Nome do Projeto
Do Campo à Vanguarda: Explorando Aplicações Avançadas para a Lã Ovina em Diversos Setores
Ênfase
Pesquisa
Data inicial - Data final
15/11/2023 - 15/07/2027
Unidade de Origem
Coordenador Atual
Área CNPq
Engenharias
Resumo
Em um contexto onde as fibras sintéticas têm ganhado predominância no mercado teceleiro, a fibra de lã ovina enfrenta desafios decorrentes da redução da demanda, o que resulta em um acúmulo excedente de seu estoque e impactos ambientais negativos significativos. Compreender as possibilidades de aproveitamento dessa fibra natural, principalmente na engenharia de materiais, surge como uma estratégia para mitigar o impacto ambiental causado pelo excedente da lã ovina, ao mesmo tempo em que se valoriza e potencializa seu uso em novos materiais. Por meio desta pesquisa, almeja-se contribuir para a diversificação das aplicações da lã ovina, fomentar a sustentabilidade na indústria e estimular o uso consciente de recursos naturais, visando o desenvolvimento de soluções inovadoras e ecologicamente responsáveis.

Objetivo Geral

Valorizar a lã ovina mediante sua investigação focada em múltiplas aplicações focadas em materiais de alto apelo sustentável.

Justificativa

Fibras naturais têm ganhado destaque na indústria de materiais. Na criação de compósitos, que são constituídos de uma matriz reforçada com uma ou mais fibras, elas melhoraram o desempenho mecânico, térmico, de durabilidade, entre outros. Em comparação às fibras sintéticas ou artificiais, as fibras naturais também apresentam vantagens, como sustentabilidade, biodegradabilidade e menor consumo de energia para produção. A abundante presença nos ecossistemas brasileiros auxilia na difusão da utilização desse material.
Com o avanço na produção de tecidos feitos a partir de fibras sintéticas, como poliéster e nylon, o mercado da fibra natural de lã ovina tem enfrentado dificuldades pela falta de demanda, já que as fibras sintéticas apresentam maior resistência, durabilidade, facilidade na manutenção e possibilidade de produção em larga escala. A falta de demanda gerou uma retenção de estoque da fibra natural sem precedentes, já que os produtores são obrigados a realizar a tosquia nos ovinos para garantir o conforto e bem-estar dos animais, além manter sua saúde e higiene. Essa retenção gera um impacto ambiental de grande escala, pois a lã ovina, se avaliada como resíduo, resulta em problemas de poluição no solo e água, além de liberar produtos químicos nocivos e gases poluentes se incinerados.
Para mitigar o impacto financeiro gerado pela falta de demanda da fibra de lã e pelo gasto de manutenção do acúmulo exagerado do estoque, os produtores buscam alternativas para a utilização da fibra, como isolamento térmico e materiais de construção. O aproveitamento de materiais considerados descarte tem se destacado como alternativa sustentável ao impacto ambiental em diferentes setores da indústria.

Metodologia

1. Coleta e preparação das fibras de lã ovina
A lã ovina será fornecida pela Federação da Agricultura do Estado do Rio Grande do Sul (FARSUL) e Associação Brasileira de Criadores de Ovinos (ARCO). Em casos práticos, os criadores de ovelhas costumam realizar a tosquia, que é o processo de remoção da lã do animal, para posterior processamento e utilização em diferentes indústrias. As condições em que a lã é encontrada podem variar, dependendo da raça da ovelha, do clima e de outros fatores.

2. Destinação da lã para diferentes frentes de investigação

2.1 Pré-caracterização
A lã coletada será caracterizada quanto a sua composição química, características físicas, morfológicas, entre outras. Para tal, poderão ser utilizadas técnicas laboratoriais, como espectroscopia de infravermelho próximo (NIR), análise de aminoácidos, cromatografia de fase reversa, além de microscopia óptica e eletrônica.

