Nome do Projeto
Potencial da casca de arroz (Oryza sp) como material alternativo para produção de nanocompósitos isolantes
Ênfase
Pesquisa
Data inicial - Data final
11/05/2020 - 01/12/2024
Unidade de Origem
Coordenador Atual
Área CNPq
Ciências Agrárias
Resumo
A pesquisa tem por objetivo produzir nanocompósitos a partir de partículas e fibras da casca de arroz (Oryza sp) e madeira de pinus (Pinus sp) reforçados com nanocelulose com finalidade de uso como painel isolante. Dessa forma, os compósitos produzidos serão caracterizados de acordo com suas propriedades físicas, mecânicas, térmicas e acústicas. Bem como serão avaliados a emissão de formaldeído e suas propriedades
químicas.
Objetivo Geral
Este projeto tem como objetivo geral produzir compósitos a partir de partículas e fibras da casca de arroz (Oryza sp) e madeira de pinus (Pinus sp) reforçados com nanocelulose e finalidade de uso como painel isolante.
Como objetivos específicos:
- Determinar e avaliar as propriedades químicas da casca de arroz e madeira de pinus;
- Produzir em escala piloto compósitos a partir de diferentes proporções de partículas e fibras da casca de arroz e madeira de pinus, com densidades nominais de 0,20 e 0,30g/cm3, adesivo ureia- formaldeído e reforçados com nanocelulose;
- Determinar e avaliar as propriedades físicas, mecânicas e de isolamento térmico e acústico dos compósitos de acordo com especificações da norma europeia;
- Avaliar o efeito isolado do tipo e origem da matéria-prima, bem como as diferentes densidades produzidas e reforço com nanocelulose nas propriedades dos compósitos;
- Determinar e avaliar o efeito da incorporação da nanocelulose na emissão de formaldeído dos compósitos por meio do método do dessecador, de acordo com especificações da norma americana;
- Determinar e avaliar os compósitos por meio da técnica de Difração de Raio X, Análise termogravimétrica - TGA, microscopia eletrônica de varredura - MEV, espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier, ressonância magnética nuclear - RMN e rugosidade da superfície.
Como objetivos específicos:
- Determinar e avaliar as propriedades químicas da casca de arroz e madeira de pinus;
- Produzir em escala piloto compósitos a partir de diferentes proporções de partículas e fibras da casca de arroz e madeira de pinus, com densidades nominais de 0,20 e 0,30g/cm3, adesivo ureia- formaldeído e reforçados com nanocelulose;
- Determinar e avaliar as propriedades físicas, mecânicas e de isolamento térmico e acústico dos compósitos de acordo com especificações da norma europeia;
- Avaliar o efeito isolado do tipo e origem da matéria-prima, bem como as diferentes densidades produzidas e reforço com nanocelulose nas propriedades dos compósitos;
- Determinar e avaliar o efeito da incorporação da nanocelulose na emissão de formaldeído dos compósitos por meio do método do dessecador, de acordo com especificações da norma americana;
- Determinar e avaliar os compósitos por meio da técnica de Difração de Raio X, Análise termogravimétrica - TGA, microscopia eletrônica de varredura - MEV, espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier, ressonância magnética nuclear - RMN e rugosidade da superfície.
Justificativa
De acordo com o Anuário Brasileiro Do Arroz (2013) o Brasil consolidou-se como referência na produção e comercialização do arroz fora da Ásia, continente que consome e produz mais de 90% de todo cereal no mundo. Com suas dimensões igualmente continentais, o Brasil acertou a mão nas tecnologias para assegurar maior qualidade e produtividade dos grãos, principalmente nas regiões de plantio irrigado em Santa Catarina e Rio Grande do Sul, onde o rendimento médio supera a 7 mil quilos por hectare.
Dados do MAPA (2015) afirmam que o país está entre os dez maiores produtores mundiais de arroz, sendo o Rio Grande do Sul o maior produtor brasileiro com destaque de produção na zona sul do estado (IRGA, 2015). Neste cenário, quantidades elevadas de casca de arroz são descartadas em forma de resíduo, visto que a casca representa 20% do peso total do arroz, o que gera problemas em seu descarte (CHUNGSANGUNSIT et al., 2004).
Desta forma, a quantidade de resíduos sólidos (casca de arroz) oriundos das indústrias de beneficiamento deste cereal se torna cada vez mais problemática. Este fato pode estar relacionado à dificuldade em se descartar os resíduos gerados em aterros sanitários convencionais ou por meio de sua queima gerando energia. Uma alternativa possível estaria relacionada à viabilidade técnica de uso deste resíduo lignocelulósico na fabricação de novos produtos, agregando-se maior valor a uma matéria prima que possui baixo custo de aquisição.
