Compósitos biodegradáveis de amido de mandioca e resíduos da agroindústria

The objectives of this work were to produce biodegradable composites using starch and different agro-industrial wastes (coconut fiber, soy bran and sugarcane bagasse) using a baking process, and to study the effects of these components on the resultant composite properties. The addition of different residues yielded trays with different properties. Samples manufactured with soy bran showed the highest density and water uptake at relative humidities ≥ 60%. The addition of sugarcane bagasse resulted in less dense and resistant samples whereas coconut fiber composites showed the highest breaking stress. The samples fabricated in this study represent an alternative packaging option for foods with low water content.

Preparação e caracterização de membranas biodegradáveis

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Química e Bioquímica

Uso do pó da palha de carnaúba em compósitos de quitosana

In this work a biodegradable composite using the carnauba straw s powder as reinforcement on chitosan matrix polymeric were manufactured. Firstly, were carried out the chemistry characterization of the carnauba straw s powder before and after treatments with NaOH and hexane. Goering and Van Soest method (1970), flotation test, moisture absorption, FTIR, TG/DTG, DSC and SEM have also being carried out. Composites were developed with variations in granulometry and in powder concentrations. They were characterized by TG/DTG, SEM and mechanicals properties. The results of chemical composition showed that the carnauba straw s powder is composed of 41% of cellulose; 28,9% of hemicellulose and 14% of lignin.The flotation test have indicated that the chemical treatment with NaOH decreased the powder s hidrophilicity.The thermal analysis showed increased of thermal stability of material after treatments. The results of FTIR and SEM revealed the removal of soluble materials from the powder (hemicelluloses and lignin), the material became rougher and clean. The composites obtained showed that the mechanicals properties of the composites were decreased in respect at chitosan films, and the composites with the powder at 150 Mesh showed less variation in the modulus values. The speed test of 10 mm/min showed the better reproducibility of the results and is in agreement to the standard ASTM D638. The SEM analysis of fracture showed the low adhesion between the fiber/matrix. The increase of volume of powder in the composite caused a decrease in values of stress and strain for the samples with untreated powder and treated with hexane. The composite with 50% of the powder s treated in NaOH didn t have significant variation in the values of stress and strain as compared with the composites with 10% of the powder, showing that the increase in the volume of fiber didn t affect the stress and strain of the composite. Thereby, it is concluded that the manufacture of polymeric composites of chitosan using carnauba straw s powder can be done, without need for pre-treatment of reinforcement, become the couple of carnauba straw s powder-chitosan a good alternative for biodegradable composites

Tratamentos de fibras de carnaúba [copernicia prunífera (miller) h. e. moore] para o desenvolvimento de compósito biodegradável com matriz de polihidroxibutirato

The use of raw materials from renewable sources for production of materials has been the subject of several studies and researches, because of its potential to substitute petrochemical-based materials. The addition of natural fibers to polymers represents an alternative in the partial or total replacement of glass fibers in composites. In this work, carnauba leaf fibers were used in the production of biodegradable composites with polyhydroxybutyrate (PHB) matrix. To improve the interfacial properties fiber / matrix were studied four chemical treatments to the fibers..The effect of the different chemical treatments on the morphological, physical, chemical and mechanical properties of the fibers and composites were investigated by scanning electron microscopy (SEM), infrared spectroscopy, X-ray diffraction, tensile and flexural tests, dynamic mechanical analysis (DMA), thermogravimetry (TGA) and diferential scanning calorimetry (DSC). The results of tensile tests indicated an increase in tensile strength of the composites after the chemical treatment of the fibers, with best results for the hydrogen peroxide treated fibers, even though the tensile strength of fibers was slightly reduced. This suggests a better interaction fiber/matrix which was also observed by SEM fractographs. The glass transition temperature (Tg) was reduced for all composites compared to the pure polymer which can be attributed to the absorption of solvents, moisture and other low molecular weight molecules by the fibers

Tratamentos de fibras de carnaúba [copernicia prunífera (miller) h. e. moore] para o desenvolvimento de compósito biodegradável com matriz de polihidroxibutirato

