CARACTERIZAÇÃO FÍSICA E QUÍMICA DA FIBRA DA FOLHA … 2009.pdf · ... Syagrus coronata e Arara-azul-de-Lear Foto ... agitação bastão de vidro 5 x troca de ... Medida como perda

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CARACTERIZAÇÃO FÍSICA E QUÍMICA DA FIBRA DA FOLHA DO LICURI - SYAGRU

CORONATA (MARTIUS) BECCARI

Ana Ricl - Congresso Internacional de Fibras Naturais - Salvador, Brasil - 10 set 2009

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Ana Ricl ¹*, Nadia M. José ², Ricardo F. Carvalho ³

Ana Ricl * - Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologi a da Bahia (IFBA). Rua EmidioSantos, s/n. Barbalho, Salvador, Bahia, Brasil. – an [email protected]

Nadia M. José ² - Universidade Federal da Bahia, Instituto de Quími ca - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química - Rua Barão de Gerem oabo, s/n. Ondina, Salvador, Bahia,

BrasilRicardo F. Carvalho³ - Universidade Federal da Bahia, Escola Politécnica, Mestrado em Engenharia

Ambiental Urbana. Rua Prof. Aristides Novis, 2. Fed eração , Salvador, Bahia, Brasil.


3

TÓPICOS A SEREM ABORDADOS


Apresentar os resultados encontrados na caracterização das fibras da folha do licuri mediante densidade e composição química dos componentes: lignina, celulose e hemicelulose.

Apresentar os resultados encontrados na análise do comportamento térmicodas fibras da folha do licuri (fibra do licuri).

Os resultados são discutidos com base nos gráficos da análise termogravimétrica (TGA) e calorimetria diferencial de varredura (DSC), e de observações microscópicas dessas fibras nas imagens da microscopia eletrônica de varredura (MEV)

4Ana Ricl - Congresso Internacional de Fibras Naturais - Salvador, Brasil - 10 set 2009

Motivação

beneficio

ambientalambiental

Fibras substituindo os Fibras substituindo os

recursos recursos

não renovnão renovááveisveis

beneficio científico

dados e informações

cientificas

sobre fibras brasileiras

Gerar benefícios para ao semisemi --ááridorido através do

aumento do aproveitamento da

palmeira.

beneficio econômico

ciência e tecnologia

geração de materiais

com baixo custo

beneficio ttéécnicocnico--socialsocialdespertar para riqueza do

semi-árido

Geração de emprego e renda

minimizar a fome e a pobreza

5

CARACTERIZAÇÃO FÍSICA E QUÍMICA DA FIBRA DA FOLHA DO LICURI

SYAGRU CORONATA (MARTIUS) BECCARI

Objetivos dessa Caracterização

Avaliar Avaliar as características da fibra da folha do Licuri, com

vistas ao seu uso como reforço em compósitos de matriz polimérica,

para diferentes aplicações. (comportamento fcomportamento f íísico e mecânico do sico e mecânico do

compcomp óósito)sito) . Fot

o: A

na R

icl


6

Aspecto: CompComp óósitossitos * ou Materiais Compostos

O que é?

“ Pode-se considerar um compósito como sendo qualque r material multifásico que exiba uma proporpropor ççãoão significativasignificativa das propriedades de ambas as fases que o constituem , de tal modo que é obtida uma melhor combinauma melhor combina çção ão de propriedadesde propriedades ” (CALLISTER 2002).

“É o resultado do processamento de processamento de doisdois ou mais produtos de diferentesdiferentes propriedadespropriedadesfísicas e químicas para gerar um produto final com produto final com caractercaracter íísticas especificas e prsticas especificas e pr éé--definidasdefinidas em função da aplicação desejada” (CARVALHO, 2005).

