Tratamento químico da fibra natural de eucalipto com silano para produção de biocompósitos

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Data
2019-12-13
Autores
Ferreira, Fernanda Cristina Zanin [UNIFESP]
Orientadores
Guerrini, Lilia Muller [UNIFESP]
Tipo
Dissertação de mestrado
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Resumo
There are several advantages to using natural fibers to produce biocomposites using such high-density polyethylene as a matriz: low-cost, partially biodegradable, low density, good flexibility and high elastic modulus. However, there are some disadvantages in using such fibers for the production biocomposites as the low adhesion to these polymeric matrices due to the fiber being hydrophilic and the matrices generally being hydrophobic. To improve this adhesion, some chemical treatments may be applied to modify the surface of the fibers. One of these treatments is the modification using silane agents. In this context, the objective of this work was to modify the bleached (FB) and brown (FM) eucalyptus fiber using the aminopropyl triethoxysilane silane agent, in the percentages of 1, 2 and 3% of fiber mass silane and then biocomposites were produced. The modified fibers were analyzed by Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) techniques to evaluate chemical structures, thermogravimetric analysis (TGA) to evaluate thermal transitions and degradations, scanning electron microscopy (SEM) to evaluate fiber morphology, ash analysis to verify the amount of inorganic material, respectively. Through the obtained results, the fibers selected with 3% silane agent were selected to produce the 15% and 30% by weight HDPE biocomposites. The morphologies of the biocomposites were evaluated by scanning electron microscopy (SEM), ash analysis to determine the amount of organic and inorganic material, differential exploratory calorimetry (DSC) and the mechanical properties of biocomposites as tensile strength tests. impact resistance and water absorption. The addition of 15wt% of fiber content of 3% silane treated white fiber reinforcement proved to be most suitable for the production of biocomposites with good fiber / matrix adhesion. Silane treatment of these fibers promoted significant increase in physical and mechanical properties such as Izod traction and impact. There was no significant effect of this treatment for brown fibers.
Diversas são as vantagens em utilizar as fibras naturais para produzir biocompósitos utilizando como matriz o polietileno de alta densidade (PEAD): baixo custo, parcialmente biodegradável, baixa massa específica, boa flexibilidade e elevado módulo elástico sob tração. Porém, existem algumas desvantagens na utilização dessas fibras para produção desses biocompósitos como por exemplo, a baixa adesão a essas matrizes poliméricas devido a fibra ser hidrofílica e as matrizes geralmente serem hidrofóbicas. Para melhorar essa adesão, alguns tratamentos químicos podem ser aplicados de forma a modificar a superfície das fibras para que tenham comportamento hidrofóbico. Um destes tratamentos consiste na modificação da superfície da fibra utilizando agentes silanos. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi realizar a modificação da fibra de eucalipto branqueada (FB) e marrom (FM) utilizando o agente silano aminopropil-trietoxisilano, nas percentagens de 1, 2 e 3% de silano em massa de fibra e em seguida foram produzidos os biocompósitos. As fibras modificadas foram analisadas por meio das técnicas de espectroscopia de infravermelho por transformada (FTIR) para avaliar as estruturas químicas, análise termogravimétrica (TGA) para avaliar as transições e degradações térmicas, microscopia eletrônica de varredura (MEV) para avaliar a morfologia das fibras, análise de cinzas para verificar a quantidade de material inorgânico, respectivamente. Por meio dos resultados obtidos, foram selecionadas as fibras tradas com 3% de agente silano para produzir os biocompósitos com 15% e 30% em massa de fibras com o PEAD. As morfologias dos biocompósitos foram avaliadas por microscopia eletrônica de varredura (MEV), análise de cinzas para determinação da quantidade de material orgânico e inorgânico, calorimetria exploratória diferencial (DSC) e tmbém foram avaliadas as propriedades mecânicas nos biocompósitos como ensaios de resistência a tração, resistência ao impacto e a absorção de água. O teor de 15% em massa de reforço de fibra branca tratada com 3% silano mostrou-se mais adequado para a produção de biocompósitos com boa adesão fibra/matriz. O tratamento com silano dessas fibras promoveu aumento significativas nas propriedades físicas e mecânicas, como tração e impacto Izod. Não houve efeito significativo desse tratamento para as fibras marrom.
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