2.2 Extração e uso da queratina
A lã pré-caracterizada será avaliada quanto ao seu potencial para a extração de queratina. Para tal, poderão ser utilizadas técnicas como hidrólise ácida ou alcalina, seguida de purificação por filtração ou precipitação. Tais condições de extração poderão ser otimizadas para obter a maior quantidade possível de queratina de alta qualidade. Essa queratina dotada de alto valor agregado será caracterizada, analisando sua composição química, estrutura molecular e propriedades físicas, mediante testes para avaliar sua solubilidade, viscosidade, estabilidade térmica e reatividade química. Além disso, seu uso para diferentes aplicações, tais como cosméticos, embalagens, curativos, materiais têxteis, entre outros poderá ser avaliado. Para tal, serão preparados filmes, espumas, entre outros materiais, que serão avaliados quanto ao seu desempenho, mediante testes de resistência, testes de estabilidade e avaliações de aceitação do produto. Tais atividades serão coordenadas pelo Prof. Dr. André Missio e Prof. Dr. Mateus Ferrer.

2.3 Extração e uso da lanolina
A lã pré-caracterizada também será avaliada quanto ao seu potencial para a extração de lanolina. Primeiramente, será selecionado um material com baixo teor de impurezas. Após, ocorrerá a lavagem da lã para remover sujeiras e impurezas superficiais. Em seguida, será feita a extração da lanolina a partir da lã utilizando solventes adequados e então será feita a purificação da lanolina extraída por meio de técnicas de destilação ou filtração.
Essa lanolina será testada como substância preservante para a madeira de pinus. Para tal, será feita a aquisição de amostras de madeira de pinus. Após, será feita a preparação das amostras, como o corte em tamanhos padronizados. Por fim, haverá a secagem das amostras de madeira até atingir a umidade de equilíbrio de 12%. Antes do tratamento, será feita a preparação de uma solução de lanolina em um solvente adequado. Após ocorrerá a imersão das amostras de madeira na solução de lanolina por um determinado período de tempo. As amostras tratadas serão então removidas do recipiente de tratamento e secas em ambiente controlado.
Serão avaliados os seguintes critérios de qualidade do tratamento: Determinação do teor de lanolina retida na madeira tratada, por meio de análises físicas e químicas; Avaliação das propriedades físicas da madeira tratada, como a absorção de água e a retração volumétrica; Análise da resistência mecânica da madeira tratada, por meio de ensaios de flexão, compressão e dureza; Testes de durabilidade da madeira tratada, expondo as amostras a organismos biodegradadores, como fungos e insetos, e avaliando sua resistência à degradação; Realização de testes de caracterização semelhantes em amostras de madeira tratadas com métodos convencionais, como tratamento químico ou preservação com produtos comerciais. Tais atividades serão coordenadas pelo Prof. Dr. Rafael Beltrame e Prof. Dr. Darci Gatto.

2.4 Compósitos poliméricos

Após a coleta de amostras de lã de ovelha conforme descrição acima, as mesmas serão limpas para remover impurezas, como sujeira e resíduos. Após, ocorrerá a separação das fibras de lã em tamanhos e comprimentos adequados para a incorporação nos compósitos.
Quanto à matriz, a escolha de polímeros termoplásticos adequados para a matriz polimérica dos compósitos será realizada com base em sua disponibilidade e características químicas, conforme os processamentos mencionados abaixo. Em seguida, será feita a definição das proporções de lã de ovelha a serem incorporadas nos compósitos e a preparação de misturas com diferentes teores de lã e polímeros.
Os compósitos serão processados em uma extrusora para a incorporação da lã de ovelha nos compósitos. Serão realizados e testados diferentes ajustes dos parâmetros de processamento, como temperatura, velocidade de rotação, pressão e taxa de alimentação. Além isso, após a configuração do equipamento, os compósitos também serão processados em uma máquina de injeção para a moldagem dos compósitos. Assim, diferentes parâmetros de injeção serão testados, tais como temperatura do cilindro, pressão de injeção, tempo de resfriamento e velocidade de injeção.
Tais compósitos serão caracterizados mediante: avaliação de propriedades mecânicas, como resistência à tração, resistência ao impacto, dureza e tenacidade; análise de composição química e estabilidade térmica por meio de técnicas como termogravimetria (TGA) e calorimetria diferencial de varredura (DSC); determinação das propriedades térmicas, como a condutividade térmica e o coeficiente de expansão térmica; avaliação da morfologia por microscopia eletrônica de varredura (MEV) ou microscopia óptica; características higroscópicas, tais como estabilidade dimensional e absorção de água; testes de envelhecimento acelerado para avaliar a resistência à radiação UV e ao envelhecimento térmico. Outros testes poderão ser realizados adicionalmente ou substitutivamente aos já mencionados. Tais atividades serão coordenadas pela Profa. Dra. Amanda Oliveira e Prof. Dr. Neftali Carreno.