“São materiais de moldagem estruturalmoldagem estrutural , formado por uma fase contínua polimpolim ééricarica (matriz) e reforçada por uma fase descontinua (fibras)(fibras) que se agregam agregam fisicofisico --quimicamentequimicamente após um processo de crosslinking polimérico (cura) (ABMCO , 2008).

Classificação:

*Compósitoseste termo surgiu quando a industria decidiu por uma expressão mais abrangente que “plástico reforçado”.

Cerâmicas reforçadasEstrutural

Plásticos reforçadosReforçados com fibras

Plástico (poliéster) reforçado com fibras naturais (licuri), descontinuas, orientadas

aleatoriamente

Metais reforçados Reforçados com partículas

Nesta pesquisaABMCOCallister

Ana Ricl - Congresso Internacional de Fibras Naturais - Salvador, Brasil - set 2009

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Considerando a Considerando a Fibra Fibra NaturalNatural ......1. Depende das características dos

componentes da fibra e sua estabilidade química,

2. secção transversal, 3. comprimento, 4. fração volumétrica...

Aspecto: Performance dos Compósitos

... E a composição química varia varia de espde esp éécie para espcie para esp éécie...cie...

Função:

1. da geografia, 2. das condições do solo, 3. das condições do clima.

força de ligação entre matriz e fibra (a interface é responsável pela aderência da fibra à matriz)

ação direta sobre a deformação e a fratura dos comp ósitos


A liderança no consumo de compósitos, no âmbito internacionalestá localizada na construção civil

com 45% da produção.

8

ÁÁrea Brasileira:rea Brasileira:

Piauí, Ceará, Rio Grande do Norte

Paraíba, Alagoas, Sergipe, Pernambuco

BahiaBahia :: 23,4%23,4% municmunic íípiospios

40,5%40,5% áárearea

(40% Indice vulnerabilidade

“Alta” e “Média Alta” ”)

30,9%30,9% habitanteshabitantes

alaléém m do vale do Jequitinhonha,do vale do Jequitinhonha,

(N) Minas Gerais e (N) Minas Gerais e

parte do norte do Espparte do norte do Esp íírito Santo,rito Santo,

numa extensão total de 969 589,4km², 20 858 264 hab .

O SEMI-ÁRIDO

Unesco (2003)

35% área do planeta: terra seca

Fot

o: A

na R

icl

Fot

o: A

na R

icl

Foco:Foco:

a 360km de Salvadora 360km de Salvador

13.054 hab. (IBGE, 2007)

495,91495,91km²

Fot

o: A

na R

icl

Fot

o: A

na R

icl

Fot

o: A

na R

icl


9

O LICURI, o coquinho.

Licuri: 32%adultos, vivem

do licuri !

Momento 1

Pesquisas atuais (amêndoa)

IFBA, seus pesquisadores, Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq).


Embora ocupe uma vasta extensão de terrae seja considerada uma das principais palmeiras do semi-árido brasileiro,

o licuri é pouco estudado.

10

A Folha

Fot

o: A

na R

icl

CaracterCaracter íísticas marcantes:sticas marcantes:

1) resiste de 3 a 4 anos de estiagem, sem perder o““ verdeverde ””

2) Vive em meio a água, solo profundo, em meio a pedras...

Momento 2


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O LICURI, Syagrus coronata e Arara-azul-de-Lear

Foto: Adriano A. Paiva - CEMAVE


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Metodologia e os ProcessosFibra do Licuri e caracterizações

Etapa 1 Etapa 1 -- Fibra do Fibra do LicuriLicuriObtenção e preparação das fibras

Coleta – desfibramento – tratamento previo

Etapa 2 Etapa 2 --FibraFibra

Caracterização morfológica, quimica, fisica e mecânica;

Etapa 4Etapa 4 -Resina e CompResina e CompóósitositoCaracterização física e mecânica.

Tratamento dos Resultados: Tabelados - plotados em gráficos contrastados entre si - contrastados informações científicas existentes avaliados com base na Estatística para testes analíticos.

