolecular.

Devido a essas ligações de hidrogênio há uma forte tendência da celulose formar cristais que a

tornam completamente insolúvel em água e na maioria dos solventes orgânicos.

A celulose é o componente de maior teor nas fibras naturais, sendo encontrada na

forma de microfibrilas cristalinas alinhadas na direção do comprimento da fibra, o que

concede resistência, rigidez e estabilidade estrutural à fibra. (KABIR et al., 2012) Uma grande

quantidade de grupos hidroxílicos é encontrada na celulose, conferindo propriedades

hidrofílicas à fibra. (PIRES, 2009)

Nos vegetais, a celulose apresenta regiões cristalinas e amorfas. A região cristalina é

composta pelas fases Celulose I e Celulose II, sendo a primeira mais presente. A Celulose I

apresenta conformação t-g (trans-gauche), enquanto que a Celulose II apresenta conformação

g-t ou uma mistura de t-g e g-t. (KLEMM, et al., 1998) As ligações intermoleculares dessa

macromolécula são geradas pela presença de átomos de hidrogênio e oxigênio, formando

ligações de hidrogênio como mostrado na figura 3.3. Dessa forma, a fibra se torna resistente à

hidrólise, tratamentos alcalinos fortes e agentes oxidantes, uma vez que o líquido só pode ser

retido no espaço microfibrilar.

Figura 3.3 – Ligações de hidrogênio da celulose. (CARDOSO 2013)

A celulose pode ser considerada como um polímero de condensação de glicose,

semelhante ao amido, mas as ligações entre os monômeros de glicose são ligeiramente

diferentes. A celulose tem uma faixa de peso molecular médio de 300.000 a 500.000,

12

dependendo do comprimento da cadeia de celulose, que é muitas vezes quantificada pelo grau

de polimerização (DP). (YU, LOU & WU, 2008)

A celulose é insolúvel em água por causa da sua forma cristalina de área superficial baixa

unida por ligações de hidrogênio. O grau de cristalinidade da celulose varia com a sua origem

e tratamento. O algodão (70% cristalino) é mais ordenado que a madeira, que por sua vez é

mais ordenado do que a celulose regenerada (40% cristalina). Ácidos fortes e álcalis podem

inchar e dispersar ou mesmo dissolver a celulose, quebrando os cristalitos altamente

ordenados. (HUBER; DUMESIC, 2006)

3.4.2 – Hemicelulose

O termo hemicelulose é usado para os polissacarídeos que ocorrem normalmente

associados à celulose, em paredes celulares. A hemicelulose consiste de vários

monossacarídeos polimerizados, incluindo carboidratos de cinco carbonos (como xilose e

arabinose), carboidratos de seis carbonos (como galactose, glucose e manose), ácido 4-o-metil

glucurônico e resíduos de ácido galactorônico. A unidade mais abundante na hemicelulose,

em vegetais lenhosos, é a xilose, que se une por ligações glicosídicas nas posições 1 e 4. A

hemicelulose é bastante hidrofílica, contém considerável grau de ramificação entre suas

cadeias, com natureza altamente amorfa e grau de polimerização (DP – Degree of

Polimerization) variando entre menos de 100 a no máximo 200. (YANG; WYMAN, 2008)

Apesar da nomenclatura semelhante, a hemicelulose não é um tipo de celulose. A

diferenciação pode ser concentrada em três aspectos: a hemicelulose é composta por

diferentes grupos de polissacarídeos (glicose, mamose, galactose, etc), já a celulose é

composta apenas pela glicose; a hemicelulose apresenta muitas ramificações, enquanto a

celulose apresenta uma cadeia linear; além disso a celulose apresenta grau de polimerização

de 10 a 100 vezes maior que a hemicelulose. (THOMAS et al, 2011).

Segundo Spinacé, (2011), a natureza higroscópica da hemicelulose está relacionada à

presença de muitos grupos hidroxila e acetila em estruturas abertas muito ramificadas e

totalmente amorfas, sendo parcialmente solúveis em água. A hemicelulose, portanto, é

hidrofílica e pode ser facilmente hidrolisada pela presença de ácidos diluídos ou bases.

3.4.3 – Lignina

A lignina está associada com a celulose e a hemicelulose na composição de materiais

lignocelulósicos. A lignina é um material hidrofóbico com estrutura tridimensional, altamente

13

ramificada, podendo ser classificada como um polifenol, o qual é constituído por um arranjo

irregular de várias unidades de fenilpropano que pode conter grupos hidroxila e metoxila

como substituintes no grupo fenil. (BRIDGEWATER, 2004)

Lignina é um polihidrocarboneto complexo com constituintes alifáticos e aromáticos.

Eles são totalmente insolúveis na maioria dos solventes e não podem ser divididos em

unidades monoméricas. A lignina é totalmente amorfa e de natureza hidrofóbica e é o

composto que dá rigidez às plantas. (SILVA, RAFAEL et al., 2009)

A lignina é considerada um polímero termoplástico que exibe uma temperatura de

transição vítrea de cerca de 90 °C e temperatura de fusão de cerca de 170 °C. Não é

hidrolisada por ácidos, mas solúvel em álcali quente, facilmente oxidada e condensável com

fenol. (AZWA, Z. N., YOUSIF, B. F., MANALO, 2013)

As ligações éteres dominam a união entre as unidades da lignina, que apresenta um

grande número de interligações. Esta resina amorfa atua como um cimento entre as fibrilas e

como um agente enrijecedor no interior das fibras. A força de adesão entre as fibras de

celulose e a lignina é ampliada pela existência de ligações covalentes entre as cadeias de

lignina e os constituintes da celulose e da hemicelulose. Existe uma grande dificuldade na

elucidação química da estrutura da lignina devido ao fato de não haver um método bem

estabelecido para isolar a lignina em sua forma nativa. (JOHN; THOMAS, 2008)

A estrutura da lignina é amorfa e de alta massa molar, majoritariamente aromática,

composta de unidades p-hidroxifenila, guaiacila e siringila, como mostrado na figura 3.4.Ela

está geralmente associada à celulose e às hemiceluloses através de ligações éter.A aplicação

de transformações físico-químicas na lignina permite gerar insumos de interesse industrial

como vanilina, ácido gálico, óleos, fenol, ácido acético entre outros. (MILÉO, 2015)

14

Figura 3.4 – Unidades de hidroxifenila (a) guaiacila(b) e siringila (c), precursoras da estrutura molecular da

lignina

A lignina forma ligações covalentes com a celulose e hemicelulose, formando a

estrutura da parede celular. Possui caráter hidrofóbico, que auxilia no transporte de água. É

responsável por conferir resistência mecânica, rigidez e resistência a ataques biológicos na

fibra, além de sustentar as microfibrilas de celulose. (AZWA, Z. N., YOUSIF, B. F.,

MANALO, 2013)

A lignina é um material de baixa densidade e abrasividade, com características

interessantes para o uso como carga em substituição a cargas inorgânicas. Com certos

polímeros, em formulações adequadas, a lignina pode formar compósitos parcial ou até

completamente biodegradáveis. Além disso, em virtude de sua natureza fenólica, espera-se

que a lignina aumente a resistência de materiais poliméricos em relação à oxidação, irradiação

e exposição a temperaturas elevadas. (ALEXY; KOŠÍKOVÁ; PODSTRÁNSKA, 2000)

3.4.4 – Pectina

A pectina é um polissacarídeo formado por ácido galacturônico, ramnose e glactose.

Esse variado grupo de substâncias é associado às paredes celulares, assemelhando-se à

hemicelulose. Geralmente aparece em pequenas quantidades nos vegetais, entretanto, exerce

papel importante na flexibilidade dos vegetais por estar localizada entre os tecidos e as fibras.

(THOMAS et al., 2011) (AKIN, 2010)

A pectina compreende polissacarídeos complexos, sendo um nome coletivo para

heteropolissacarídeos. Tem como característica oferecer flexibilidade às plantas. (JOHN;

THOMAS, 2008). Suas cadeias laterais estão reticuladas com os íons de cálcio e os açúcares

da arabinose. Além disso, pequenas quantidades de componentes orgânicos (extrativos) e

inorgânicos (cinzas) estão presentes na estrutura da fibra. Os extrativos orgânicos são

H3CO

OH OH

H3CO

OH

OCH3

15

responsáveis pela cor, odor e resistência à decomposição, enquanto os constituintes

inorgânicos aumentam a natureza abrasiva da fibra. (KABIR et al., 2012)

3.5 – Moringa oleifera

A Moringa oleifera Lamarck é uma planta tropical que pertence a família

Moringaceae, nativa da Ásia, amplamente distribuída na Índia,Egito, Filipinas, Ceilão,

Tailândia, Malásia, Mianmar, Paquistão,Singapura, Jamaica e Nigéria, e é considerada uma

planta tropical de fácil propagação.(RASHID et al., 2008) Todas as partes da planta (folhas,

frutos verdes e grãos) são atualmente utilizados em trabalhos científicos. As folhas têm alto

teor de proteína, em torno 28,65% e são ricas em vitaminas A e C, cálcio, ferro e fósforo.

(TEIXEIRA et al., 2014)

Figura 3.5 – Árvore da moringa oleífera disponível em https://www.jatrophabiodiesel.org/images/moringa-

oleifera-img2.jpg

A Moringa oleifera Lam é uma planta da família Moringaceae originária do norte da

Índia, composta apenas pelo gênero Moringa e por 14 espécies. Uma das razões pela qual a

utilização desta planta vem ganhando volume em todo mundo, está na facilidade do seu

cultivo. A Moringa oleifera não tem exigência ao tipo de solo e adubação, é tolerante a pragas

e doenças, se adaptando bem a regiões semiáridas. (SILVA, 2013)

16

No Brasil a utilização da Moringa se destaca historicamente desde 1950 e sua

produção está concentrada no Nordeste brasileiro, mais especificamente nos estados de

Maranhão Piauí e Ceará, onde é conhecida como “Lírio Branco”. (LORENZI & MATOS

2008) Outro nome popular dessa planta no Brasil é o Quiabo de Quina. (FRANCO, 2010)

Outra característica que faz dessa planta uma potencial fonte de estudos, está na sua

diversidade de aproveitamento. Todas as partes da planta são aproveitáveis e tem utilidades

como na produção de compósitos de base polimérica, na produção de óleo e biodiesel, na

alimentação humana e animal , na produção de cosméticos, na produção de fármacos e outras

aplicações. (SILVA, 2013)

As folhas de Moringa oleifera são usadas como alimento para a recuperação de

crianças e adultos que sofrem de desnutrição em algumas regiões da Índia. Além disso, suas

folhas apresentam alto teor antioxidante. (GOVARDHAN SINGH; NEGI; RADHA, 2013)

De acordo com Iqbal e Bhangar (2012), seu período de colheita tem influência em algumas

propriedades das folhas, como conteúdo fenólico total e teor de flavonóides totais,

responsável pela sua atividade antioxidante.