2.5 Compósitos cimentícios

A lã obtida sem prévia lavagem ou classificação, será cortada em pedaços menores, de forma a permitir sua incorporação na matriz cimentícia. Será executados diferentes tipos de compósitos cimentícios, incluindo concretos, argamassas e fibrocimentos, o que condicionará as necessidades em termos de características e propriedades do cimento utilizado na matriz.
A formulação dos compósitos será baseada na definição das proporções de lã de ovelha a serem incorporadas nos compósitos e na preparação de misturas com diferentes teores de lã e proporções de cimento. Serão ainda testadas estratégias de dispersão da lã, tais como mistura manual, mistura mecânica ou adição de agentes dispersantes. Posteriormente, será avaliada a influência de cada estratégia na homogeneidade da dispersão da lã e nas propriedades dos compósitos resultantes.
A moldagem dos compósitos ocorrerá mediante preparação de moldes adequados, preenchimento dos moldes com as misturas contendo a lã de ovelha e compactação adequada das misturas nos moldes para garantir uma distribuição uniforme da lã. A cura dos compósitos cimentícios será de acordo com as recomendações do cimento utilizado e, além disso, o envelhecimento dos compósitos sob diferentes condições ambientais, como exposição à umidade, altas temperaturas ou ciclos de congelamento e descongelamento serão avaliados.
A fim de minimizar o conhecido efeito de fragilização e mineralização da lã de ovelha devido ao elevado teor de hidróxido de cálcio e, consequente, elevado pH do cimento em hidratação, serão testadas adições de diferentes materiais ricos em silicatos e/ou aluminatos, os quais ainda devem ter um caráter majoritariamente amorfo, a fim de que possuam alta atividade pozolânica. Além disso, sempre que tais materiais pozolânicos sejam derivados de resíduos, isso será tido como positivo do ponto de vista econômico e ambiental.
Os compósitos serão caracterizados mediante avaliação de propriedades mecânicas, como resistência à compressão, resistência à tração e módulo de elasticidade; análise da absorção de água e porosidade; avaliação da resistência à fissuração e durabilidade dos compósitos em diferentes condições ambientais. Além disso, sempre que for adequado, serão realizados testes comparativos entre os compósitos com lã de ovelha e compósitos de referência sem lã. Tais atividades serão coordenadas pela Profa. Dra. Angela Azevedo e Profa. Dra. Aline Tabarelli.

2.6 Estabilização de solos

Primeiramente, será feita uma identificação e coleta de diferentes tipos de solos usados em estradas não pavimentadas, como solos argilosos, arenosos e siliciosos. Após, serão realizados ensaios preliminares para avaliar as características dos solos, como granulometria, teor de umidade, capacidade de suporte e expansão.
Quanto à preparação da lã de ovelha, será feita uma classificação das amostras de acordo com o tamanho e a espessura das fibras e, além disso, será feito o corte das amostras em pedaços menores, de forma a permitir sua incorporação nos solos.
Para a formulação das misturas solo-lã, será feita uma definição das proporções de lã de ovelha a serem incorporadas nos solos, considerando diferentes teores. Após, haverá uma preparação de diferentes misturas solo-lã com teores variados de lã de ovelha. A caracterização dos solos e misturas solo-lã consistirá nas seguintes atividades: Análise granulométrica dos solos e das misturas solo-lã; Determinação do teor de umidade ótima dos solos e das misturas, utilizando o ensaio de compactação; Avaliação da capacidade de suporte e da resistência à compressão dos solos e das misturas, por meio de ensaios de laboratório; Avaliação do efeito da incorporação da lã de ovelha nos solos em termos de melhoria das propriedades mecânicas e de estabilidade; Realização de ensaios de CBR (California Bearing Ratio) para verificar a resistência à deformação e a capacidade de suporte dos solos estabilizados; Realização de ensaios de compactação Pro

