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Title: Desenvolvimento e caracterização de compósitos de elastômero termoplástico reforçado com fibra de bananeira
Authors: Martins, Cristiane Reis Martins [UNIFESP]
Barros, Renata Tamara Pereira de [UNIFESP]
Universidade Federal de São Paulo (UNIFESP)
Keywords: sustentabilidade
resíduo vegetal
fibra de bananeira
elastômero termoplástico
compósitos
Issue Date: 23-Oct-2014
Publisher: Universidade Federal de São Paulo (UNIFESP)
Citation: BARROS, Renata Tamara Pereira de. Desenvolvimento e caracterização de compósitos de elastômero termoplástico reforçado com fibra de bananeira. 2014. 98 f. Dissertação (Mestrado) - Instituto de Ciências Ambientais, Químicas e Farmacêuticas, Universidade Federal de São Paulo (UNIFESP), Diadema, 2014.
Abstract: The banana crop has been shown to be a potential source of fibers with good mechanical properties. In this work, residual banana fiber was used as reinforcement in composite materials with a thermoplastic elastomer matrix. In the usual methodology of fiber extraction from the pseudostem of banana, is generated lot of waste. In order to add value to this waste generated was evaluated an alternative methodology for obtaining the fibers using a larger amount of pseudostem. The class of polymers of thermoplastic elastomers (TPE's) have the advantage of not being able to count on crosslinking elastically deform, so behave as thermoplastics at high temperatures, and as elastomers (rubbers) at low temperatures. In order to enhance adhesion between fiber and matrix, both banana fibers (FB) obtained by the conventional extraction (FBA) and the alternative method (FBB) were subjected to treatment with alkaline solution (5% NaOH ( m / v)). The FBA and FBB fibers, raw and treated been incorporated into the thermoplastic elastomer of the SEBS type in the proportions of 2, 5 and 10% by weight of polymer resin. The composite TPE / FBB and TPE / FBA were processed in calender equipment. The characterizations of the composites were made by thermal analysis of differential scanning calorimetry (DSC), thermogravimetry and first derivative (TG / DTG), mechanical test with tensile test and obtained the maximum tensile stress, elastic modulus and elongation in tension maximum. In addition, fracture session micrographs were observed by scanning electron microscopy (SEM). The FB were also characterized by their chemical composition, crystallinity index (obtained by XRD), TG / DTG spectroscopy and Fourier transform infrared (FTIR). The characterization of the chemical composition of the fibers showed that FBA showed a larger fraction of the FBB cellulose and DRX tests have shown higher crystallinity compared to the FBA FBB. FTIR spectra showed the characteristic bands FBA are the same as those found in FBB. The analysis of FTIR, DSC and XRD showed that the alkaline treatment promoted the removal of the amorphous fraction (lignin and hemicellulose) FBA and FBB. The composites obtained with 2% to 5% FBA and FBB, processed and fresh, had a uniform mat, however, the composites made with 10% FBB presented is brittle, it is not possible to form a continuous blanket. The SEM micrographs in show little interaction between the fiber and matrix. The number of voids observed in the fracture surface is proportional to the percentage of incorporated fibers suggesting that there was the matrix fiber pullout during exercise. The tensile test showed superior performance of composites made with FBA. In these composites there was an increase of the maximum tensile stress. The low mechanical performance FBB can be attributed to the presence of extractives not fibrous (amorphous) in its composition, and the largest fraction of hemicellulose compared to the FBA. In general the thermal stability of the composites produced with FBA stood at intermediate temperature between the TPE and FBA, however after initiation of the degradation rate of degradation of the composite was higher than the pure PET blanket. The composites produced with 2 to 5% of FBA treated showed an improvement in thermal performance.
A cultura da bananeira tem-se mostrado uma potencial fonte geradora de fibras com boas propriedades mecânicas. Neste trabalho, fibra de bananeira residual foi utilizada como reforço em materiais compósitos com matriz de elastômero termoplástico. Na metodologia usual de extração de fibras, a partir do pseudocaule da bananeira, é gerada grande quantidade de resíduos. Com objetivo de agregar valor a esse resíduo gerado foi avaliado uma metodologia alternativa de obtenção das fibras utilizando uma maior quantidade do pseudocaule. Os polímeros da classe dos elastômeros termoplásticos (TPE?s) têm a vantagem de não contarem com reticulação para poderem deformar elasticamente, por isso, se comportam como termoplásticos em temperaturas elevadas e como elastômeros (borrachas) em baixas temperaturas. Com o intuito de aumentar a adesão entre a fibra e matriz, ambas as fibras de bananeira (FB) obtidas pelo método convencional de extração (FBA) e pela metodologia alternativa (FBB) foram submetidas ao tratamento com solução alcalina (NaOH a 5% (m/v)). As fibras FBA e FBB, in natura e tratadas foram incorporadas no elastômero termoplástico do tipo SEBS nas proporções de 2, 5 e 10% em peso de resina polimérica. Os compósitos TPE/FBB e TPE/FBA foram processados em equipamento calandra. As caracterizações dos compósitos foram realizadas por análises térmicas de calorimetria exploratória diferencial (DSC), termogravimetria e primeira derivada (TG/DTG), ensaio mecânico com teste de tração sendo obtidos a tensão máxima de tração, o módulo de elasticidade e o alongamento na tensão máxima. Além disso, micrografias da sessão de fratura foram observadas por microscopia eletrônica de varredura (MEV). As FB foram também caracterizadas por sua composição química, índice de cristalinidade (obtido por DRX), TG/DTG e espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier (FTIR). A caracterização da composição química das fibras mostrou que FBA apresentou uma maior fração de celulose que a FBB, e os ensaios de DRX comprovaram maior cristalinidade de FBA em relação à FBB. Os espectros de FTIR mostraram que as bandas características de FBA são as mesmas encontradas em FBB. A análise conjunta de FTIR, DSC e DRX mostraram que o tratamento alcalino promoveu a retirada da fração amorfa (lignina e Hemicelulose) de FBA e FBB. Os compósitos obtidos com 2% e 5% de FBB e FBA, tratadas e in natura, apresentaram uma manta uniforme, no entanto, os compósitos fabricados com 10% de FBB apresentaram-se quebradiços, não sendo possível a formação de uma manta contínua. As micrografias obtidas no MEV mostram a pouca interação entre a fibra e matriz. A quantidade de vazios observados na superfície de fratura é proporcional à porcentagem de fibras incorporadas sugerindo que houve o arrancamento da fibra da matriz durante o esforço. O ensaio de tração mostrou desempenho superior dos compósitos fabricados com FBA. Nesses compósitos houve aumento da tensão máxima de esforço. O baixo desempenho mecânico de FBB pode ser atribuído à presença de extrativos não fibrosos (amorfos) em sua composição, além da maior fração de hemicelulose em comparação à FBA. Em geral a estabilidade térmica dos compósitos fabricados com FBA situou-se em temperatura intermediária entre o TPE e A FBA, no entanto após o inicio da degradação A velocidade de degradação dos compósitos foi maior em relação à manta de TPE puro. Os compósitos fabricados com 2 e 5% da FBA tratada apresentaram uma melhora no desempenho térmico.
URI: http://repositorio.unifesp.br/handle/11600/48947
Other Identifiers: https://sucupira.capes.gov.br/sucupira/public/consultas/coleta/trabalhoConclusao/viewTrabalhoConclusao.jsf?popup=true&id_trabalho=2102186
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