As sementes de Moringa oleifera são utilizadas na indústria de cosméticos e para uma

possível produção de biodiesel devido à elevada quantidade de óleo (cerca de 40%). De

acordo com Rashid et al., (2008), este óleo tem uma excelente qualidade e pode ser usado

como matéria-prima para a produção de biodiesel. A qualidade de óleos vegetais para

produção de biodiesel varia consideravelmente com o local de cultivo, com o clima e matéria-

prima. De acordo com Rashid et al., (2008) foram observadas variações no teor de óleo das

sementes da moringa em locais de diferentes condições agroclimáticas.

O uso do óleo das sementes da Moringa oleifera como possível fonte de biodiesel tem

sido relatado na literatura. (FERNANDES, 2015) Um trabalho pioneiro empregando o óleo

das sementes de Moringa oleifera coletadas no Paquistão, teve como produto o óleo pré-

tratado para reduzir o seu valor de ácido seguido por uma metanólise usando um 6:1 razão

molar (metanol / óleo), utilizando um catalisador básico.

17

Figura 3.6 – (a) Frutos da planta, (b) folha da planta, (c) flor da planta, (d) semente (LÉDO, 2008)

As fibras obtidas das cascas da semente de Moringa oleifera também vêm sendo

utilizado na produção de materiais compósitos. (APRELINI, 2016) Atualmente, os estudos

apontam para a utilização das fibras da casca como agente de reforço, em uma matriz

polimérica. A literatura mostra que a proporção de 10% de fibra utilizada para a produção de

compósitos de matrizes termoplásticas, apresentam melhores propriedades mecânicas. (SÁ

FILHO, 2013)

A Moringa oleífera tem sido pesquisada recentemente no que diz respeito à tecnologia

aplicada e Engenharia de Materiais. Segundo Dou (2016) não existem ainda patentes

associadas a estudos de tecnologia utilizando a moringa e até mesmo o número de artigos

publicados ainda não é tão alto (inferior a 600) o que demonstra um vasto campo de

possibilidades que existe para pesquisar sobre esta planta e suas potencialidades na área de

compósitos.

Cerca de 40% dos artigos publicados contendo o termo moringa, estão relacionados a

farmacologia e fármacos, ciência e tecnologia de alimentos, química medicinal e ciência de

plantas. A parcela de Engenharia Química e tecnologias associadas à Engenharia de

Materiais, quando somadas não ultrapassam 10%. (DOU; KISTER, 2016)

(c) (d)

(a) (b)

18

3.6 – Materiais compósitos

Os materiais compósitos surgiram no mercado para atender necessidades de diversos

segmentos industriais, com a finalidade de se obter determinadas vantagens em relação aos

demais materiais convencionais já conhecidos. Estas vantagens podem ser observadas na

melhoria na facilidade de processamento ou na possibilidade de combinação de propriedades,

seja através da variação da quantidade percentual de cada componente da mistura, dos

aspectos geométricos e estruturais da carga ou do tipo de cada matriz, podendo ser, dentre a

classe dos compósitos poliméricos, matrizes termoplásticas, termofixas ou elastoméricas.

Estes materiais, além de associar alta resistência mecânica, garantem uma boa ductilidade,

permitindo que o produto tenha melhor estabilidade dimensional, e também, em determinados

casos, uma maior tenacidade. (NEIS; SIDNEI; MACHADO, 2015)

Os compósitos são mais comumente classificados como particulados, fibrosos ou

estruturais como mostrado na figura 3.7

Figura 3.7 – Classificação dos materiais compósitos. (CALLISTER,2008) adaptado

Os compósitos não estruturais são divididos entre os reforçados por partículas e os

reforçados por fibras. A diferença principal entre essas classificações está no mecanismo de

transferência do esforço. Nos particulados, o reforço se dá por interação da matriz com a

partícula no nível macroscópico, restringindo a sua movimentação e absorvendo parte do

esforço, uma vez que o reforço normalmente tem propriedades mecânicas superiores a matriz

Materiais Compósitos

Particulados

Particulas grandes

Reforçados por dispersão

Reforçados por fibras

Contínuas Descontínuas

AlinhadosOrientação

aleatória

Estruturais

LaminadosPaineis em sanduiche

19

(SOBRINHO, 2009). Já nos fibrosos, a transferência de carga se dá no nível microscópico e,

devido a uma maior área superficial de contato, a absorção dos esforços se dá de forma mais

efetiva. Nos estruturais, geralmente, o reforço é feito utilizando diferentes mecanismos.

Nos materiais fibrosos o comprimento da fibra pode afetar a efetividade da

transferência do esforço. Caso a fibra possua um comprimento menor que o chamado

comprimento crítico, a transferência de carga não se dá de forma efetiva. Por isso temos a

subclassificação de compósitos de fibras longas e fibras curtas.

Os compósitos reforçados com fibras longas se destacam no meio industrial

principalmente pela sua combinação de baixa densidade e excelente desempenho mecânico.

(NETO & PARDINI, 2006)

A fase de reforço, por ter propriedades mecânicas superiores, é a maior responsável

pelas propriedades finais do compósito, porém esse reforço está intimamente ligado a

capacidade de transferência de carga da matriz para a fibra, que é definida pela magnitude da

força de ligação interfacial entre fibra/matriz. (CALLISTER, 2008)

Segundo PAIVA & FROLLINI (2000), o aumento da fração volumétrica de fibras

resulta em um aumento do limite de resistência do compósito. Por isso, em aplicações que

exigem elevadas propriedades mecânicas, é comum a tentativa de obtenção de maior fração

volumétrica possível, respeitadas as limitações dos métodos de fabricação.

Os materiais compósitos tem grande destaque na indústria onde são desejados baixa

densidade e alto desempenho mecânico. Aliados a essas características, a resistência térmica,

baixo custo de produção e fácil processabilidade os tornam promissores nas mais variadas

aplicações.

As propriedades de um compósito também são afetadas pela orientação das fibras, que

pode ser unidirecional, bidirecional ou aleatória. No caso das fibras unidirecionais o reforço é

máximo na direção longitudinal, no bidirecional o reforço se divide entre as direções

longitudinal e transversal; e com as fibras organizadas de maneira aleatória o reforço se dá em

praticamente todas as direções, sendo denominados como quasi-isotrópicos. (MARINUCCI,

2011)

A matriz do compósito pode ser metálica, cerâmica ou polimérica. Sua principal

função, além de dar forma e estrutura, é promover a transferência de esforços para a fibra.

Contribui ainda para manter a orientação do reforço e protegê-lo contra danos superficiais,

20

como abrasão mecânica e degradação devido ao contato com o ambiente. Nesse contexto, as

matrizes poliméricas se destacam pela sua facilidade de conformação, baixo custo, baixa

densidade, alta resistividade elétrica, resistência a corrosão e, ainda, boa resistência mecânica.

(FARO, 2008)

3.6.1 – Materiais compósitos de matriz polimérica

Os compósitos produzidos nesse trabalho, tem como matrizes os polímeros polietileno

de baixa densidade (PEAD), Ecoflex® e Ecovio®. A cada uma dessas matrizes foi incorporada

uma determinada quantidade de biomassa obtida a partir da extração do óleo das sementes da

Moringa oleifera (agente de reforço), de modo a produzir o compósito para caracterização e

ensaios. Portanto os materiais produzidos apresentam três matrizes poliméricas, cada uma

com diferentes percentuais de reforço.

Os compósitos poliméricos representam cerca de 90% de todos os compósitos

produzidos, sendo constituídos de diversos tipos de cargas, sejam elas sintéticas ou naturais.

Os principais reforços utilizados são os fibrosos, geralmente fibra de vidro ou de carbono, da

classe das fibras sintéticas, e as fibras lignocelulósicas de curauá, coco e sisal, da classe das

fibras naturais. (FREITAS, 2011)

O uso de fibras naturais como agentes de reforço de materiais poliméricos tem

crescido ao longo dos anos. Pesquisadores de todo o mundo tentam atingir seus objetivos

através da fabricação de materiais que combinem alta qualidade e recursos renováveis,

fundamentando suas teorias no alto ganho ecológico que esses recursos irão oferecer. (EL

BANNA et. al., 2011)

Estas fibras, além de reforçarem o polímero, são biodegradáveis, possuem baixo custo,

são leves (devido à sua baixa densidade) e não apresentam características abrasivas, o que

facilita sua moldagem. São oriundas de fontes renováveis e possuem características mecânicas

que tendem a contribuir para a melhoria das propriedades dos polímeros que com elas foram

aditivados. (BALZER et al., 2007)

Para a seleção de fibra naturais aplicadas em compósitos, devem ser consideradas

segundo LEMOS; MARTINS, (2014), custo e disponibilidade da fibra, efeito sobre

características de fluidez do polímero, propriedades físicas, estabilidade térmica, resistência

química, abrasividade ou desgaste, biodegradabilidade, toxicidade, reciclabilidade,

molhabilidade e compatibilidade com a matriz polimérica.

21

Resultados recentes de Aprelini (2016), mostraram que compósitos de base polimérica

com a utilização da fibra da casca da moringa como reforço, possuem uma resistência

mecânica de 7MPa e temperatura de degradação a partir de 200 °C, sugerindo a utilização

destes materiais no ramo de sacolas plásticas.

De acordo com o trabalho de BORSOI et al., (2011) compósitos feitos de poliestireno

e fibra de algodão tem um aumento na resistência à tração com o aumento do teor da fibra do

algodão e além disso, sugerem que a utilização de agentes compatibilizantes promovem uma

melhor adesão interfacial, o que proporciona um maior desempenho mecânico do compósito.

Estudos de BONELLI et al., (2005) mostraram que compósitos formados por

polietileno de alta densidade e fibra de piaçava, apresentaram temperatura de degradação na

faixa de 200 °C e uma resistência à tração de 20 MPa. Neste estudo evidenciou-se também

uma diminuição na resistência à tração do compósito com aumento do percentual de fibras.

3.7 – Ecoflex®

O PBAT produzido pela BASF, também conhecido como "Ecoflex®”, é utilizado em

todo o mundo e estudado para aplicações em embalagens. É um copoliéster alifático-

aromático é obtido a partir de dióis e de ácidos carboxílicos via polimerização por

condensação. Eles são totalmente biodegradáveis em água e solo, mas são mais caros e

exibem propriedades mecânicas inferiores quando comparados aos polímeros convencionais,

como o polietileno (PE). Os poliésteres em geral podem oferecer uma grande variedade de

propriedades, apresentando-se como plásticos rígidos altamente cristalinos e também como

polímeros dúcteis. As propriedades terapêuticas descobertas em certos poliésteres

estimularam sua produção em escala industrial, principalmente na forma de fios para suturas e

cápsulas de comprimidos. (VIEIRA, 2010)

Os poliésteres podem ser considerados materiais biodegradáveis, visto que a ligação

éster pode sofrer hidrólise. Esta ligação é suscetível a ataques químicos e/ou biológicos,

transformando as moléculas iniciais em fragmentos menores, capazes de atravessar a

membrana celular de organismos. O PBAT apresenta na sua cadeia polimérica uma estrutura

aromática, em contrapartida, a existência de heteroátomos e carbonila favorecem a ação de

degradação. Além do mais, a degradação do PBAT é favorecida pelo fato do polímero

apresentar estrutura linear, uma vez que quanto maior o número de ramificações, menor ou

mais lenta é sua degradação. A biodegradação de polímeros biodegradáveis em geral, ocorre

22

com a colonização de sua superfície por micro-organismos e a formação de biofilme.

