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Tese de Doutorado
DOI
https://doi.org/10.11606/T.11.2019.tde-12122019-162647
Documento
Autor
Nome completo
Aline Maria Faria Cerchiari
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
Piracicaba, 2019
Orientador
Banca examinadora
Garcia, José Nivaldo (Presidente)
Bortoletto Junior, Geraldo
Lima, Israel Luiz de
Santos, Francisco José dos
Título em português
Produção sustentável de poliuretano à base de óleo de mamona e potenciais aplicações na colagem e impermeabilização de madeiras de reflorestamento
Palavras-chave em português
Absorção de água
Aditivo
Extração a frio
Propriedades mecânicas
Ressonância magnética nuclear
Tecnologia de sementes
Resumo em português
A busca por produtos de alta performance, juntamente com a necessidade de desenvolver produtos com baixo impacto ambiental e de processos relativamente pouco sofisticados desencadeou o desenvolvimento dessa pesquisa, onde objetivou-se melhorar o processo de produção do poliuretano à base de óleo de mamona, em laboratório piloto. Iniciou-se com a produção/coleta/seleção das sementes de mamona, passando pelo processo de extração a frio de seus óleos, até a utilização benéfica dos aditivos produzidos, de melhor composição química para uso em madeira lamelada colada (MLC). Caracterizou-se morfologicamente as sementes provenientes da variedade Guarani e de várias outras desconhecidas e intituladas, no conjunto, como variedade selvagem. O peso e volume da semente selvagem foi maior do que da semente Guarani, mas foi observado, em análises de ressonância magnética nuclear, o mesmo teor de óleos para os dois tipos de sementes. A temperatura ideal para extração de óleo das sementes de mamona foi de 103±2°C. Após extraídos, os óleos de ambas as variedades foram caracterizados quanto ao índice de acidez, índice de hidroxila, densidade e perfil cromatográfico. O óleo proveniente da semente selvagem apresentou maior índice de acidez que o valor observado no óleo comercial. Para o poliuretano na função adesivo, a variável analisada foi a resistência ao cisalhamento paralelo (fvg0). O tempo mínimo de prensagem quando utilizado poliuretano de mamona produzido em escala laboratorial foi de 48 h para máxima resistência mecânica das juntas coladas. A máxima gramatura aplicada do poliuretano na união de duas peças de madeira foi de 200g.m-2. Realizou-se um estudo exploratório com 15 tipos de aditivos nas sínteses de poliuretanos com óleo comercial e aditivos como fibras de madeira, goma-laca, glicerina e solução com KOH, selecionados para serem utilizados na composição do poliuretano produzido com óleos extraídos no laboratório. Foi possível produzir poliuretano de mamona a partir de sementes selvagens e Guarani, sem aditivos para a espécie P. caribaea e E. urophylla. Para a espécie C. citriodora, os resultados de resistência foram relativamente baixos, por influência de características da espécie. O poliuretano a base de mamona, produzido segundo a razão molar de metade daquela usada na síntese do adesivo, foi avaliado como impermeabilizante através de testes de absorção de água. A taxa de absorção de água em 268 horas de imersão foi extremamente baixa. Os poliuretanos sintetizados com óleo comercial e de sementes selvagens, testados como impermeabilizante nas madeiras de P. caribaea e C. citriodora apresentaram alta capacidade de impermeabilização e foram melhores do que dois impermeabilizantes comerciais utilizados como referência. A taxa de absorção de água pela madeira de Pinus foi de apenas 0,0075 g de água/hora em imersão total, contra a taxa de absorção de 0,0485 ocorrida na madeira tratada com impermeabilizante comercial. Para o C. citriodora, a taxa de absorção foi de 0,0032 g de água/hora na madeira tratada com o PU de óleo comercial e selvagem, equivalente ao impermeabilizante comercial.
Título em inglês
Sustainable production of castor oil-based polyurethane and potential applications in adhesion and waterproofing of reforestation woods
Palavras-chave em inglês
Additive
Cold extraction
Mechanical properties
Nuclear magnetic resonance
Seed technology
Water absorption
Resumo em inglês
The pursuit of high performance products, along with the need to develop products with low environmental impact and relatively unsophisticated processes, triggered the development of this research, which aimed to improve the production process of castor oil- based polyurethane in pilot laboratory. It started with the production/collection/selection of castor seeds through cold extraction of their oils until the beneficial use of additives of better chemical composition for use in Glulam. Seeds of the Guarani variety and several others unknown and characterized as a wild variety were morphologically characterized. Weight and volume of wild seed were higher than that of Guarani seed; however, the same oil content for both seed types was observed in nuclear magnetic resonance analysis. The ideal temperature for oil extraction from castor seeds was 103±2°C. After extraction, oils of both varieties were characterized by the acidity index, hydroxyl index, density, and chromatographic profile. Oil from wild seed presented higher acidity index than the commercial oil. For the adhesive function of polyurethane, shear strength in parallel to the grain (fvg0) was the variable analyzed. The minimum pressing time, using castor polyurethane at laboratory scale, was 48 h for maximum mechanical strength of glued joints. The maximum polyurethane applied at the union of two pieces of wood was 200g.m-2. An exploratory study was conducted with 15 types of additives in the synthesis of polyurethanes with commercial oil and additives, such as wood fibers, shellac, glycerin, and KOH solution, selected for the composition of polyurethane produced with oils extracted in laboratory. It was possible to produce castor polyurethane from wild and Guarani seeds without additives for species P. caribaea and E. urophylla. For C. citriodora, the resistance results were relatively low, due to the influence of species characteristics. Castor oil-based polyurethane, produced at a half-molar ratio of that used in the adhesive synthesis, was evaluated as waterproofing by water absorption tests. The water absorption rate at 268 h of immersion was extremely low. The polyurethanes synthesized with commercial oil and wild seeds, tested as a waterproofer in the woods P. caribaea and C. citriodora, showed high waterproofing capacity and were better than two commercial waterproofing materials used as reference. The water absorption rate by Pinus wood was only 0.0075 g of water/hour in total immersion, compared to the absorption rate 0.0485 in wood treated with commercial waterproofing. For C. citriodora, the absorption rate was 0.0032 g of water/hour in wood treated with commercial and wild oil polyurethane, equivalent to commercial waterproofing.
 
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Data de Liberação
2021-12-11
Data de Publicação
2019-12-18
 
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