Indicadores, Metas e Resultados

1. Coleta e Preparação das Fibras de Lã Ovina:
• Indicador: Quantidade de lã ovina coletada e preparada.
• Meta: Coletar e preparar uma quantidade específica de lã ovina de acordo com as necessidades do projeto.
• Resultado Esperado: Ter a lã ovina pronta para ser utilizada nas diversas frentes de pesquisa.
2. Destinação da Lã para Diferentes Frentes de Investigação:
2.1 Pré-caracterização:
• Indicador: Nível de caracterização alcançado para a lã.
• Meta: Realizar análises químicas, físicas e morfológicas abrangentes na lã.
• Resultado Esperado: Ter um conhecimento completo das propriedades da lã ovina.
2.2 Extração e Uso da Queratina:
• Indicador: Rendimento da extração de queratina e suas propriedades.
• Meta: Obter queratina de alta qualidade em quantidade significativa.
• Resultado Esperado: Ter queratina purificada com propriedades desejadas para várias aplicações.
2.3 Extração e Uso da Lanolina:
• Indicador: Rendimento da extração de lanolina e sua eficácia como preservante de madeira.
• Meta: Obter lanolina de alta qualidade e avaliar sua eficácia na preservação de madeira de pinus.
• Resultado Esperado: Lanolina de qualidade e madeira preservada com sucesso.
2.4 Compósitos Poliméricos:
• Indicador: Propriedades mecânicas, térmicas e morfológicas dos compósitos.
• Meta: Desenvolver compósitos com propriedades específicas.
• Resultado Esperado: Compósitos de lã de ovelha com características desejadas para várias aplicações.
2.5 Compósitos Cimentícios:
• Indicador: Resistência à compressão, absorção de água e durabilidade dos compósitos.
• Meta: Desenvolver compósitos cimentícios estáveis e duráveis.
• Resultado Esperado: Compósitos cimentícios que atendam às normas de qualidade.
2.6 Estabilização de Solos:
• Indicador: Capacidade de suporte e resistência à compressão dos solos estabilizados.
• Meta: Melhorar as propriedades mecânicas dos solos para uso em estradas não pavimentadas.
• Resultado Esperado: Solos estabilizados com maior capacidade de suporte e durabilidade.
2.7 Tijolos Adobe e Solo-Cimento:
• Indicador: Propriedades físicas e mecânicas dos tijolos.
• Meta: Produzir tijolos de lã de ovelha com características específicas.
• Resultado Esperado: Tijolos com propriedades desejadas e durabilidade.
2.8 Adsorção de Contaminantes Emergentes:
• Indicador: Capacidade de adsorção da lã tratada em relação a contaminantes.
• Meta: Melhorar a capacidade da lã de ovelha de adsorver contaminantes emergentes.
• Resultado Esperado: Lã tratada com alta eficiência na remoção de contaminantes em comparação com materiais convencionais.

Equipe do Projeto

NomeCH SemanalData inicialData final
ALENCAR IBEIRO DE OLIVEIRA1
ALINE TABARELLI1
AMANDA DANTAS DE OLIVEIRA1
ANDRÉ LUIZ MISSIO1
ANGELA AZEVEDO DE AZEVEDO1
CRISTIAN DA CONCEIÇÃO GOMES
DARCI ALBERTO GATTO1
ELIZANDRA DOS SANTOS PAGANI
FABIO HAUBMAN PEREIRA
Felipe Vahl Ribeiro
GABRIEL LOPES INSAURRIAGA
GILSON DE MENDONCA1
GUILHERME DA CRUZ SOARES
GUILHERME HOEHR TRINDADE1
GUSTAVO LUÍS CALEGARO
HEBERT LUIS ROSSETTO1
JOAO PAULO DOS SANTOS SIMAO
KLAUS MACHADO THEISEN1
MATEUS MENEGHETTI FERRER1
MAURIZIO SILVEIRA QUADRO1
NEFTALI LENIN VILLARREAL CARRENO1
NESTOR JOSÉ SILVEIRA DE SILVEIRA
PASCAL SILAS THUE1
RAFAEL BELTRAME1
RAFAEL DE AVILA DELUCIS1
RICARDO RIPOLL DE MEDEIROS1
ROBSON ANDREAZZA1
RODRIGO AVILA DE CASTRO1

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