(ZEHETMEYER, 2016)

O poli [(adipato de butileno) –co– (tereftalato de butileno)] (PBAT) é derivado

principalmente do 1,4 butanodiol, ácido adípico e ácido tereftálico com balanço ajustável

entre a biodegradação e as propriedades físicas desejáveis. O PBAT é um polímero

considerado completamente biodegradável além de ser flexível e possuir maior alongamento

na ruptura que a maioria dos poliésteres biodegradáveis, tais como o poli (ácido lático) (PLA),

apresentando excelentes propriedades para extrusão de filmes. A parte alifática, é responsável

pela sua biodegradabilidade, e a parte aromática fornece boas propriedades mecânicas

comparadas com outros polímeros. (BITTMANN et al., 2012)

O PBAT pode ser processado por técnicas convencionais de processamento de

termoplásticos, e até o momento, tem sido utilizado para fabricação de filmes agrícolas,

filmes laminados para embalagens de alimentos rígidos e sacos de lixo. (BASTARRACHEA

et al., 2010)

A figura 3.8 é uma representação da estrutura molecular do Ecoflex®, mostrando os

meros que o compõem, sendo M extensores de cadeia, também chamados de componentes

moleculares.

Figura 3.8 – Representação da estrutura molecular do Ecoflex®

O Ecoflex® apresenta excelentes propriedades e ampla aplicação quando misturado a

outros materiais degradáveis como o PLA e amidos de milho e batata, sendo completamente

degradado sem deixar traços de resíduos. (PELLICANO, 2008)

Este polímero biodegradável é dotado de boas propriedades térmicas e mecânicas, as

quais podem ser comparadas com aquelas do polietileno de baixa densidade (PEBD) em

relação às propriedades de tração. (MUTHURAJ; MISRA; MOHANTY, 2015) O PBAT

possui um elevado alongamento na ruptura, em alguns casos, superior a

600%(TOUCHALEAUME et al., 2016), apresenta temperaturas de processamento mais

O O O O

23

baixas, na faixa de 120-150ºC, (WENG et al., 2013), apresentando também, baixa

permeabilidade ao vapor de água. (LI et al., 2015)

Como a maioria dos polímeros semicristalinos, as propriedades finais do PBAT são

conduzidas em função da sua morfologia, que por sua vez é controlada pela razão da

composição entre as unidades do butileno tereftalato (BT) e as unidades do butileno adipato

(BA). O PBAT contém pequenos cristais com uma ampla faixa de distribuição após a fusão, e

a região cristalina é composta basicamente por unidades BT, enquanto que, todas as unidades

BA se localizam na região amorfa. (SHI; ITO; KIKUTANI, 2005)

3.8 – Ecovio®

Em 28 de novembro de 2005 foi lançado o Ecovio®, marca registrada de uma blenda

polimérica desenvolvida pela Basf em parceria com a NatureWorks LLC. Esta blenda é

composta por Ecoflex® e PLA e compreende uma ampla família de produtos, sendo lançada

no mercado na proporção de 55% e 45% respectivamente. O Ecovio® é completamente

biodegradável e utilizado na produção de filmes, sacolas e embalagens. Com o advento deste

novo material, o incipiente mercado de plásticos biodegradáveis cresceu cerca de 16% desde

o seu lançamento. As vantagens para o consumidor não estão só no fato do Ecovio® estar

pronto para uso, sem necessidade de futuras modificações, mas também no fato de ser

possível misturar diferentes proporções dos polímeros base com o intuito de obter diferentes

formulações. (PELLICANO, 2008)

O Ecovio® possui uma resistência mecânica considerável, além de elevado módulo de

elasticidade. Esse copolímero é utilizado em variadas aplicações, tais como: sacolas plásticas,

embalagens de revistas, tubetes para reflorestamentos, entre outras. (VIANA; ARAÚJO;

MÉLO, 2012)

O desenvolvimento de blendas poliméricas, assim como também sua associação com a

nanotecnologia surge como uma das possíveis soluções que podem ser adotadas nas diferentes

áreas tecnológicas, visando à melhoria das propriedades intrínsecas dos polímeros.(SILVA, M

C; OLIVEIRA; ARAÚJO, 2014)

3.8.1 – Poli (ácido lático)

No mercado de polímeros biodegradáveis, o PLA, é, sem dúvida , um dos candidatos

mais promissores considerados para futuros desenvolvimentos industriais. (PLUTA et al.,

2012) Este polímero pode ser utilizado em algumas aplicações biomédicas tais como parafuso

24

de osso e materiais de sutura, sendo os monômeros derivados de poliésteres biodegradáveis

comumente utilizados clinicamente por ter um tempo de degradação que varia de dias a anos,

dependendo da sua formação, e do peso molecular inicial. (GUPTA; REVAGADE;

HILBORN, 2007)

O PLA é um poliéster alifático bem conhecido pertencendo à classe de compostos que

não são tóxicos aos aterros sanitários e foi obtido pela primeira vez por Carothers em 1932, a

partir de um produto de baixo peso molecular pelo aquecimento do ácido lático no vácuo.

(KASEEM; HAMAD; DERI, 2012) O PLA é obtido pela policondensação do ácido lático ou

pela abertura catalítica do anel do grupo lático. (SHAH et al., 2008)

O ácido lático é uma das menores moléculas opticamente ativas caracterizando-se por

ser um composto orgânico encontrado em muitos produtos de origem natural. É produzido por

animais, plantas e microorganismos presentes na natureza, ou por síntese química ou

fermentação. (MORTAZAVI; GHASEMI; OROMIEHIE, 2013)

O PLA é um polímero derivado de fontes renováveis, principalmente amido e açúcar e

seu bloco de construção que é o amido lático, determina várias propriedades do material

obtido em função das proporções de monômeros opticamente ativos , permitindo a produção

de uma ampla variedade de polímeros PLA para atender os requerimentos de desempenho.

(RASAL; JANORKAR; HIRT, 2010)

A figura 3.9 mostra a estrutura química do PLA

Figura 3.9 – Estrutura química do PLA

O PLA obtido por condensação fornece um polímero vítreo, quebradiço e de baixo

peso molecular que não pode ser utilizado para algumas aplicações a não ser que agentes de

acoplamento sejam utilizados para aumentar o peso molecular do polímero a ser obtido.

(GARLOTTA, 2002) Em virtude das desvantagens da policondensação direta, a produção do

PLA geralmente envolve a polimerização por abertura de anel. (RASAL; JANORKAR;

HIRT, 2010)

25

O PLA obtido por abertura de anel geralmente é utilizado para aplicações de grande

escala onde vários processos são utilizados para obter altos pesos moleculares, motivo pelo

qual surgem estudos sobre diferentes tipos de catalisadores com o objetivo de aumentar a

produtividade da reação, permitindo a produção econômica de PLA com alto peso molecular.

(YU; STORTI; MORBIDELLI, 2011)

Este polímero tem boas propriedades óticas e físicas em comparação a outros

polímeros existentes a base de petróleo, tendo alta resistência à tração. (LIM; AURAS;

RUBINO, 2008) No entanto, é rígido e quebradiço à temperatura ambiente devido a sua baixa

densidade de entrelaçamento entre as cadeias limitando desta forma o seu comportamento

mecânico. (HASSOUNA et al., 2012)

Sua temperatura de fusão se encontra na faixa de 175 °C e a temperatura de transição

vítrea entre 55 e 60 °C. Exibe um módulo de elasticidade próximo a 3 GPa e resistência à

tração entre 70 e 50 MPa, fornecendo desta forma propriedades mecânicas atraentes para

substituir os polímeros commodities. Sua principal limitação é a baixa resistência ao impacto.

(RAQUEZ et al., 2013)

3.9 – PEAD

O polietileno de alta densidade (PEAD) é linear, tem baixo teor de ramificações e é

altamente cristalino, podendo alcançar valores de cristalinidade na faixa de 90%. É um

polímero que contém menos que uma cadeia lateral por 200 átomos de carbono da cadeia

principal. Sua temperatura de fusão é de aproximadamente 132 °C e sua densidade está entre

0,95 e 0,97 g/cm3. O peso molecular médio fica na faixa de 50000 a 250000. (COUTINHO;

MELLO; SANTA MARIA, 2003)

26

Figura 3.10 – Representação esquemática da figura do PEAD(COUTINHO; MELLO; SANTA MARIA, 2003)

Segundo a norma ASTM D-4976, o polietileno é classificado conforme sua densidade

em quatro classes. Os de alta densidade compreendem às classes 3 e 4, cujas densidades são

maiores que 0,94 g/cm3. O PEAD classe 4 é muito denso e cristalino, e apresenta valores de

densidade maiores que 0,96 g/cm3.

Conjugando características de elevada rigidez, resistência à fluência, à abrasão, ao

impacto, O PEAD encontra aplicações em diferentes segmentos da indústria de transformação

de plásticos, abrangendo os processos de extrusão, moldagem por sopro e moldagem por

injeção. (MESQUITA, 2010)

Por extrusão, o PEAD é utilizado principalmente em isolamento de fios telefônicos,

geomembranas, sacos para lixo, sacolas de supermercado, revestimentos de tubulações

metálicas e tubos para rede de saneamento e distribuição de gás. Pelo processo de sopro,

destaca-se a transformação em frascos para sucos e bebidas lácteas, tanques de combustível,

bombonas e tambores para produtos químicos, agroquímicos, de higiene e limpeza e óleos

lubrificantes. Já no processo de injeção, o PEAD é usado na fabricação de baldes, brinquedos,

potes, tampas para garrafas entre outros. (MESQUITA, 2010)

BONELLI et al., (2005), investigaram propriedades térmicas, mecânicas e

morfológicas de compósitos de PEAD como matriz termoplástica e fibras de piaçava da

Amazônia. Como resultado essa pesquisa apontou que a adesão fibra matriz mostrou-se mais

eficiente com a incorporação de 15% da fibra tratada diretamente com silano.

27

KAZEMI-NAJAFI; ENGLUND, (2013), escolheram o PEAD para realizar sua

pesquisa pois este é responsável por 17,8% de resíduos de plásticos em 30 milhões de

toneladas geradas nos EUA em 2008. Neste trabalho, investigaram a influência da

intemperização acelerada dos plásticos nas propriedades físicas e mecânicas dos WPC´s

(compósitos plásticos de madeira). A pesquisa concluiu que as propriedades físicas, químicas

e reológicas do PEAD altamente degradado pelas intempéries são bastante diferentes do

PEAD virgem, ao passo que as propriedades mecânicas não apresentaram resultados

discrepantes.

MUNIYANDI; SOHAILI; HASSAN, (2013), avaliaram propriedades mecânicas e

térmicas do PEAD com o intuito da utilização em PCB´s (placas de circuito impresso),

mostrando uma preocupação recorrente na atualidade com a reutilização e descarte de

equipamentos eletrônicos.