The use of raw materials from renewable sources for production of materials has been the subject of several studies and researches, because of its potential to substitute petrochemical-based materials. The addition of natural fibers to polymers represents an alternative in the partial or total replacement of glass fibers in composites. In this work, carnauba leaf fibers were used in the production of biodegradable composites with polyhydroxybutyrate (PHB) matrix. To improve the interfacial properties fiber / matrix were studied four chemical treatments to the fibers..The effect of the different chemical treatments on the morphological, physical, chemical and mechanical properties of the fibers and composites were investigated by scanning electron microscopy (SEM), infrared spectroscopy, X-ray diffraction, tensile and flexural tests, dynamic mechanical analysis (DMA), thermogravimetry (TGA) and diferential scanning calorimetry (DSC). The results of tensile tests indicated an increase in tensile strength of the composites after the chemical treatment of the fibers, with best results for the hydrogen peroxide treated fibers, even though the tensile strength of fibers was slightly reduced. This suggests a better interaction fiber/matrix which was also observed by SEM fractographs. The glass transition temperature (Tg) was reduced for all composites compared to the pure polymer which can be attributed to the absorption of solvents, moisture and other low molecular weight molecules by the fibers

Desempenho mecânico de compósitos híbridos de fibras naturais e poliéster não saturado

With the objective to promote sustainable development, the fibres found in nature in abundance, which are biodegradable, of low cost in comparison to synthetic fibres are being used in the manufacture of composites. The mechanical behavior of the curauá and pineapple leaf fibre (PALF) composites in different proportions, 25% x 75% (P1), 50% x 50% (P2) e 75% x 25% (P3) were respectively studied, being initially treated with a 2% aqueous solution of sodium hydroxide. Mechanical analyses indicated that with respect to studies of traction, for the combination of P1 and P3, better results of 22.17 MPa and 16.98 MPa, were obtained respectively, which are higher than that of the combination P2. The results of the same pattern were obtained for analysis of bending resistance where P1 is 1.21% and P3 represents 0.96%. In the case of resistance to bending, best results were obtained for the combination P1 at 49.07 MPa. However, when Young's modulus values were calculated, the values were different to the pattern of the results of other tests, where the combination P2 with the value of 4.06 GPa is greater than the other combinations. This shows that the PALF had a greater influence in relation to curauá fibre. The analysis of the results generally shows that in combinations of two vegetable fibers of cellulosic origin, the fiber which shows higher percentage (75%) is the best option than to the composition of 50%/50%. In the meantime, according to the results obtained in this study, in the case where the application should withstand bending loads, the better composition would be 50%/50%

Estudo do sistema celulose bacteriana-poliuretano para a produção de novos compósitos

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Influência do retardante de chamas nas propriedades mecânicas e flamabilidade em compósitos poliméricos de epóxi/fibra de curauá

Currently, there is a great search for materials derived from renewable sources. The vegetable fibers as reinforcement for polymer matrixes, has been used as an alternative to replace synthetic fibres, being biodegradable and of low cost. The present work aims to develop a composite material with epoxy resin reinforced with curauá fibre with the addition of alumina trihydrate (aluminum hydroxide, Al(OH)3) as a flame retardant, which was used in proportions of 10 %, 20% and 30% of the total volume of the composite. The curauá fibers have gone through a cleaning process with an alkaline bath of sodium hydroxide (NaOH ), parallelized by hand and cut carding according to the default length . They were molded composites with fibers 30cm. Composites were molded in a Lossy Mold with unidirectional fibres in the proportion of 20% of the total volume of the composite. The composites were prepared in the Chemical Processing Laboratory of the Textile Engineering Department at UFRN. To measure the performance of the material, tests for the resistance to traction and flexion were carried out. with samples that were later analyzed in the Electronic Microscopy Apparatus (SEM ). The composites showed good mechanical properties by the addition of flame retardant and in some cases, leaving the composite more vulnerable to breakage. These mechanical results were analyzed by chi-square statistical test at the 5% significance level to check for possible differences between the composite groups. Flammability testing was conducted based on the standard Underwriters Laboratory 94 and the material showed a satisfactory result taking their average burn rate (mm / min) decreasing with increasing addition of the flame retardant composite.