11°° Passo Passo ProcedenciaProcedencia

22°° Passo: Passo: Tratamento preliminarTratamento preliminarCorte da folhas - Separação das pinasRemoção da “cera” - Secagem ao sol

33°° Passo: Passo: Lavagem com Lavagem com ááguaguaSecagem 60°C

44°° Passo: Passo: Tratamento alcalinoTratamento alcalino

imersas em sol. de NaOH, temperatura ambiente,

sem agitação, 24h

Branco

0,75% NaOH

1,5% NaOH

Lavadas, à pH da água inicial.

Estufa a 60 ± 5°C, com circulação, à peso constante,

(≤ 1% peso). Preservadas em estufa desligada.

Etapa 3 Etapa 3 ––Corpos de provaCorpos de prova

Preparação e moldagem

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Metodologia e CuidadosColeta do Licuri

Fot

os: A

na R

icl


11°° Passo Passo ProcedenciaProcedencia

22°° Passo: Passo: Tratamento preliminarTratamento preliminarCorte da folhas - Separação das pinasRemoção da “cera” - Secagem ao sol

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Branco1.50% NaOH0,75% NaOH

Uma amostraEm forma de fios

Imersão400ml, agitação bastão de vidro

5 x troca de água a cada 10´

Lavagens

Fotos: Ana Ricl


Metodologia e os ProcessosFibra do Licuri e caracterizações

Secagem

Vácuo 6 pol. Hg,

20 min.

Estufa com ventilaçãoFanem Controlador Modelo A-HT, 60°C,24h

Álcali

33°° Passo: Passo: Lavagem com Lavagem com ááguaguaSecagem 60°C

44°° Passo: Passo: Tratamento alcalinoTratamento alcalino

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1.50%

Ensaios

Metodologia de InvestigaçãoFibra do Licuri

Densidade Aparente(picnometria)

Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV)(textura superficial, informações cristalográficas e

morfológicas da superfície das fibras)

Análise Termogravimétrica (TG)Análise Calorimétrica Exploratória Diferencial (DSC )

(comportamento termogravimétrico e a estabilidade térmica das fibras)

Celulose Lignina Hemicelulose Foto: Ana Ricl


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Análise Químicas na Fibra do LicuriMétodo Van Soest (1965)

Extração em detergente neutro

Resíduo em detergente neutro

HemiceluloseMedida como perda de peso

LigninaMedida como perda de peso

CeluloseMedida como perda de peso

inicio

fim

Resíduo em detergente ácidoLignina, celulose e sílica solúvel

Resíduo lignina-cutina

Extração em detergente ácido

Hidrólise H2SO4,72%

KMnO4

fim

fim

Amostra moída e seca; <1mm

Métodos Análises QuímicasWeende: (não mais atende a pesquisadores; falhas identificadas nos avanços das pesquisas). TAPPI: Technical Association of Pulp and Paper Industry. (julho, acesso)Van Soest: Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia.

Metodologia de Análise/Testes Fibra do Licuri


Van Soest, 1965

(TAPPI 2000)(TAPPI 222 m-88)

(TAPPI T19 om-54)

Avaliar composição dos constituintes.

CeluloseLignina

Hemicelulose.

Shimadzu 50, 10mg, 10°C/min., 50ml/min. N² , cápsula de alumínio

com tampa

Análise Calorimétrica Exploratória Diferencial

Shimadzu TG50, 10°C/min., ambiente à 800°C, 50ml/min N².Avaliar o comportamento

termogravimétrico e a estabilidade térmica.

Análise Termogravimétrica

FEG (Field Electron Gun), AMRAY.Amostras analisadas após serem

recobertas em ouro (gold spputer).

Avaliar a microestruturatextura superficial, e morfológica

da superfície.