DARAMOLA, (2016) desenvolveu compósitos de PEAD reforçados com partículas

finas de areia. Neste estudo, partículas de sílica de origem micrométrica foram utilizadas

como reforço no PEAD. A escolha do HDPE como matriz foi devido às suas vantagens de

baixo custo, alta resistência química e propriedades mecânicas estáveis. O efeito das

partículas de areia nas propriedades mecânicas e de absorção de água também foi estudado.

3.10 – Compósitos obtidos com moringa

Pouco conteúdo de pesquisa ainda é produzido utilizando a Moringa oleífera (ou partes e

substrato dela como a biomassa) como agente de reforço. Pesquisas recentes como a de

ISLAM et al., 2017 mostram o comportamento mecânico de compósitos de poli (ácido lático)

com fibra da casca da semente de Moringa oleífera.

Outra utilização recente dessa incipiente e promissora fibra, está na produção de

nanocompósitos. As fibras de moringa foram utilizadas como agente de reforço em borrachas

naturais, formalizando a preparação e a caracterização mecânica, térmica e morfológica de

tais compósitos. (SAJITHKUMAR; VISAKH; RAMASAMY, 2016)

Estando em conformidade com essa tendência ao crescimento de pesquisas que

utilizam a Moringa oleifera como agente de reforço, o trabalho mostra-se ainda mais inovador

ao utilizar a biomassa gerada após a extração do óleo das sementes da Moringa oleífera.

Desse modo foram criados materiais compósitos de diferentes matrizes termoplásticas com a

mesmo agente de reforço, o rejeito pós extração do óleo.

28

4 – Parte experimental

4.1 – Caracterização química da biomassa

Para que a caracterização química da biomassa fosse realizada, primeiramente o rejeito

obtido da extração do óleo foi cominuído em partículas menores e com o auxílio de peneiras

foram classificados para a obtenção da fração de 40/60 mesh, pois esta é a fração

recomendada para a utilização das normas padrão para análise química. (GOUVEIA et al.,

2009)

4.1.1 – Teor de extrativos totais

Para a quantificação do teor de extrativo totais, foi utilizada a norma TAPPI T 204

om-94. Assim a biomassa foi disposta em um papel filtro , de modo a se obter um canudo

fechado contendo o material. Esse cartucho foi inserido no interior de um extrator de Soxhlet

utilizando como solvente uma mistura de cicloexano/etanol (1:1 v/v) e o aparato funcionou

por 50 horas, com o intuito de remover todos os extrativos orgânicos. Feita a extração, a

biomassa foi suspensa em água à temperatura ambiente por 6 horas para a remoção dos

extrativos polares solúveis em água e por fim foram secas em uma estufa até a obtenção de

massa constante.Para a obtenção do teor de extrativos totais, foi calculada a diferença das

massas antes e depois da extração.

4.1.2 – Teor de cinzas

Para a determinação do teor de cinzas, foi utilizada a norma TAPPI T 211 om-91.Com

o auxílio de cadinhos previamente tarados e aquecidos a 800 °C, foi colocado em seu interior

1,0g de biomassa e utilizando o bico de Bunsen foi feito o aquecimento externo do cadinho. A

combustão lenta da amostra foi realizada até a inexistência de chama no interior do cadinho.

Em seguida, o cadinho contendo a amostra já em cinzas retornou para a mufla onde

permaneceu por mais 4 horas. As amostras calcinadas foram colocadas em um dessecador e

pesadas até a obtenção de massa constante O teor de cinzas foi calculado de acordo com a

equação 4.1 descrita abaixo

%𝑐𝑖𝑛𝑧𝑎𝑠 =𝑚1

𝑚2𝑥100

Equação 4-1

Onde:

29

m1: massa após a calcinação

m2: massa antes da calcinação

O teor de lignina foi determinado de acordo com o método de lignina Klason, que

utiliza a norma TAPPI T222 om-98.A fundamentação deste método está na hidrólise ácida

dos polissacarídeos que resulta em uma separação e determinação gravimétrica da lignina

insolúvel em ácido sulfúrico (72%).

4.1.3 – Teor de lignina Klason insolúvel

Pesou-se aproximadamente 1,0g de amostra da biomassa livre de extrativos e esta foi

colocada em um almofariz juntamente com 15mL de ácido sulfúrico 72% (p/v).. Essa mistura

foi macerada e deixada para reagir por 24 horas, com o intuito do ácido sulfúrico provocar um

máximo de desfibramento da biomassa obtendo assim uma maior eficiência da hidrólise

ácida. Em seguida com o auxílio de uma pipeta graduada, completou-se o com água destilada

o volume até 560 mL e a mistura foi transferida para um balão volumétrico de 1 litro, para

aquecer a mistura sob refluxo por um período de 4 horas. Em seguida, filtrou-se a lignina

insolúvel em um funil de vidro sinterizado n° 3. Este filtrado foi separado e levado para a

realização da quantificação de lignina solúvel através da técnica de espectroscopia na região

do UV. O funil juntamente com a biomassa foram secos em estufa à 103°C±2°C por 24 horas.

Posteriormente esse aparato foi resfriado em dessecador e pesado até atingir uma massa

constante. A quantificação foi feita de acordo com a equação 4.2

%𝑇𝑒𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑙𝑖𝑔𝑛𝑖𝑛𝑎 =𝑚1

𝑚2𝑥100

Equação 4-2

4.1.4 – Teor de lignina Klason solúvel

A análise do filtrado foi feita através da espectroscopia na região do ultravioleta, onde

foram avaliadas absorbâncias nos comprimentos de onda de 280 até 215 nm. As

concentrações de lignina em g/L nas amostras diluídas foram calculadas pela equação 4.3

𝐿𝑠 =4,53 ∗ (𝐴215) − (𝐴280)

300

Equação 4-3

30

Nesta equação, Ls é a concentração (g/L) de lignina solúvel na amostra, A215 e A280

são os valores obtidos para as absorbâncias nos comprimentos de onda de 215 e 280nm,

respectivamente.

Os produtos restantes da degradação da celulose e as polioses presentes na solução,

podem também absorver nessa região do espectro (BALOGH 1993). Portanto a equação 4.3

considera a relação entre os valores de absortividade destes produtos e os de lignina. Essas

relações são descritas em termos das equações 4.4 e 4.5

𝐴280 = 0,68𝐶𝐷 + 18𝐶𝐿

Equação 4-4

𝐴215 = 0,15𝐶𝐷 + 70𝐶𝐿

Equação 4-5

Onde:

CD = concentração dos carboidratos em g/L

CL = concentração de lignina solúvel em g/L

O valor de lignina total foi calculado somando os valores de lignina Klason insolúvel e

lignina Klason solúvel.

4.1.5 – Massa específica

Para a determinação da massa específica, foi utilizada uma metodologia sugerida por

Izquierdo 2011.

Uma quantidade de biomassa foi pesada e acondicionada em um béquer de 50mL. Em

seguida foi adicionada água destilada até que toda a biomassa ficasse submersa, sendo o

recipiente tampado e deixado em repouso por 24 horas. Após este tempo, a mistura foi

transferida para uma placa de Petri e deixada para secar temperatura ambiente, sendo

posteriormente pesada obtendo-se assim a massa saturada (MSat). Posteriormente a biomassa

foi colocada numa proveta de 50mL contendo um volume inicial (Vi) de 30mL de água, o que

ocasionou em um aumento de volume (água+biomassa) chamado de volume final (Vf), no

valor de 32mL. Por fim essa solução presente na proveta foi levada à estufa e colocada para

secar a 60 °C até a obtenção de massa constante, obtendo assim o valor da massa seca (Mseca).

31

Segundo Izquierdo, a massa específica real obedece à relação de identidade, descrita

pela equação 4.6

𝜌𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐 𝑟𝑒𝑎𝑙 =𝑀𝑠𝑒𝑐𝑎

(𝑉𝑓 − 𝑉𝑖) − [(𝑀𝑠𝑎𝑡 − 𝑀𝑠𝑒𝑐𝑎)/𝜌𝑎𝑔𝑢𝑎]

Equação 4-6

Onde:

ρespec real: Massa específica real da biomassa.

Msat : massa da biomassa seca ao ar saturada

Mseca: massa da biomassa seca na estufa durante 24 horas

Vi: volume inicial da proveta com água destilada

Vf: volume final medido na proveta após a inserção da biomassa

ρágua: densidade da água em g/cm3

E a massa específica aparente foi calculada pela equação 4.7 abaixo também sugerida por

Izquierdo:

𝜌𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐 𝑎𝑝𝑎𝑟 =𝑀𝑠𝑒𝑐𝑎

(𝑉𝑓 − 𝑉𝑖)

Equação 4-7

ρespec apar :massa específica aparente da biomassa.

Mseca: massa da biomassa seca na estufa durante 24 horas

Vi: volume inicial da proveta com água destilada

Vf: volume final medido na proveta após a inserção da biomassa

4.2 – Caracterizações

4.2.1 – Microscopia eletrônica de varredura (MEV)

O microscópio eletrônico de varredura produz imagens de alta resolução e definição em

uma área superficial da amostra. Com o auxílio dessas imagens virtuais, é possível realizar

32

análises que permitem a observação e avaliação de características microestruturais das

amostras. Para os materiais compósitos de matriz termoplástica com reforço fibroso, esta

análise tem uma importância significativa, pois é possível avaliar a eficiência da interface

matriz/fibra a partir das ligações que acontecem nessa interface. Sendo assim, é possível

avaliar a eficiência da produção do compósito.

As micrografias eletrônicas de varredura das amostras de fibras cruas e da biomassa bem

como das fratografias dos filmes puros e compósitos foram realizadas no Nano Lab. da Escola

de Minas – REDEMAT – UFOP. Foi utilizado um Microscópio Eletrônico TESCAN VEGA

3 acoplado a Sistema de Microanálises Oxford utilizando emissão de campo (SEM).

4.2.2 – Espectroscopia na região do infravermelho com Transformada de Fourier

(FTIR)

A espectrometria na região do infravermelho com transformada de Fourier baseia-se nas

frequências vibracionais das ligações químicas, dessa forma os espectros produzidos por essa

técnica permitem saber quais os tipos de ligações presentes na amostra, bem como quantificá-

las. Por se tratar de uma técnica de resultados rápidos, tem sido altamente empregada em

estudos de caracterizações. Os polímeros puros, os compósitos e a biomassa foram

caracterizadas por FTIR. A análise dos corpos de prova produzidos foi realizada em um

espectrofotômetro da marca Perkin Elmer, modelo Spectrum One, pertencente à empresa

Karina Indústria e Comércio de Plásticos.

4.2.3 – Difratometria de Raios X (XRD)

A difração de raios X é uma das principais técnicas de caracterização microestrutural de

materiais cristalinos e a mais indicada na determinação das fases cristalinas em materiais.