Polímeros sintéticos biodegradáveis: matérias-primas e métodos de produção de micropartículas para uso em drug delivery e liberação controlada

Micropartículas produzidas a partir de polímeros sintéticos têm sido amplamente utilizadas na área farmacêutica para encapsulação de princípios ativos. Essas micropartículas apresentam as vantagens de proteção do princípio ativo, mucoadesão e gastrorresistência, melhor biodisponibilidade e maior adesão do paciente ao tratamento. Além disso, utiliza menores quantidade de princípio ativo para obtenção do efeito terapêutico proporcionando diminuição dos efeitos adversos locais, sistêmicos e menor toxidade. Os polímeros sintéticos empregados na produção das micropartículas são classificados biodegradáveis ou não biodegradáveis, sendo os biodegradáveis mais utilizados por não necessitam ser removidos cirurgicamente após o término de sua ação. A produção das micropartículas poliméricas sintéticas para encapsulação tanto de ativos hidrofílicos quanto hidrofóbicos pode ser emulsificação por extração e/ou evaporação do solvente; coacervação; métodos mecânicos e estão revisados neste artigo evidenciando as vantagens, desvantagens e viabilidade de cada metodologia. A escolha da metodologia e do polímero sintético a serem empregados na produção desse sistema dependem da aplicação terapêutica requerida, bem como a simplicidade, reprodutibilidade e factibilidade do aumento de escala da produção.

Resíduos de sisal como reforço em compósitos de polipropileno virgem e reciclado

Foram estudadas as propriedades térmicas e mecânicas de compósitos de polipropileno, virgem e reciclado, reforçados com 30% em massa de fibras residuais de sisal, assim como o perfil de processamento e a morfologia da matriz polimérica. Para tanto, foram determinadas a resistência à tração, o módulo de Young, alongamento na ruptura, e energia de impacto. As amostras também foram caracterizadas por MEV, DMTA e TG. Para ambos os compósitos de polipropileno, virgem e reciclado, com a adição das fibras, o alongamento na ruptura mostrou uma queda significativa, enquanto que a resistência à tração não sofreu grandes variações. Houve um aumento significativo nos valores de tração na ruptura e de energia de impacto com a adição das fibras de sisal na matriz de polipropileno. As análises térmicas mostraram ligações secundárias, como as ligações polares, entre as fibras e a matriz, concordando com o comportamento mecânico dos compósitos. Constatou-se que a temperatura de transição vítrea não variou após a adição da fibra.

Análise numérica de freqüência natural de materiais compósitos híbridos com memória de forma

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2007.

Análise estática e dinâmica de painéis corrugados construídos em materiais compósitos

Os painéis corrugados têm cada vez maior aplicabilidade em engenharia. São frequentemente utilizados em estruturas sandwich, em telhados e têm muitas outras aplicações nas indústrias civil, mecânica, aeronáutica e naval. Esta crescente aplicação deve-se ao facto de as suas corrugações conferirem maior rigidez ao painel devido ao aumento do rácio resistência/peso, evitando-se assim o recurso a reforços estruturais. Este facto, associado às características dos materiais compósitos laminados, que comparativamente com os materiais “tradicionais”, evidenciam uma relação rigidez/peso, bem como um comportamento mecânico; no mesmo sentido, contribui para uma potencial utilização deste tipo de solução, em variadíssimas situações na área das engenharias. Este tipo de painéis é particularmente adequado em situações de carga em que se verificam esforços de compressão e torção. Com o presente trabalho, pretende-se efectuar um estudo de análise do comportamento mecânico, quer em termos de análise estática linear, quer de vibrações livres de um painel corrugado em material compósito, sendo analisadas várias variáveis, nomeadamente: o tipo de material, a geometria da corrugação, a sequência de empilhamento das camadas de fibra, entre outras. Para este efeito, e após o enquadramento do tipo de problema que se possui, é utilizado o software comercial de análise por elementos finitos, Ansys®.

Estudo das tensões interlaminares e rotura de elementos curvos em materiais compósitos