Microscopia de varredura

Picnometria,Seção transversal do fio.Densidade aparente

FIBRAS DE LICURI

MÉTODO OU CONDIÇÕES BÁSICAS

OBJETIVOEXPERIMENTOAMOSTRA

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Licuri

FiIbra seca

fibra in natura

Relato das investigações – Estudo morfológico (MEV)

As fibras têm uma direção preferencial ao comprimento da folha. Nas fibras in natura pode-se observar os vasos, as células parênquimáticas e a massa do mesofilo envolvendo os vaso

X 107

X 572

X 1050


18

Licuri

0,75% NaOH

Relato das investigações – Estudo morfológico (MEV)

Observa-se:

desfribilamento e protusões na superfície, os vasos espiralados e fissuras

X 1050 1,5% em NaOHX 1000

Fibra seca


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Fibra seca in natura e tratadas

100 200 300 400 500 600 700 8000

20

40

60

80

100 Amostra A

Mas

sa (

%)

Temperatura (ºC)

100 200 300 400 500 600 700 8000

20

40

60

80

100

Mas

sa (

%)

Temperatura (ºC)

Amostra B

100 200 300 400 500 600 700 8000

20

40

60

80

100

Mas

sa (

%)

Temperatura (ºC)

Amostra C

100 200 300 400 500 600 700 8000

20

40

60

80

100

Mas

sa (

%)

Temperatura (ºC)

Amostra D

Estabilidadetérmica até

250°C

10-30% perda de massa

290-300°CHemicelulose

(92%)*

35-75% perda de massa

350-400°CCelulose(32%)*

* AGRELA, 2009

100 200 300 400 500 600 700 8000

20

40

60

80

100 Amostra A Amostra B Amostra C Amostra D

Mas

sa (

%)

Temperatura (ºC)

Relato das investigações – Estudo termogravimétrico (TG)

22% de resíduo

600°C

Branco

In natura


20

Licuri

FiIbra seca e tratada

0 100 200 300 400 500 600

End

oF

luxo

de

Cal

or

Temperatura (ºC)

Legenda :Preto: amostra branco Vermelho: in naturaVerde: tratada 0,75% álcali Azul: tratada 1,5% álcali

Resultado qualitativo

Perda de umidade, voláteis...< 100°C

Dois picos exotérmicos

Degradação: a partir de 250°CHemicelulose: 295 – 305°C

Celulose: 350 – 365°C

IMTHURM, 2000.Extração da lignina do Pinus taeda

Pico 1: 258 – 340°CPico 2: 387 – 435°CPico 3: 735 - 774°C

SANTOS, 2006.Fibra de cocoHemicelulose: 220 – 260°CCelulose: 240 – 350°CLignina: 280 - 500°C

AGRELA, 2009.PiassavaHemicelulose: 301,6°CCelulose: 378,9°CLignina: 280 - 500°C

Relato das investigações – Estudo estabilidade térmica (DSC)


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Composição química

Variação dos constituintes pelo álcali

FDA: fibras em detergente ácido - celulose, lignina;

FDN: fibras em detergente neutro - celulose, hemicelulose, fração de lignina

-09695,0 ± 0,3-94,1 ± 0,694,1 ± 0,2Celulose, hemicelulose, lignina %

6,0983,2 ± 0,69,2680,4 ± 0,688,6 ± 0,5Lignina e celulose (%)

12,4319,0 ± 0,614,7914,4 ± 0,716,9 ± 0,9Lignina (%)

-14,8811,9 ± 0,3-26,2513,9 ± 1,08,0 ± 0,6Hemicelulose (%)

8,0862,6 ± 1,24,8564,8 ± 1,068,1 ± 0,8Celulose (%)

-0,9324-1,14640,8300Densidade (g/ml)

%∆1,50%%∆0,75%

Tratamento com sol. NaOHIn natura

Componente

Remoção pelo álcali (literatura)1) lignina, parte da hemicelulose, ácidos graxos, cera;

frações de baixo grau de polimerização.2) impurezas;3) OH da fibra com Na da soda = celulose sódica