As análises de DRX foram realizadas nas amostras de PEAD puro, Ecovio® puro,

Ecoflex® puro e nos compósitos obtidos com estas matrizes termoplásticas e o reforço da

biomassa. A difratometria de raios X em alto ângulo foi realizada no Laboratório de Reações

do Departamento de Engenharia Química e Estatística da UFSJ, em um equipamento EDX

720/800HS Shimadzu, com intervalo de 5° a 50°, intervalo de 0,025s e ângulo de incidência

de 1°.

A equação 4.8, representa o cálculo do índice de cristalinidade (Ic) realizado de acordo

com o método proposto por Segal e colaboradores (FOCHER et al., 2001) para celuloses

nativas.

33

%𝐼𝐶 = (𝐼002 − 𝐼𝑎𝑚)𝑥100

Equação 4-8

Onde:

I002 =/Intensidade no máximo de difração

Iam = Intensidade de difração a 18° (2Ө)

4.3 – Análises Térmicas

As análises termogravimétricas (TGA) foram realizadas em equipamento SDT 2960

Simultaneous DTA-TGA/TA Instruments no Laboratório de Análises Térmicas

(DEQUI/ICEB/UFOP) e a calorimetria diferencial de varredura (DSC) no equipamento

Q2000 da marca TA Instruments, pertencente à empresa Karina Indústria e Comércio de

Plásticos. A análise termogravimétrica permite constatar alterações de massa de uma

determinada amostra a partir de variações térmicas em função do tempo. Neste tipo de análise

define-se a taxa de aquecimento, a atmosfera e então é iniciado o aquecimento controlado, e

com o uso de um termopar de balanças é possível fazer o controle das variações de massa, que

podem se referir à decomposição, degradação, desidratação e alguns casos de oxidação

(ocorre principalmente em atmosfera de ar sintético).

Na análise realizada pelo DSC podem-se obter informações sobre as transições térmicas

que ocorrem no material, como a temperatura de transição vítrea, a temperatura de

cristalização e a temperatura de fusão cristalina.

4.4 – Produção de filmes compósitos

Os filmes dos polímeros puros e dos compósitos foram produzidos pelo processo de termo

prensagem para atender às especificações de tamanho segundo a norma ASTM D1708-13.

Antes de iniciar a termo prensagem os polímeros da matriz foram manipulados através de

uma prensagem inicial e posterior trituração para viabilizar a produção dos compósitos e

posteriormente dos corpos de prova.

34

Figura 4.1 – Produção de filmes e compósitos (a) Ecovio® puro (b) Ecovio® compósito (c) Ecoflex® puro (d)

Ecoflex® compósito (e) PEAD puro (f) PEAD compósito

De acordo com trabalhos realizados por Haque et al. (2012), que apresentaram

resultados melhores utilizando 10% de fibra como reforço, optou-se por utilizar 10% de fibras

neste trabalho. Sá Filho (2013) realizou ensaios utilizando 10, 15 e 20% de fibras como

reforço, entretanto os resultados não tiveram muita distinção, sendo que ao se utilizar 10% os

resultados de resistência à flexão, deformação e absorção de água foram melhores.

Após ter sido definida a porcentagem de biomassa a ser utilizada, foram preparadas as

misturas para a confecção dos compósitos, de modo que todos os filmes totalizassem duas

gramas.

Para a produção dos filmes, o material a ser prensado foi acondicionado em uma folha

de papel vegetal e dobrado até o tamanho da área de prensagem. A prensa foi aquecida até a

temperatura de 140°C para o PEAD e 130°C para o Ecovio® e Ecoflex®, de modo a garantir

a completa fusão dos polímeros, sem a degradação da biomassa. Para que os filme atingissem

a espessura exigida pela norma ASTM D1708 – 13 (utilizada para o ensaio de tração), foi

(a) (b)

(c) (d)

(e) (f)

35

necessário a aplicação de uma força de três toneladas exercida pelo implemento hidráulico da

prensa como ilustrado na figura 4.2

Figura 4.2 – Prensagem dos filmes

4.5 – Ensaios de Tração

A partir das curvas de tensão x deformação é possível compreender o comportamento

do material frente a uma força de tração horizontal, e dessa forma avaliar a influência da carga

de reforço no material produzido. Após o teste, foi possível calcular o módulo elástico, carga

de ruptura, deformação, entre outros parâmetros, importantes para caracterizar o material.

Os corpos de prova foram preparados de forma a contemplar as especificações da

norma ASTM D1708 – 13. A partir dessa norma foi estabelecida a velocidade de ensaio, as

dimensões do agarramento das garras, onde foi utilizada uma distância entre a parte superior e

inferior das garras igual a 22.00 ± 0.05 mm e velocidade de ensaio de 1 – 1,3 mm/min.

O equipamento utilizado para a realização dos ensaios mecânicos nos compósitos

fabricados na pesquisa foi a Máquina Universal de Ensaios Mecânicos EMIC DL2000,

localizada no Laboratório de Polímeros e Propriedades Eletrônicas dos Materiais, LAPPEM.

O software utilizado para a interface com o equipamento foi o “Tesc 4.0”. As características e

parâmetros de cada ensaio foram usadas em concordância com as normas regulamentadoras

ASTM.

5– Resultados e discussão

5.1 – Caracterização química da biomassa

Para a quantificação da lignina, do teor de extrativos e do teor de cinzas, os

procedimentos foram baseados no trabalho de validação de metodologia para caracterização

36

química do bagaço de cana de açúcar adotado por GOUVEIA et al., (2009). Os experimentos

foram realizados em triplicata, e os valores são apresentados a seguir nas tabelas 5.1 a 5.3.

Tabela 5-1 – Resultados da quantificação da lignina

Amostra Lignina insolúvel (g/L) Lignina solúvel(g/L) Lignina total(g/L)

Teste 1 0,316 0,005 0,321

Teste 2 0,298 0,008 0,306

Teste 3 0,280 0,014 0,294

Média 0,298±0,018 0,009±0,0046 0,307±0,014

Tabela 5-2 – Resultados da quantificação do teor de extrativos

Amostra Teor de extrativos (%)

Teste 1 13,947

Teste 2 13,474

Teste 3 13,922

Média 13,781±0,266

Tabela 5-3 – Resultados da quantificação do teor de cinzas

Amostra Teor de extrativos (%)

Teste 1 6,524

Teste 2 6,575

Teste 3 6,215

Média 6,438±0,195

Resumidamente, estão apresentados os dados obtidos na caracterização química da

biomassa na tabela abaixo.

Tabela 5-4 – Caracterização química da biomassa

Lignina (g/L) Teor de extrativos (%) Teor de cinzas(%) Holocelulose

Biomassa 30,660±1,414 13,781±0,266 6,438±0,195 49,121±0,625

37

A celulose, hemicelulose e lignina são responsáveis pelas características de

comportamento térmico e mecânico dos materiais compósitos. Sendo assim, é de fundamental

importância determinar a quantidade de cada um desses componentes presentes na

fibra.(BENINI, 2011) Portanto é possível prever suas características, quanto à resistência

mecânica, alongamento, e no caso da produção de um compósito, se a interface

polímero/matriz será eficiente.

Propriedades como resistência às intempéries, fungos e bactérias, estão fortemente

presentes na biomassa, pois o alto teor de lignina que é uma característica da biomassa

propicia estas propriedades. (RAZERA, 2006) Uma vez que estes reforços possuem esta

característica, certamente estas estarão presentes também no comportamento de um compósito

produzido com eles.

Como a holocelulose é o maior constituinte em porcentagem da biomassa, a celulose

está presente em boa quantidade, com isso pode-se esperar boa resistência deste reforço, uma

vez que esta é a responsável por suportar as tensões mecânicas.

Segundo SANTOS, (2010), os principais efeitos causados nos materiais

lignocelulósicos pela hidrólise com ácido sulfúrico são as quebras das ligações entre lignina,

hemicelulose e celulose. Ocorre neste processo a dissolução da hemicelulose, a modificação

estrutural da lignina e consequentemente a diminuição do tamanho das partículas do material.

A hemicelulose é solubilizada durante o tratamento podendo continuar a sofrer reações

hidrolíticas, produzindo alguns monômeros, os quais correspondem a produtos de degradação

das pentoses e hexoses. (LEAO, 2008)

A fibra da casca da semente da moringa tem a mesma origem da fibra de côco e palha

de trigo, levando-se em conta que todas envolvem o fruto, desse modo espera-se a semelhança

das suas composições químicas. No caso específico da biomassa esta composição se

caracterizou por um teor menor de holocelulose (celulose + hemicelulose) e um aumento no

teor de lignina. Não são encontradas ainda na literatura caracterizações da biomassa obtida

após a extração do óleo da Moringa. (DOU; KISTER, 2016)

5.2 – Resultados da massa específica

Os resultados da massa específica são apresentados na tabela 5.5

38

Tabela 5-5 – Valores de massa específica obtidos da biomassa

Amostra Massa específica

real(g/cm3)

Massa específica

aparente(g/cm3)

Biomassa 1,288 1,234

A relação entre a massa do material seco e o seu volume (excluindo os poros

permeáveis) é chamada de massa específica real, ao passo que a massa específica aparente

leva em consideração os poros permeáveis. Sabe-se que as fibras vegetais possuem uma

porosidade alta devido à presença do lúmen e de lacunas na estrutura da célula vegetal.

(IZQUIERDO, 2011)

Resultados de APRELINI, (2016) mostraram uma diferença entre massa específica

real e aparente de 0,126 g/cm3. Como a diferença entre a massa específica real e a massa

específica aparente é maior na fibra, implica em a fibra absorver uma maior quantidade de

água do que a biomassa, em outras palavras a quantidade de lacunas na estrutura da célula

vegetal da biomassa é menor, o que indica uma presença menor de poros. A presença desses

poros é importante para a interação da fibra com a matriz termoplástica, pois a área de contato

entre as fases aumenta, sendo assim, é esperado que compósitos com a biomassa tenham uma

menor interação reforço/matriz, mas em contrapartida tenham uma capacidade menor de

absorver água.

Em trabalhos realizados por PAULA, (2011) foram produzidos compósitos de

PP/fibras de bagaço de cana de açúcar tratadas com hidróxido de sódio e in natura e a partir

dos resultados obtidos foi concluído que a mercerização aumentou a massa específica das

fibras e diminuiu a absorção dos compósitos produzidos com as mesmas quando comparados

com os compósitos produzidos com a fibra sem tratamento. Assim como esperado a massa

específica aparente é inferior à massa específica real devido à presença de poros permeáveis

da fibra. Esses resultados são condizentes e não contrastam com os encontrados na literatura

sobre outras fibras, como é exibido na tabela 5.6 abaixo. (LEAO, 2008)

39

Tabela 5-6 – Massa específica real de algumas fibras vegetais

Fibra Massa específica

real(g/cm3)

Sisal 1,370

Côco 1,177

Juta 1,500

Licuri 0,542

5.3 – Microscopia eletrônica de varredura (MEV)

Conforme observado na figura 5.1, as partículas arredondadas brancas indicam as

fases PBAT distribuídas dentro da matriz PLA onde é observada a formação de aglomerados

coalescidos. (ABDELWAHAB et al., 2015) Esses resultados concordam com estudos prévios

de misturas de PLA-PBAT, que relataram cavidades pretas e fases de PBAT não

uniformemente distribuídas, sugerindo que PBAT e PLA não são miscíveis. (YEH et al.,

2010) Por sí só então, o Ecovio®, por ser uma blenda polimérica já é um compósito e

apresenta características singulares no que tange às propriedades mecânicas e térmicas, como

será visto nos resultados seguintes.

