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Type: TESE DIGITAL
Degree Level: Doutorado
Title: Materiais leves renováveis de fibras celulósicas e lignocelulósicas
Title Alternative: Renewable lightweight materials of cellulosic and lignocellulosic fibers
Author: Ferreira, Elisa Silva, 1990-
Advisor: Rezende, Camila Alves de, 1980-
Abstract: Resumo: Materiais leves de celulose são arranjos tridimensionais com propriedades interessantes, tais como alta permeabilidade a fluidos e isolamento de som e calor, além de densidade extremamente baixa. As estruturas leves de celulose mais exploradas na literatura são os aerogéis, os criogéis e as espumas. Usualmente, os métodos para obter estes materiais consistem em preparar dispersões de celulose e em secar com fluidos supercríticos, por liofilização ou em fornos. Tendo em vista que as aplicações desses materiais estão limitadas ao seu custo de produção, o objetivo deste trabalho foi produzir materiais leves de forma mais econômica, utilizando fibras vegetais. Dois métodos para obter redes celulósicas e lignocelulósicas foram utilizados. O processo para preparar materiais de celulose utilizou polpa de eucalipto, parcialmente fibrilada por hidrólise ácida. As fibras hidrolisadas foram dispersas em água, formando uma rede entrelaçada, que pode ser seca de forma bem simples em um forno convencional, sem o uso de técnicas como secagem supercrítica ou liofilização. As análises morfológicas mostraram uma matriz onde as fibras estão distribuídas aleatoriamente e com densidade aparente de até 0,15 g/cm3. Os ensaios mecânicos revelaram que os materiais leves de fibras de polpa de eucalipto possuem alta resistência à compressão, com grande capacidade de absorver energia (360 kJ/m3), indicando que esses materiais podem substituir espumas poliméricas de derivados de petróleo em embalagens e em outras aplicações que demandam esforços compressivos. Já o método para preparar materiais leves lignocelulósicos utilizou fibras de bagaço de cana-de-açúcar, que foram tratadas com solução alcalina. As estruturas foram obtidas pela secagem de dispersões de fibras de bagaço em solução aquosa de ácido cítrico. Estes materiais foram reforçados covalentemente por ligações cruzadas formadas durante seu aquecimento e as matrizes reticuladas apresentaram densidade aparente baixíssima (0,09 g/cm3). As redes lignocelulósicas são naturalmente hidrofóbicas (?H2O = 117 °), sem a necessidade de etapas de modificação superficial. Esta hidrofobicidade é atribuída à combinação da presença de lignina residual, lignina reprecipitada e rugosidade. Além disso, quando submetidos a tensões compressivas, os materiais leves de bagaço mostraram propriedades de memória de forma e suas estruturas se mantiveram íntegras, quando imersas em água e em óleo. As análises mostraram que os materiais lignocelulósicos de bagaço são promissores para a extração seletiva de compostos hidrofóbicos em meio aquoso e para aplicações em isolantes e embalagens protetivas. As abordagens utilizadas neste trabalho apresentaram caminhos com apelo verde para o preparo de matrizes leves de fibras, baseados em etapas escalonáveis

Abstract: Cellulose lightweight materials are three-dimensional structures with interesting properties, such as high fluid permeability and sound and heat insulation, as well as extremely low density. Aerogels, cryogels and foams are the most explored cellulosic lightweight structures in the literature. Usually, the methods to obtain these materials are based on preparing cellulose dispersions, followed by drying using freeze-drying, supercritical fluids or ovens. Considering that the applications of these materials are limited by the production cost, the objective of this work was to produce lightweight materials of low cost, using vegetal fibers. Two methods to obtain networks containing cellulose and lignocellulosic fibers were used. The process to produce cellulose lightweight materials was based on eucalyptus pulp, partially fibrillated by acid hydrolysis. The hydrolyzed fibers were dispersed in water, forming an interlaced network that can be dried in a simple conventional oven, without special techniques such as supercritical drying or freeze-drying. Morphological analyzes showed a matrix where the fibers are randomly distributed, with an apparent density as low as 0.15 g/cm3. Mechanical tests revealed that the fiber structures have high resistance to compression and a great capacity to absorb energy (360 kJ/m3), indicating that these lightweight materials can replace polymeric foams derived from fossil fuels in packaging and in other applications requiring compressive resistance. In turn, the method to prepare lignocellulosic materials used sugarcane bagasse fibers that underwent an alkaline treatment. These structures were obtained by drying a bagasse fiber dispersion in an aqueous solution of citric acid. The materials were covalently reinforced through the cross-linking obtained by heating and those cross-linked matrices had very low apparent density (0.09 g/cm3). The lignocellulosic networks were naturally hydrophobic (?H2O = 117 °), without any further chemical modification. The hydrophobicity is attributed to the combination of residual lignin, redeposited lignin and roughness. Besides this, the cross-linked fiber networks showed shape recovery properties under compressive stress, high absorption capacity, and mechanical resistance when immersed in water and oil. The results demonstrated that those lignocellulosic materials are promising for selective removal of hydrophobic compounds in aqueous environments, as well as in a range of insulating and packaging products. The approaches used in this work showed new paths with green appeal for the preparation of lightweight fiber matrices, based on scalable steps
Subject: Fibra vegetal
Bagaço de cana
Recursos renováveis
Hidrofobicidade
Language: Português
Editor: [s.n.]
Citation: FERREIRA, Elisa Silva. Materiais leves renováveis de fibras celulósicas e lignocelulósicas. 2020. 1 recurso online (129 p.) Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química, Campinas, SP.
Date Issue: 2020
Appears in Collections:IQ - Tese e Dissertação

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