Segundo Ursini e Bruno (2012), para maximizar o aproveitamento da matéria prima e reduzir o impacto do resíduo gerado, a casca de arroz tem sido utilizada como material alternativo para produção de compósitos.
Freire et al. (2015) mencionam diversas alternativas para melhoria do desempenho ambiental dos painéis reconstituídos (compósitos) sugerindo a substituição do uso de madeira de florestas plantadas por resíduos agroindustriais. Com isso, surgiram diversos estudos indicando o aproveitamento da casca de arroz e a avaliação de seu potencial técnico para emprego na fabricação de compósitos obtendo-se propriedades satisfatórias para determinados usos (MELO, 2009; SOUZA, 2012; LOURENÇO NETO et al., 2014; MOTA, 2015).
A constante busca pela sustentabilidade e o aumento dos custos com a energia elétrica, têm acarretado na investigação crescente por tecnologias construtivas que conduzam a uma eficiência energética. Sabe-se que uma parcela significativa do consumo energético está relacionada com os aparelhos de resfriamento ou aquecimento dos ambientes (LAMEIRAS et al., 2012).
Com isso, torna-se interessante e viável o desenvolvimento de tecnologias sustentáveis, como é o caso dos painéis reconstituídos de baixa densidade, também conhecidos como compósitos isolantes, que possam ser aplicados em sistemas construtivos leves, como o Wood Frame, a fim de suprir a necessidade de isolamento térmico, podendo diminuir a demanda de energia elétrica, utilizando materiais naturais, atendendo a oferta de resíduos e gerando na construção civil a diminuição das escórias oriundas de obras (MEIRELLES et al., 2012).
Outro problema relacionado ao uso dos compósitos base madeira é o tipo de adesivo empregado em sua consolidação, que de modo geral, é a base de derivados do petróleo, como a resina ureia-formaldeído, e após o processo de produção continuam emitindo formaldeído ao ambiente. Dessa forma, a presente proposta de pesquisa visa incorporar a nanocelulose como material de reforço na fabricação dos compósitos, otimizando suas propriedades e criando uma interface de copolimerização da nanocelulose com os monômeros de ureia-formaldeído tornando a estrutura da resina curada mais estável quimicamente, avaliando dessa forma a possibilidade de redução da emissão do formaldeído em edificações.
Dados do MAPA (2015) afirmam que o país está entre os dez maiores produtores mundiais de arroz, sendo o Rio Grande do Sul o maior produtor brasileiro com destaque de produção na zona sul do estado (IRGA, 2015). Neste cenário, quantidades elevadas de casca de arroz são descartadas em forma de resíduo, visto que a casca representa 20% do peso total do arroz, o que gera problemas em seu descarte (CHUNGSANGUNSIT et al., 2004).
Desta forma, a quantidade de resíduos sólidos (casca de arroz) oriundos das indústrias de beneficiamento deste cereal se torna cada vez mais problemática. Este fato pode estar relacionado à dificuldade em se descartar os resíduos gerados em aterros sanitários convencionais ou por meio de sua queima gerando energia. Uma alternativa possível estaria relacionada à viabilidade técnica de uso deste resíduo lignocelulósico na fabricação de novos produtos, agregando-se maior valor a uma matéria prima que possui baixo custo de aquisição.
Segundo Ursini e Bruno (2012), para maximizar o aproveitamento da matéria prima e reduzir o impacto do resíduo gerado, a casca de arroz tem sido utilizada como material alternativo para produção de compósitos.
Freire et al. (2015) mencionam diversas alternativas para melhoria do desempenho ambiental dos painéis reconstituídos (compósitos) sugerindo a substituição do uso de madeira de florestas plantadas por resíduos agroindustriais. Com isso, surgiram diversos estudos indicando o aproveitamento da casca de arroz e a avaliação de seu potencial técnico para emprego na fabricação de compósitos obtendo-se propriedades satisfatórias para determinados usos (MELO, 2009; SOUZA, 2012; LOURENÇO NETO et al., 2014; MOTA, 2015).
A constante busca pela sustentabilidade e o aumento dos custos com a energia elétrica, têm acarretado na investigação crescente por tecnologias construtivas que conduzam a uma eficiência energética. Sabe-se que uma parcela significativa do consumo energético está relacionada com os aparelhos de resfriamento ou aquecimento dos ambientes (LAMEIRAS et al., 2012).