Estudos também mostraram morfologia similar para as blendas compostas por

70%PLA/30%PBAT. Ainda segundo estudos de ZHANG, JIAN-FENG; SUN, 2004

utilizando metacrilato de glicidila como compatibilizante foi possível observar melhor

compatibilidade e dispersão da blenda.

40

Figura 5.1– Micrografias para o Ecovio® (a) Aumento de 1000x (b) Aumento de 5000x (c) Aumento

de 10000x

A morfologia dos filmes de Ecoflex® e sua respectiva superfície da seção transversal

podem ser visualizadas na figura 5.2. Como esperado, a morfologia da seção transversal do

filme de PBAT puro é homogênea e sem características granulares. A caracterização

morfológica pode ser útil para explicar as interações entre a matriz do polímero e o aditivo,

além do comportamento térmico e mecânico dos compostos resultantes. (ZEHETMEYER,

2016)

Figura 5.2 – Micrografias para o Ecoflex® (a) Aumento de 200x (b) Aumento de 5000x (c) Aumento de 10000x

A morfologia do PEAD é mostrada na figura 5.3. Conforme esperado, o PEAD

mostra-se altamente linear e com poucas ramificações, características essas que fazem com

(c) (b) (a)

(a) (b) (c)

41

que a orientação, o alinhamento e o empacotamento das cadeias sejam mais eficientes,

conferindo-o maior densidade. (ZIMMERMANN, 2014)

Figura 5.3 – Micrografias para o PEAD (a) Aumento de 1000x (b) Aumnto de 5000x (c) Aumento de 10000x

5.4 – Resultado da produção de filmes compósitos

Depois de feita a cominuição dos polímeros e de misturá-lo com a biomassa, foram

obtidas as misturas e os respectivos filmes apresentadas na figura 5.4

Figura 5.4 – Filmes produzidos por termoprensagem (a) Filmes de Ecovio® puro e compósito (b) Filmes de

PEAD puro e compósito (c) filmes de Ecoflex® puro e compósito

(a)

(b)

(c)

(a) (b) (c)

42

A termoprensagem dos filmes dos polímeros puros e com a biomassa foi realizada de

forma a obter filmes de espessura requerida pela norma utilizada para os ensaios de tração.

Conseguir a homogeneidade dos matérias compósitos é a maior dificuldade deste tipo de

técnica quando se utilizam fibras curtas para reforço. Conforme ilustrado na figura abaixo, as

fibras curtas, descontínuas e orientadas aleatoriamente tendem a gerar compósitos com

propriedades que variam em direções transversais e longitudinais.

Figura 5.5 – Orientações das fibras em compósitos. Adaptado de CALLISTER (2008)

5.5 – Espectroscopia na região do infravermelho com Transformada de Fourier

(FTIR)

A figura 5.6 mostra o espectro de FTIR da biomassa utilizada como agente de reforço nas

matrizes poliméricas consideradas neste trabalho. É possível observar bandas de absorção em

3300cm-1 referentes à grupos hidroxila de celulose, hemicelulose e lignina; em 2950cm-1

referentes à ligações do tipo C–H; em 1740 cm-1 bandas indicativas de ligações não

celulósicas do tipo C=O; em 1622 cm-1 ligações C=C de grupos aromáticos da lignina; em

1260 cm-1 grupos acetilas presentes na celulose, hemicelulose e lignina; e em 1030cm-1

ligações C–O–C associados à lignina e hemicelulose. (BENÍTEZ-GUERRERO et al., 2014)

43

Figura 5.6 – Espectro infravermelho da Biomassa

Geralmente, todos os filmes Ecoflex® mostraram espectros FTIR semelhantes. A

figura 5.7 mostra os espectros dos filmes de Ecoflex® puro e do compósito

Ecoflex®/biomassa. As bandas em aproximadamente 3000cm-1 correspondem ao

alongamento C–H de grupos aromáticos e alifáticos. As bandas de absorção em 1710 cm-1 são

características para grupos carbonila (C=O) em ligações éster, e em 1269 cm-1 representam

C–O na ligação éster. A banda em 727 cm-1 é devido a 4 ou mais grupos adjacentes de

metileno (–CH2–). As bandas entre 700 e 900cm-1 correspondem ao padrão de substituição do

anel de benzeno. (LI et al., 2015)

Os espectros do Ecoflex® puro e do compósito Ecoflex®/biomassa, apresentaram-se

praticamente idênticos. Materiais compósitos com esse tipo de característica comum entre

espectros da matriz pura e da mistura, podem ser considerados não homogêneos ou anda que

não houve uma completa dispersão da fibra na matriz.

4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500

84

86

88

90

92

94

96

98

100

Tra

nsm

itâ

ncia

(%)

Comprimento de onda (cm-1)

Biomassa

44

Figura 5.7 – Espectro infravermelho dos filmes de Ecoflex® e da biomassa

Em virtude da presença de PLA na sua estrutura, o espectro do Ecovio® ilustrado na

figura 5.8 mostra bandas de absorção muito largas na faixa de 3000 a 3800cm-1 devido a

vibrações de estiramento de grupos –OH. Os dois picos em torno de 2800 a 3000cm-1 estão

claramente associados à vibração de estiramento simétrica dos grupos axiais de –CH em

hidrocarbonetos saturados. O pico intenso proveniente das vibrações de alongamento C–O

está localizado em torno de 1748cm-1. Muitos picos mais fracos na faixa de 1250 a 1000cm-1

são atribuídos a C–O a partir de grupos carboxílicos e vibrações de alongamento C–O–C.

Três picos a 1250 a 1500cm-1 podem ser atribuídos à vibração de C–H em grupos CH3. Os

grupos funcionais do PBAT podem ser descritos como picos em cerca de 2955cm-1. (ÇOBAN

et al., 2017)

De maneira semelhante ao ocorrido com o Ecoflex®, o espectro do compósito com matriz

polimérica de Ecovio® apresentou muita semelhança com o espectro do polímero puro. Isto

sugere que também não houve grande interação da biomassa com a matriz, embora alguns

picos característicos de grupos aromáticos e C=O (1622 e 1730cm-1 respectivamente) estejam

associados a estruturas presentes na lignina.

4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500

30405060708090

100

4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500

30405060708090

100

4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500

8486889092949698

100

Tra

nsm

itâ

ncia

(%)

Tra

nsm

itâ

ncia

(%)

Tra

nsm

itâ

ncia

(%)

Comprimento de onda (cm-1)

Ecoflex Compósito

Ecoflex Puro

Biomassa

45

Figura 5.8 – Espectro infravermelho dos filmes de Ecovio® e da biomassa

A figura 5.9 mostra o espectro de FTIR para os filmes obtidos de PEAD puro e PEAD

compósito. Como o PEAD é formado pela repetição do grupo –(CH2)– , deve-se observar as

bandas de transmitância características das ligações simples C–H do tipo sp3 e das ligações

covalentes C–C. Conforme a literatura pesquisada, o espectro mostra as três bandas de

absorção associadas aos três modos de vibração da ligação C–H, cujos valores dos números

de onda se situam nas seguintes regiões espectrais: valência ou “stretching” entre 2950 e

2850cm-1; pêndulo ou “bending” entre 1350 e 1450cm-1; torção ou “rocking”

aproximadamente em 700cm-1. (TORRES; ALMEIDA; HABAS, 2010).

Embora os espectros do PEAD puro e do PEAD com a biomassa como agente de reforço

sejam bem parecidos, o que indica não ter havido completa homogeneidade de mistura

novamente, são notados picos de transmitância associados aos grupos aromáticos (1622cm-1)

e C=O (1730cm-1) no espectro do PEAD compósito. Estas estruturas estão presentes tanto na

lignina quanto na celulose, que são os componentes majoritários da biomassa.

4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500

405060708090

100

4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500

70

75

80

85

90

95

100

4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500

8486889092949698

100

Comprimento de onda(cm-1)

Ecovio PuroT

ran

sm

itâ

ncia

(%)

Tra

nsm

itâ

ncia

(%)

Tra

nsm

itâ

ncia

(%)

Ecovio Compósito

Biomassa

46

Figura 5.9 – Espectro infravermelho dos filmes PEAD e da biomassa

5.6 – Calorimetria Diferencial de Varredura (DSC)

Na figura 5.10 é possível visualizar a transição de fase endotérmica, que é a mudança

de fase do estado sólido para o estado fundido das amostras (Tm), a qual é indicada pelo ponto

mínimo da curva de aquecimento. O formato da curva de fusão determinado pelo ensaio de

DSC permite tirar conclusões sobre a distribuição dos tamanhos de cristalitos. (DONG et al.,

2013) Desta forma, um pico de fusão largo denota uma variada distribuição de tamanhos dos

cristalitos, enquanto que um pico de fusão dentro de uma faixa estreita de temperaturas indica

cristalitos grandes e bem formados.

As propriedades térmicas básicas são muito importantes para o estudo do

comportamento de cristalização dos materiais poliméricos. Neste experimento, a temperatura

de fusão (Tm) do Ecoflex® puro foi de 123,6ºC (fig. 5.10). ARRUDA et al., (2015)

desenvolveram blendas de Ecovio® e investigando as propriedades térmicas do Ecoflex®

4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500

65707580859095

100

4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500

828486889092949698

100

4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500

8486889092949698

100

Tra

nsm

itâ

ncia

(%)

PEAD puroT

ran

sm

itâ

ncia

(%)

Tra

nsm

itâ

ncia

(%)

Comprimento de onda(cm-1)

PEAD Compósito

Biomassa

47

puro encontraram valores de temperatura de fusão de 126,4ºC, muito similar ao valor

encontrado neste estudo.

Observou-se também que para o material compósito cuja base é o Ecoflex®, houve

uma pequena alteração no ponto de fusão, que foi deslocado para temperaturas mais altas. Isto

sugere que houve interação entre as cadeias da base polimérica e da biomassa, tornando as

ligações mais fortes, aumentando assim o ponto de fusão do compósito, mas diminuindo a

organização entre as cadeias, o que pode ser observado pela diminuição do pico de fusão do

compósito no segundo aquecimento.

Figura 5.10 – Curvas de DSC para aquecimento dos filmes de Ecoflex® e da biomassa

Já na figura 5.11 na curva de resfriamento, é possível notar que a temperatura de

cristalização do Ecoflex® puro apresenta um pico mais definido e largo em relação ao

Ecoflex® compósito, o que indica uma reorganização molecular mais rápida para o material

puro.