Este trabalho aborda o comportamento mecânico de elementos curvos em materiais compósitos aquando sujeitos a forças e momentos nas extremidades. Os modos de falha mais comuns são estudados em detalhe: falha transversal na matriz devido a tensões de flexão (tensões circunferenciais), ou falha por delaminagem devido as tensões interlaminares de tracção verificadas ao longo da espessura na região curva (tensões radiais). Inicialmente, faz-se uma abordagem sobre a influência de Z-Pins na resistência interlaminar, uma abordagem sobre os efeitos de bordo, e sobre tensões interlaminares com base em teorias Layerwise de ordem superior. Salienta-se, ainda, a importância do estudo feito com o World-Wide Failure Exercise (WWFE) (Hinton et al. 2004) na comunidade científica relacionada com o tema dos materiais compósitos. O presente trabalho, é essencialmente dividido em duas partes: modelos analíticos e modelos numéricos. São estudados provetes curvos, em forma de C (semicircular), geometria analisada por Ko e Jackson (1989); e em forma de L (cantoneira de abas iguais), analisados por Sun e Kelly (1988). Começa-se por fazer uma análise teórica, através da Teoria Multicamada, ao trabalho Ko e Jackson, autores da mesma. Analisou-se também, através desta teoria, a parte em quarto de círculo da viga estudada por Sun e Kelly. Após ter a solução analítica bem compreendida, essa teoria é aplicada ao principal estudo deste trabalho, um provete semicircular, usando os empilhamentos de Sun e Kelly. É ainda estudado, e aplicado a este último, o critério de falha em três dimensões (3D) proposto por Hashin (1980). Na segunda parte, é feita uma validação numérica dos três casos anteriores, com recurso ao software comercial de elementos finitos (EF), ANSYS. Estes estudos de EF têm a diferença, relativamente aos originais, de serem em 3D, podendo assim ser retiradas todas as tensões necessárias para se aplicar o critério de falha. No final, é feita uma comparação geral entre os resultados analíticos e numéricos.

Análise estática de vigas em materiais compósitos usando computação simbólica

Na presente dissertação estuda-se o comportamento mecânico em vigas construídas em materiais compósitos, abordando diferentes teorias de base. Foram desenvolvidos dois elementos Lagrangeanos de viga-barra, baseados na teoria ao corte de primeira ordem e na teoria ao corte de ordem superior, quadráticos e cúbicos, respectivamente. Os modelos foram implementados na aplicação de computação simbólica MAPLE e comparados com soluções alternativas. Foram realizados estudos em análise estática linear e nesse contexto foi estudada a influência da variação dos ângulos de orientação das fibras e do número de camadas de empilhamento do laminado. Foi iniciado um estudo sobre o comportamento de materiais FGM.

Estudo comparativo do comportamento mecânico de materiais compósitos à base de polímeros líquido-cristalinos

Os materiais compósitos à base de polímeros líquido-cristalinos sofreram um grande desenvolvimento nas três últimas décadas, com uma vasta utilização pela indústria, nomeadamente a aeronáutica e aeroespacial. Este trabalho, numa primeira fase desenvolveu-se com base numa pesquisa bibliográfica que tinha como principal objectivo conhecer o estado da arte dos polímeros líquido-cristalinos (PLC’s) e suas aplicações em materiais compósitos. Foi realizado um estudo bibliográfico das propriedades mecânicas dos principais sistemas de compósitos termoendurecíveis e termoplásticos de forma a criar um enquadramento do tema a desenvolver. Realizou-se também uma pesquisa sobre os mais recentes desenvolvimentos relativos às aplicações dos PLC’s na indústria aeronáutica e aeroespacial, com o estudo a incidir sobre as mais recentes aplicações em projectos desenvolvidos nomeadamente pela NASA. O trabalho foi direccionado para o estudo do Kevlar, desde a sua produção, à caracterização das suas principais propriedades mecânicas e aplicações industriais, com principal interesse nas aplicações em materiais compósitos. Particular atenção foi dada aos problemas que podem afectar o desempenho dos laminados produzidos com reforço de Kevlar. Neste trabalho os compósitos pré-impregnados foram estudados tendo em conta a sua caracterização em função das formas de empilhamento e das suas propriedades mecânicas. Foram consideradas neste estudo as normas ASTM (American Society for Testing and Materials) relativas aos ensaios a realizar, em particular o seu campo de aplicação e a metodologia dos ensaios para determinação das propriedades mecânicas dos compósitos. Neste trabalho é realizado um estudo comparativo sobre as propriedades mecânicas quando ocorrem, ou não, defeitos nos laminados. Foram realizados ensaios não destrutivos por ultra-sons de forma a garantir a qualidade do laminado para a produção dos provetes, assim como para a confirmação da correcta localização dos defeitos induzidos. No trabalho experimental, realizaram-se ensaios à tracção, à fadiga, à compressão e à flexão, com o fim de comparar grupos de provetes, com e sem defeitos, e caracterizar as variações das propriedades mecânicas. São abordados os factores que influenciam o desempenho de um laminado de Kevlar e os factores que desencadeiam a sua deterioração. A delaminação é um grave problema que afecta os laminados e que limita o seu desempenho. O estudo demonstrou que um dos principais problemas nos laminados de compósitos à base de polímeros líquido-cristalinos é a fadiga.