Estudo da viabilidade de produção de materiais compósitos de matriz polimérica reforçada com fibras naturais
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| Data de Publicação: | 2019 |
| Tipo de documento: | Dissertação |
| Idioma: | por |
| Título da fonte: | Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) |
| Texto Completo: | http://hdl.handle.net/10316/88066 |
Resumo: | Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Química apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia |
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Estudo da viabilidade de produção de materiais compósitos de matriz polimérica reforçada com fibras naturaisStudy of production of natural fiber reinforced polymeric matrix composite materialsBiocompósitoPoliácido lático (PLA)Fibras NaturaisPropriedade Mecânica e MicromecânicaPropriedades TermomecânicasBiocompositesPolylactic acid (PLA)Natural FibersMechanical and Micromechanical PropertiesThermomechanical PropertiesDissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Química apresentada à Faculdade de Ciências e TecnologiaOs materiais plásticos nos dias de hoje estão presentes em praticamente tudo aquilo que nos rodeia, desde embalagens, passando pela saúde, automóveis, entre outros. Deste modo, a dependência da sua utilização exclui, por enquanto, a supressão dos mesmos. Ainda assim, a preocupação crescente em relação aos impactos negativos que estes materiais provocam no ambiente gera uma grande pressão na sociedade, existindo uma enorme vontade de encontrar alternativas que não comprometam as funções requeridas pelos mesmos, mas que sejam mais “verdes”. O trabalho desenvolvido enquadrou-se na procura destas soluções “verdes” para os materiais. Na realização deste trabalho substituiu-se os plásticos provenientes de combustíveis fosseis por plásticos bio-based, como é o caso do poliácido-lático (PLA).Existem aplicações em que só a matriz de PLA não contém as propriedades mecânicas suficientes. Desse modo, pretende-se reforçar o polímero com fibras naturais (fibra de cânhamo, eucalipto, pinho e abeto) a fim de obter um compósito totalmente “verde” e biodegradável. No entanto, na produção de tais compósitos deparou-se com o problema de compatibilidades entre matriz hidrofóbica e a fibra hidrofílica. Para a produção dos compósitos utilizou-se uma combinação de extrusão e moldagem por injeção.Recorreu-se a PLA enxertado de anidrido maleico (PLA-g-AM) como agente compatibilizante entre a matriz e a fibra, mas os resultados alcançados revelaram que a utilização de PLA-g-AM obteve resultados de resistência à tração semelhantes ao compósito que usava fibras obtida por processo termomecânico (TMP). Mesmo assim, os compósitos com melhores propriedades mecânicas foram os reforçados com fibra de cânhamo branqueado, aumentando a sua resistência em 51,8% em relação à matriz de PLA. As propriedades térmicas deste último foram estudadas usando análise de calorimetria diferencial de varrimento (DSC), análise termograviométrica (TMA), análise termomecânica dinâmica (DTMA) e dilatometria. De facto, a introdução de fibra na matriz endurece o material devido à diminuição da mobilidade da matriz e à alteração da cristalinidade. Conclui-se que as fibras são um agente de nucleação e que otimizam algumas propriedades como é o caso da temperatura de transição vítrea (Tg), do módulo de armazenamento e da dilatação.Outra área que foi estudada foi a dos nanocompósitos. Produziram-se nanofibras com três pré-tratamentos distintos, oxidação mediada por TEMPO, enzimática e mecânico. Desde início que as CNF oxidadas por TEMPO se destacaram, devido ao aumento substancial da viscosidade no processo de homogeneização em relação às outras nanofibras, destaque que foi confirmado aquando da sua caracterização. As CNF’s foram caracterizadas a nível de rendimento de fibrilação, demanda catiónica, taxa de carboxilos, grau de polimerização e transmitância.Na parte final do trabalho, foi realizado um estudo sobre a micromecânica recorrendo ao modelo de Hirsch, ao modelo de Kelly e Tyson e a regra das misturas modificado, com valores positivos para uma boa interface entre fibra de cânhamo branqueada e PLA.Plastic materials nowadays are present in practically everything that surrounds us, from packaging, to health, cars, among others. In this way, dependence on their use precludes their removal for the time being. Still, growing concern about the impacts caused by these materials puts great pressure on society, and there is a huge desire to find alternatives that are not compromised by the functions requested by them, but that are more “green”. This work was developed aiming at finding “green” solutions for materials. For that fossil-based plastics were substituted by bio-based plastic as of polyacid-lactic (PLA).There are applications where only the PLA matrix does not have good enough mechanical properties. In this way, it is intended to strengthen the polymer with natural fibers (hemp fiber, eucalyptus, pine and fir) in order to obtain a composite fully “green” and biodegradable. In the production of such composites, however, there was the problem of compatibility between the hydrophobic matrix and the hydrophilic fiber.A combination of extrusion and injection moulding was used for the production of the composites.The PLA grafted with maleic anhydride (PLA-g-AM) was used as a compatible agent between the matrix and the fiber, but the results revealed that the use of PLA-g-AM lead to values of tensile strength similar to those of the composite using fibres obtained by thermomechanical process (TMP). Even so, the composites with the best mechanical properties were reinforced with bleached hemp fiber, increasing their resistance by 51.8% relative to the PLA matrix. The thermal properties of the latter were studied using analysis of differential scanning calorimetry (DSC), thermograviometric analysis (TMA), dynamic thermo mechanical analysis (DTMA) and Dilatometry. The introduction of fibre into the matrix hardens the material due to the decrease in matrix mobility and the alteration of crystallinity. It is concluded that fibers are a nucleation agent and that they optimize some properties such as the glass transition temperature (Tg), the storage module and the dilation.Another area that was studied envolved nanocomposites.Nanofibres were produced with three distinct pretreatments, TEMPO-mediated, enzymatic and mechanical oxidation. From the results, TEMPO-oxidized CNFs stood out, due to the substantial increase in viscosity in the homogenisation process compared to other nanofibres, which was confirmed by their characterisation. The CNF’s were characterized by the level of fibrillation yield, cationic demand, carboxyl content, degree of polymerization and transmittance.At the end of the work, a study was conducted on micromechanics using the Hirsch model, the Kelly and Tyson model and the modified mix rule, with positive values for a good interface between bleached hemp fibre and PLA.2019-09-17info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesishttp://hdl.handle.net/10316/88066http://hdl.handle.net/10316/88066TID:202308502porGonçalves, João António Freitasinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2021-05-27T08:01:25Zoai:estudogeral.uc.pt:10316/88066Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T21:08:51.535334Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse |
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