20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220

-0,4

-0,2

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220

-0,4

-0,2

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

Flu

xo

de

Ca

lor

(mW

)

Temperatura (°C)

Ecoflex puro 1° aquecimento

Ecoflex puro 2° aquecimento

Ecoflex compósito 1° aquecimento

Flu

xo

de

Ca

lor

(mW

)

Temperatura (°C)

Ecoflex compósito 2° aquecimento

Endo

Biomassa 1° aquecimento

48

Figura 5.11 – Curvas de DSC para resfriamento dos filmes de Ecoflex®

Nas curvas de DSC de aquecimento e resfriamento para os filmes de Ecovio® (figuras

5.12 e 5.13) é possível identificar picos de fusão em 148,78°C referente a temperatura de

fusão do PLA, uma vez que trata-se de uma blenda imiscível. Foi possível observar também a

temperatura de transição vítrea para o PLA em 112,60°C. No segundo aquecimento, foi

possível notar dois picos endotérmicos de fusão, em um resultado semelhante à pesquisa de

blendas de PLA e PEgAA feita por DE ARAÚJO et al., (2015) onde o segundo pico foi

atribuído a diferentes estruturas cristalinas do PLA, tais como fases β e α, respectivamente. É

possível observar a presença de transições mais bem definidas no segundo aquecimento das

amostras, o que pode estar relacionado à maior organização das cadeias para o polímero puro

visto na cristalização (figura 5.13)

20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220

-0,4

-0,2

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

Ecoflex puro

Flu

xo

de

Ca

lor

(mW

)

Temperatura (°C)

Ecoflex compósito

49

Figura 5.12 – Curvas de DSC para aquecimento dos filmes de Ecovio® e da biomassa

A curva de resfriamento mostrada na figura 5.13 mostra novamente uma temperatura

de cristalização mais bem definida para o material puro. A reorganização molecular de fato

tende a ser mais organizada e rápida no material puro, principalmente devido a uma baixa

homogeneidade obtida na mistura do material compósito para o Ecovio®.

Em um trabalho realizado estudando propriedades mecânicas e térmicas de compósitos

de Ecovio® e partículas vulcânicas, ÇOBAN et al., (2017) relataram temperaturas de

cristalização a frio (Tcc) para o Ecovio® semelhantes ao do PLA, que é um dos seus

constituintes. No presente trabalho, esta temperatura foi de 71°C, estando próxima aos 63°C

relatado na literatura. Esta diferença está associada a diferentes composições entre as blendas

de PBAT e PLA, mas também ao tipo de processamento do polímero.

20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220

-0,4

-0,2

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

Ecovio puro 1° aquecimento

Ecovio Composito 1 aquecimento

Flu

xo

de

Ca

lor

(mW

)

Temperatura (°C)

Ecovio Compósito 2° aquecimento

Ecovio puro 2° aquecimento

Endo

Biomassa

50

Figura 5.13 – Curvas de DSC para resfriamento dos filmes de Ecovio®

As curvas de DSC de aquecimento e resfriamento do PEAD puro e compósito são

mostradas nas figuras 5.14 e 5.15. Com um pico de fusão bem definido em 127,6°C, os filmes

do polímero puro e do compósito com a biomassa apresentaram curvas praticamente idênticas

tanto no primeiro quanto no segundo aquecimento. Isso se dá em função de boa ordenação das

cadeias lineares do PEAD, e da alta cristalinidade do material. (KAZEMI-NAJAFI;

ENGLUND, 2013)

20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220

-0,2

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

Ecovio puro

Flu

xo

de

Ca

lor

(mW

)

Temperatura (°C)

Ecovio compósito

51

Figura 5.14 – Curvas de DSC para aquecimento dos filmes de PEAD

Na figura 5.15 pode-se notar mais um fato observado em experimentos anteriores. A

temperatura de cristalização do PEAD e do PEAD compósito foi praticamente a mesma,

indicando que, das três matrizes estudadas, o PEAD foi o que apresentou maior interação na

formação do compósito. A reorganização molecular ocorreu de maneira praticamente idêntica

tanto no PEAD puro, quanto no PEAD compósito.

20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220

-2,5

-2,0

-1,5

-1,0

-0,5

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

PEAD puro 1° aquecimento

PEAD compósito 1° aquecimento

Flu

xo

de

ca

lor

(mW

)

Temperatura (°C)

PEAD compósito 2° aquecimento

PEAD puro 2° aquecimento

Biomassa

52

Figura 5.15 – Curvas de DSC para resfriamento dos filmes de PEAD

5.7 – Análises termogravimétricas (TGA)

As curvas de TGA dos filmes puros são mostradas na figura 5.16. O PEAD mostrou-se

mais estável termicamente que o Ecoflex® e o Ecovio®, uma vez que sua curva está mais

deslocada para a direita, implicando que ele tem uma faixa(intervalo) de degradação maior em

comparação com os outros polímeros.

Tabela 5-7 – Intervalo de degradação para os filmes puros

Filme Intervalo de degradação

Tinicial(°C) Tfinal(°C)

PEAD puro 391.17 504,32

Ecoflex® puro 310,38 467,99

Ecovio® puro 285,98 447,75

20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220

-1

0

1

2

3

4

5

6

7

8

PEAD compósitoF

luso

de

Ca

lor

(mW

)

Temperatura (°C)

PEAD puro

53

Figura 5.16 – Curvas de TGA para filmes puros

Os filmes compósitos apresentaram o mesmo aspecto, seguindo a tendência dos filmes

puros, como pode-se obsrvar na figura 5.17. O compósito cuja matriz é o PEAD apresentou

melhor estabilidade térmica em relação aos compósitos das matrizes Ecoflex® e o Ecovio®.

A diferença para os filmes puros está apenas na faixa de degradação. Como os compósitos

contém a biomassa que é uma fibra lignocelulósica, os estágios de degradação para cada

constituinte são notados na curva de TGA. A adição de biomassa na matriz dos polímeros

diminui a resistência térmica das amostras, uma vez que é observada a diminuição da

temperatura inicial de degradação para todas as amostras.

Tabela 5-8 – Intervalo de degradação para os filmes compósitos

Filme Intervalo de degradação

Tinicial(°C) Tfinal(°C)

PEAD puro 114,18 506,40

Ecoflex® puro 104,15 443,77

Ecovio® puro 102,07 433,56

0 100 200 300 400 500 600 700

0

20

40

60

80

100

PEAD

Ecovio

Pe

rda

de

ma

ssa

(%

)

Temperatura (°C)

Ecoflex

54

Figura 5.17 – Curvas de TGA para filmes compósitos e para biomassa

De acordo com LEAO, (2008), a degradação de fibras lignocelulósicas ocorre

basicamente em três estágios. No primeiro estágio, ocorre a degradação de substancias

voláteis e a retirada de água, em um segundo momento ocorre a degradação da celulose e da

hemicelulose, e por fim a última a ser degradada é a lignina. A tabela 5.7 mostra a faixa de

degradação dos principais componentes da biomassa.

Tabela 5-9 – Faixa de degradação de materiais lignoelulósicos. LEAO, (2008)

Constituinte Intervalo de degradação

Tinicial(°C) Tfinal(°C)

Água - 100

Substâncias voláteis - 100

Hemicelulose 200 300

Celulose 240 350

Lignina 350 500

0 100 200 300 400 500 600 700

0

20

40

60

80

100

PEAD Compósito

Ecovio CompósitoP

erd

a d

e m

assa

(%

)

Temperatura (°C)

Ecoflex Compósito

Biomassa

55

5.8 – Ensaios de tração

Os filmes cortados para serem utilizados no ensaio de tração estão representados na

figura abaixo. A validação dos resultados foi feita utilizando-se a norma ASTM D1708 – 13 e

portanto foram obtidas as tensões de escoamento e ruptura, bem como o módulo de

elasticidade e o alongamento para cada filme do polímero puro e do compósito contendo a

biomassa como agente de reforço.

Figura 5.18 – Corpos de prova dos filmes puros e compósitos para (a) Ecoflex® (b) Ecovio® (c) PEAD

Os ensaios de tração mostraram comportamentos bem diferentes entre as três matrizes

como mostram as curvas de tensão x deformação da figura 5.19. Para os polímeros puros, o

Ecovio® apresentou resultados de tensão de escoamento de 6,86MPa, tensão de ruptura de

6,72MPa e módulo de elasticidade de 174,13MPa. O alongamento máximo desse filme foi de

4,09%

O Ecoflex® mostrou-se o polímero mais dúctil de todos, apresentando ampla

deformação plástica antes da ruptura. Para este filme, o resultado de tensão de escoamento foi

de 7,89MPa, tensão de ruptura de 10,42MPa, e módulo de elasticidade de 46,54MPa. O

alongamento deste filme puro foi de 241,44%

O PEAD mostrou-se um polímero intermediário entre os dois biodegradáveis, do

ponto de vista da rigidez. O resultado de tensão de escoamento foi de 16,82MPa, tensão de

ruptura de 25,31MPa e módulo de elasticidade de 127,72MPa. O alongamento foi de 11.02%.

(a) (b) (c)

56

Os resultados obtidos nos ensaios de tração mostram-se compatíveis aos observados

na literatura e pode ser organizados na forma de uma tabela para uma melhor comparação

entre as três matrizes termoplásticas.

Tabela 5-10 - Resumo do ensaio de tração filmes puros

Filme

puro

Tensão de escoamento

(MPa)

Tensão de Ruptura

(MPa)

Módulo de

Elasticidade

(MPa)

Alongamento (%)

Ecovio 6,86 6,72 174,13 4,09

Ecoflex 7,89 10,42 46,54 241,44

PEAD 16,82 25,31 127,72 11,02

Figura 5.19 – Curvas de tensão x deformação dos filmes puros

As fratografias apresentadas na figura 5.20 corroboram os gráficos de tensão x

deformação para os filmes dos polímeros puros. A fratura do filme de PEAD mostrada na

figura 5.20 (a), mostra algum estiramento da amostra mas sem arrancamentos substanciais de

material. Já na fratura do filme de Ecovio® mostrada na figura 5.20(b), é possível observar

nitidamente grande quantidade de arrancamento de material, o que é uma característica

marcante em fraturas de materiais frágeis. A característica dominante de uma fratura de um

material dúctil, é o alongamento ou estiramento do material. Este fato é evidenciado com

0 1 2 3 4 50123456

0 50 100 150 200 25002468

1012

0 2 4 6 8 10 12 1405

10152025

Te

nsã

o (

MP

a)

Te

nsã

o (

MP

a)

Te

nsã

o (

MP

a)

Deformação (%) Deformação (%)

Deformação (%)

Ecovio

Ecoflex

PEAD

57

clareza na figura 5.27 (c) , onde uma grande quantidade de material de Ecoflex®(que é muito

dúctil) é mostrada de forma alongada.

Figura 5.20 – Superfícies de fratura dos filmes puros para (a) PEAD (b) Ecovio® (c) Ecoflex®

A adição da biomassa provocou um aumento da rigidez nas matrizes, evidenciado pela

diminuição da ductilidade dos materiais. A razão para este fenômeno se dá pelo fato de

materiais celulósicos terem maior módulo de elasticidade do que as matrizes poliméricas.

Com o decréscimo da ductilidade, o aumento da rigidez dos compósitos fica evidente.