Com isso, torna-se interessante e viável o desenvolvimento de tecnologias sustentáveis, como é o caso dos painéis reconstituídos de baixa densidade, também conhecidos como compósitos isolantes, que possam ser aplicados em sistemas construtivos leves, como o Wood Frame, a fim de suprir a necessidade de isolamento térmico, podendo diminuir a demanda de energia elétrica, utilizando materiais naturais, atendendo a oferta de resíduos e gerando na construção civil a diminuição das escórias oriundas de obras (MEIRELLES et al., 2012).
Outro problema relacionado ao uso dos compósitos base madeira é o tipo de adesivo empregado em sua consolidação, que de modo geral, é a base de derivados do petróleo, como a resina ureia-formaldeído, e após o processo de produção continuam emitindo formaldeído ao ambiente. Dessa forma, a presente proposta de pesquisa visa incorporar a nanocelulose como material de reforço na fabricação dos compósitos, otimizando suas propriedades e criando uma interface de copolimerização da nanocelulose com os monômeros de ureia-formaldeído tornando a estrutura da resina curada mais estável quimicamente, avaliando dessa forma a possibilidade de redução da emissão do formaldeído em edificações.
Metodologia
O projeto será desenvolvido em quatro etapas, sendo cada fase realizada nos laboratórios vinculados à Universidade Federal de Pelotas – UFPel, no Centro de Microscopia Eletrônica - CME da Universidade Federal de Rio Grande - FURG, ambos localizados na região Sul do Brasil, e na Escuela Politécnica De Cuenca da Universidad de Castilla La-Mancha, situada na região Central da Espanha.
Os materiais que serão utilizados para produção dos compósitos propostos neste estudo serão: madeira de pinus (Pinus sp), casca de arroz (Oryza sp), resina ureia-formaldeído, sulfato de amônio em solução a 25%, nanocelulose obtida por meio de processo descrito SILVA et al. (2011) e adaptado por Pereira (2015).
Os materiais que serão utilizados para produção dos compósitos propostos neste estudo serão: madeira de pinus (Pinus sp), casca de arroz (Oryza sp), resina ureia-formaldeído, sulfato de amônio em solução a 25%, nanocelulose obtida por meio de processo descrito SILVA et al. (2011) e adaptado por Pereira (2015).
Indicadores, Metas e Resultados
Como contribuições relevantes salienta-se a possibilidade de integração do curso de Engenharia Industrial Madeireira da UFPel a cursos na área da engenharia na UCLM por meio da troca de saberes e desenvolvimento de uma pesquisa aplicada a melhoria da qualidade e conforto ambiental em edificações contemporâneas.
Bem como, a possibilidade de geração de um produto inovador, ambientalmente adequado e com emprego de um processo tecnológico com potencial de disseminação em indústrias com responsabilidade ambiental na busca por emprego de matéria-prima renovável e de acesso ilimitado e sem fronteiras continentais.
Bem como, a possibilidade de geração de um produto inovador, ambientalmente adequado e com emprego de um processo tecnológico com potencial de disseminação em indústrias com responsabilidade ambiental na busca por emprego de matéria-prima renovável e de acesso ilimitado e sem fronteiras continentais.
Equipe do Projeto
Nome | CH Semanal | Data inicial | Data final |
---|---|---|---|
AMANDA DE FREITAS CORREA | |||
ANDREY JANKE DOS SANTOS | |||
CINTIA BOLDT SOUZA | 38 | ||
ERIKA DA SILVA FERREIRA | 4 | ||
GABRIEL VALIM CARDOSO | 5 | ||
Henara Lillian Costa Murray | |||
JESUS ALFARO GONZÁLEZ | |||
LEONARDO DA SILVA OLIVEIRA | 7 | ||
MARIANA FIGUEIRA MACHADO | |||
MARINA FERNANDES NEVES | |||
MATEUS FISS TIMM | |||
MERIELEN DE CARVALHO LOPES | 4 | ||
NATHALIA FARIAS GOMES | |||
VINICIUS REIS VASQUES | |||
VINICIUS REIS VASQUES |
Fontes Financiadoras
Sigla / Nome | Valor | Administrador |
---|---|---|
CNPq / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico | R$ 14.400,00 | Coordenador |
CNPq / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico | R$ 28.891,82 | Coordenador |
Plano de Aplicação de Despesas
Descrição | Valor |
---|---|
Bolsas | R$ 14.400,00 |
Material de laboratório | R$ 2.891,82 |
Equipamentos e material permanente (móveis, máquinas, livros, aparelhos etc.) | R$ 26.000,00 |