Desenvolvimento de espumas para isolamento térmico a partir de resíduos de vidro e hidróxido de sódio

• Autor(a) principal: Silva, Robson Couto da
• Data de Publicação: 2019
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
• Texto Completo: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/3989
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE PRODUCAO; Resíduos de vidro; Vidro - Produtos; Soda cáustica; Vapor d'água; Isolamento térmico; Glass waste; Glassware; Sodium hydroxide; Steam; Insulation (Heat); Engenharia de Produção

O crescimento da população mundial e o consumo acelerado de bens geram escassez de energia e uma grande quantidade de passivos ambientais. Com isso, os setores de pesquisa, desenvolvimento e inovação devem considerar os aspectos ecológicos em seus estudos. Uma alternativa para isso é o reaproveitamento dos resíduos para novas aplicações. Destacam-se, para tanto, os resíduos de vidro. Devido a suas composições químicas, os resíduos de vidro podem ser empregados como matérias-primas em diversos setores industriais, como por exemplo, na fabricação de espumas de vidro. Em virtude de sua elevada porosidade, as espumas de vidro podem ser utilizadas em diferentes segmentos, tais como: filtragem, biomateriais e isolamento térmico. Porém, durante a fabricação das espumas de vidro os agentes de expansão convencionais, liberam gases prejudiciais à atmosfera. Dessa forma, visou-se nesse trabalho a obtenção de espumas de vidro destinadas a isolamento térmico por uma rota que eliminasse esse revés para colaborar na viabilização comercial do produto. O entendimento tanto do mecanismo reacional quanto das variáveis de processo foi necessário para o desenvolvimento e aperfeiçoamento das propriedades do material sintetizado. As espumas de vidro foram obtidas a partir de resíduos de vidro tipo soda-cal como base da composição, juntamente com hidróxido de sódio (agente de expansão) e bórax pentahidratado (agente de fluxo). Os produtos foram caracterizados pelo método de Arquimedes, análise térmica diferencial, termogravimetria assistida de espectroscopia de massa, dilatometria ótica, difração de raios X, espectroscopia na região do infravermelho e microscopia eletrônica de varredura. Dois planejamentos fatoriais foram necessários para verificar as influências da composição e dos parâmetros de processamento nas propriedades do material. As medidas de condutividade térmica foram realizadas a partir do gradiente de temperatura entre duas placas, seguindo a Lei de Fourier. Foi possível verificar que, quando a composição atingiu sua temperatura de transição vítrea (587 oC) cristalizou-se uma fase hidratada de silicato de cálcio e sódio. Ao atingir-se a temperatura de amolecimento (686 oC), o vapor de água liberado pela desidratação dessa fase promoveu a expansão do material. Formou-se então uma nova fase chamada de devitrita, a qual ficou estável até o final do ciclo de sinterização. Obtiveram-se espumas de vidro a 750 oC com densidade geométrica de 0,135 g/cm3 e porosidade total de 92,37%, sendo a temperatura de espumação e as proporções de hidróxido de sódio e bórax os principais parâmetros de controle do processo. A condutividade térmica medida variou entre 0,046 e 0,061 W/m.oC. Assim, os resultados demonstraram que o vapor de água é o único gás envolvido na espumação, corroborando com o caráter ecologicamente correto do desenvolvimento. Finalmente, permitiu-se inferir que as espumas de vidro a partir de resíduos de vidro e hidróxido de sódio apresentam potencial para aplicação como isolantes térmicos.