Relato das investigações

Álcali atacou a lignina (12-15%)e parte da celulose;

Não percebe-seataque a hemicelulose

N=3

o álcali a 0,75%: maior poder de ataque à lignina

o álcali a 1,50%: maior poder de ataque à celulose

Hemicelulose< lignininaAtenuação devido

ataque preferencial á lignina E ou demais constituintes


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• Favorece adesão fibra à matriz:•a presença de protusões•aumento da rugosidade

Estabilidade térmica até 250°C; • Comportamento de degradação

definido - dois picos exotérmicos:(290 a 305°C, hemicelulose) (350 a 400°C, celulose).

Desfavoráveis: Quantidade de matéria

orgânica envolvendo a fibra.

CONCLUSÃO

23




Composição química 86 a 91% de celulose e lignina;

teor comparáveis à:Hemicelulose: curauá;Celulose: cânhamo, linho, juta, sisal e rami)Lignina: cana, madeira e bambu;

Remoção mais acentuada (impurezas, orgânicos)à 0,75% sol. NaOH.

CONCLUSÃO

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AGRADECIMENTOS

Em especial, nosso carinho para:

Dr. Claudio Marcos Ricl Oliveira– Escritório de Advocacia

Eng°João Kenkite Tan– Xerox do Brasil

Téc. Químico José Cleverton Carvalho Almeida - Instituto Federal da Bahia

Doutorando Ednaldo Conceição SousaGraduando Eng. Química Danilo Hansen Guimarães

- Instituto de Química, UFBa

Téc. em Materiais Paulo- Escola Politécnica, UFBa

Pós-doutorando Gleidson Giordano Pinto de Carvalho- Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia

d. Enedina e Solange Santos Marinho- Caldeirão Grande

Que possa gerar benefícios a todos os seres sencientes

Foto: Ana Ricl


25Ana Ricl - Congresso Internacional de Fibras Naturais - Salvador, Brasil - 10 set 2009

Fimpor enquanto...

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Motivação

beneficio ambientalambientalaumentar o potencial

de utilidade

da palmeira (folhas);

Fibras substituindo os Fibras substituindo os

recursos recursos

não renovnão renovááveisveis

Gerar benefícios para ao semisemi --ááridorido em função do aumento do aproveitamento da palmeira.

beneficio ttéécnicocnico--socialsocial

despertar para riqueza do

semi-árido

Novos materiais de construção

Geração de emprego e renda

minimizar a fome e a pobreza

beneficio econômicoinvestimento semiinvestimento semi--áárido baiano, rido baiano,

extensivo ao territextensivo ao territóório brasileirorio brasileiro;

ciência e tecnologia

geração de materiais

com baixo custo

beneficio científico

dados e informações

cientificas

sobre fibras brasileiras

Ana Ricl – Defesa do Projeto – 31 ago 2009 – BA.

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Licuri

Ana Ricl – Defesa do Projeto – 31 ago 2009 – BA.

CONCLUSÃO:

1Aceita-se a

variância entre os métodos de lavagem;

2Há baixo grau de dispersão e alta

representatividade da média;

3As metodologias

não são diferentes entre si, o branco

está dentro do intervalo de 95% de confiança

do resultado do in natura

VariânciaTeste de F (Fischer):

verificar se os dois métodos diferem em precisão;Percentual de Variância

verificar o grau de dispersão e representatividade da média;Teste de Cochran

verificar a precisão do método.

Intervalo de confiançaDistribuição t de Student

verificar se as duas metodologias não são diferentes entre si.

Avaliar o método de lavagem

Branco e in natura

Relato das investigações

Documents

CARACTERIZAÇÃO FÍSICA E QUÍMICA DA FIBRA DA FOLHA … 2009.pdf · ... Syagrus coronata e Arara-azul-de-Lear Foto ... agitação bastão de vidro 5 x troca de ... Medida como perda