(BORAN, 2016) Em matrizes extremamente dúcteis como a do Ecoflex®, por exemplo, o

aumento da rigidez mostra-se fortemente benéfico, mas em contrapartida há uma diminuição

considerável na resistência à tração.

Os gráficos de tensão x deformação podem ser vistos na figura 5.21. O filme

compósito de Ecovio® apresentou resultados de tensão de escoamento de 4,02MPa, tensão de

ruptura de 4,87MPa e módulo de elasticidade de 141,8MPa. O alongamento máximo desse

filme foi de 5,36%.

Já para o compósito de matriz Ecoflex®, os resultados de tensão de escoamento de

3,36MPa, tensão de ruptura de 3,05MPa e módulo de elasticidade de 37,78MPa. O

alongamento máximo desse filme foi de 20,88%.

O compósito constituído por PEAD e biomassa apresentou resultados de tensão de

escoamento de 10,85MPa, tensão de ruptura de 13,3MPa e módulo de elasticidade de

275,61MPa. O alongamento máximo desse filme foi de 6,81%.

Esta redução nas propriedades mecânicas dos compósitos pode estar relacionada a

fatores como: dispersão não homogênea da carga na fase matriz, formando aglomerados de

(a) (b) (c)

58

biomassa, condições de processamento e afinidade físico-química entre as fases.

(ALEXANDRE; DUBOIS, 2000)

Organizando o ensaio de tração para os filmes compósitos para na forma de uma

tabela, pode-se comparar melhor os resultados

Tabela 5-11 - Resumo do ensaio de tração filmes compósitos

Filme

Compósito

Tensão de escoamento

(MPa)

Tensão de Ruptura

(MPa)

Módulo de

Elasticidade

(MPa)

Alongamento (%)

Ecovio 4,02 4,87 141,8 5,36

Ecoflex 3,36 3,05 37,78 20,88

PEAD 10,85 13,3 275,61 6,81

Figura 5.21– Curvas de tensão x deformação dos filmes compósitos

As fratografias mostradas na figura 5.22 indicam que as superfícies de fratura dos

matérias compósitos apresentam-se de forma semelhante. Semelhança esta que já foi notada

nas curvas de tensão x deformação para os compósitos, onde a presença das fibras diminuiu a

rigidez dos materiais, tornando-os com características de um material mais frágil. Em todos os

0 1 2 3 4 5 60

1

2

3

4

5

0 1 2 3 4 5 6 70

2

4

6

8

10

12

14

0 5 10 15 20 250,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

Ecovio

PEAD

Deformação (%)

Deformação (%)

Deformação (%)

Tensão (

MP

a)

Tensão (

MP

a)

Tensão (

MP

a)

Ecoflex

59

compósitos há evidencias de arrancamento de material (neste caso a própria biomassa), que

em alguns casos pode atuar como um concentrador de tensões fragilizando o material.

Figura 5.22 – Superfícies de fratura dos filmes compósitos para (a) PEAD (b) Ecovio® (c) Ecoflex®

5.9 – Difratometria de raios X (XRD)

Os difratogramas da figura 5.23 apresentam os resultados para os filmes de Ecoflex®

compósito e Ecoflex® puro. Embora o aspecto seja parecido, o leve deslocamento para a

esquerda do difratograma do filme de Ecoflex® compósito em relação ao filme de Ecoflex®

puro, pode estar relacionado a uma baixa estabilidade de rearranjo molecular na estrutura do

cristal. (SÁ FILHO, 2013) Os picos para o filme de Ecoflex® compósito foram maiores que

para o filme de Ecoflex® puro, o que sugere que a biomassa é mais cristalina que o Ecoflex®

(a) (b) (c)

60

Figura 5.23 – Difratograma de raios X para os filmes de Ecoflex®

Os difratogramas da figura 5.24 mostram os resultados obtidos para os filmes de

Ecovio® compósito e Ecovio® puro. Nota-se que houve uma estabilidade no rearranjo das

moléculas da estrutura do cristal, uma vez que os difratogramas tem praticamente o mesmo

aspecto quando sobrepostos. A intensidade dos picos do filme de Ecovio® puro é maior do

que a intensidade dos picos do filme de Ecovio® compósito, o que sugere uma maior

cristalinidade do Ecovio® em relação à biomassa.

10 20 30 40 50

0

10

20

30

40

50

60

70 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

0

50

100

150

200

250

300

350

400

2

Ecoflex puro

Inte

nsid

ad

eIn

ten

sid

ad

e

Ecoflex compósito

61

Figura 5.24 – Difratograma de raios X para os filmes de Ecovio®

Os difratogramas apresentados na figura 5.25 são referentes aos resultados obtidos

para os filmes de PEAD compósito e PEAD puro. Os difratogramas não mostram alterações

significativas entre o filme puro e o filme compósito. Novamente, presencia-se uma

estabilidade no rearranjo de moléculas na formação de cristais. Picos maiores são verificados

para o filme de PEAD puro, indicando que sua cristalinidade é maior que a da biomassa

10 20 30 40 50

-10

0

10

20

30

40

50

60

7010 20 30 40 50

0

10

20

30

40

50

Inte

nsid

ad

e

2

Ecovio puro

Inte

nsid

ad

e

Ecovio compósito

62

Figura 5.25 – Difratograma de raios X para os filmes de PEAD

Na figura 5.26, está o difratograma de raios X para a Biomassa. Através dos resultados

obtidos, são notadas a presença de duas fases distintas: uma amorfa atribuída à presença de

lignina e hemicelulose e uma cristalina devido à presença de celulose.

O índice de cristalinidade da biomassa calculado foi de 45,78%, resultado superior ao

encontrado por SÁ FILHO (2013) para a fibra da casca da semente da moringa, que foi de

39,2%. Esse fato pode estar relacionado aos teores de lignina e hemicelulose da biomassa que

são inferiores aos da fibra, portanto a parte amorfa da biomassa é menor e consequentemente

ela possui maior cristalinidade que a fibra.

10 20 30 40 50

-20

0

20

40

60

80

100

120

140

16010 20 30 40 50

0

20

40

60

80

100

120

Inte

nsid

ad

e

2

PEAD puro

Inte

nsid

ad

e

PEAD compósito

63

Figura 5.26 Difratograma de raios X para a Biomassa

6 – Conclusões

A caracterização química da biomassa obtida após a extração do óleo das sementes da

Moringa oleifera mostrou que o teor de lignina presente neste resíduo, é próximo ao teor de

lignina de algumas outras fibras, justificando assim então a sua utilização como agente de

reforço em materiais lignocelulósicos. Devido ao alto teor de celulose, a utilização deste

resíduo como agente de reforço é capaz de garantir resistência mecânica ao material.

Os espectros de FTIR dos filmes puros e dos compósitos apresentaram todos muita

semelhança, sugerindo assim uma baixa interação na interface biomassa/compósito. Embora

tenha sido verificada a presença de grupos aromáticos da biomassa nos compósitos de PEAD

e de Ecovio®, indicando a presença da biomassa na estrutura, um tratamento superficial como

a mercerização pode ajudar na adesão da biomassa que possui uma característica hidrofílica e

da matriz que é hidrofóbica.

As curvas de DSC indicaram que embora não tenha havido uma interação significativa da

fibra com a matriz, do ponto de vista térmico a biomassa interferiu no comportamento da

matriz pura. Houve deslocamento de pontos de fusão para todos os filmes compósitos em

relação aos filmes puros, garantindo uma faixa de trabalho para aplicações industriais de até

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

0

10

20

30

40

50

60

Fase cristalina

Fase amorfa

Inte

nsid

ad

e

2

Biomassa

64

100 °C, o que permite dar aos filmes compósitos basicamente as mesmas aplicações aos

filmes puros do ponto de vista térmico.

As curvas de TGA mostraram que a adição da biomassa na matriz dos polímeros diminui

a resistência térmica dos compósitos. Para os filmes puros, o PEAD mostrou-se mais estável

termicamente do que o Ecoflex® que por sua vez é mais estável que o Ecovio®. Foi

observado que a adição da biomassa mantém a tendência de estabilidade térmica entre as três

matrizes poliméricas.

Os ensaios de tração juntamente com as fratografias mostraram resultados interessantes

para as diferente matrizes. Embora a adição da biomassa tenha diminuído consideravelmente

a resistência à tração de todas as matrizes, um aspecto importante foi notado. Os filmes

compósitos, apresentaram uma maior rigidez que os filmes puros, ou seja, a adição da

biomassa provoca uma diminuição da elasticidade dos materiais poliméricos. Esse fato pode

ter importância em aplicações onde um material necessite se deformar pouco antes de romper.

Portanto pode-se adicionar a biomassa com o intuito de diminuir a elasticidade de um

polímero, tornando-o mais rígido.

Os difratogramas apresentados mostraram que de uma forma geral existe um bom

rearranjo molecular na formação do cristal quando a biomassa é incorporada na matriz

polimérica. Filmes com a biomassa e matrizes de PEAD e Ecovio® mostraram picos menores

em relação aos filmes dos polímeros puros, devido a cristalinidade da matriz ser maior do que

a cristalinidade da biomassa. Já para o Ecoflex®, os picos maiores foram percebidos para o

filme compósito, corroborando então a maior cristalinidade da biomassa em relação ao

Ecoflex®.

Os resultados obtidos neste trabalho são como um todo semelhantes aos resultados já

encontrados na literatura. A inserção da biomassa como agente de reforço não influencia

drasticamente nas propriedades mecânicas, térmicas e morfológicas dos filmes o que

credencia a biomassa a ser utilizada na produção de filmes. Sendo assim a biomassa não altera

as propriedades básicas das matrizes, o que torna possível a preparação de matérias

compósitos sem grandes prejuízos em suas propriedades, portanto aspectos ambientais e

financeiros podem justificar a confecção de filmes destas matrizes termoplásticas com a

adição da biomassa, uma vez que o cenário mundial atual requer preocupações com aspectos e

impactos ambientais e consumismo desenfreado de bens.

65

7 – Sugestões para trabalhos futuros

Realizar tratamento superficial da biomassa, a fim de reduzir o caráter hidrofílico da

mesma com o objetivo de melhorar propriedades de adesão e consequentemente

propriedades mecânicas.

Produzir e caracterizar compósitos com as mesmas matrizes em porcentagens

diferentes de reforço, como por exemplo 15% e 20% (m/m) de biomassa no

compósito.

Produzir compósitos utilizando outro método como a extrusão por exemplo.

Compósitos extrudados tendem a ser uma mistura mais homogênea, o que pode

melhorar propriedades mecânicas e térmicas

Produzir compósitos com matrizes termoplásticas mais rígidas, como é o caso do

Poliestireno e do PMMA, pois a biomassa pode manter o caráter rígido da matriz,

viabilizando ainda mais suas utilizações.

Avaliar a influência da temperatura nas propriedades mecânicas destes compósitos.

Devido a sua viscoelasticidade, as matrizes poliméricas podem apresentar

comportamento diferente quando há variação de temperatura

66

8 – Referencias Bibliográficas

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