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Tesis Doctoral
DOI
10.11606/T.88.2004.tde-25112014-165852
Documento
Autor
Nombre completo
Salete Kiyoka Ozaki
Instituto/Escuela/Facultad
Área de Conocimiento
Fecha de Defensa
Publicación
São Carlos, 2004
Director
Tribunal
Souza, Milton Ferreira de (Presidente)
Andrade, Mara Zeni
Calil Junior, Carlito
Curvelo, Antonio Aprigio da Silva
Mei, Lucia Helena Innocentini
Título en portugués
Compósitos biodegradáveis de resíduos de madeira - PVA modificado por anidrido ftálico
Palabras clave en portugués
Biodegradação
Fungos da podridão mole
Poli (álcool-vinílico)
Resumen en portugués
Os polímeros sintéticos compõem cerca de 20% do lixo urbano no Brasil. Além da não biodegradabilidade, formam uma camada impermeabilizante que impede a passagem de líquidos e gases originados no apodrecimento dos detritos, retardando a estabilização da matéria orgânica. A exploração da madeira produz uma grande quantidade de rejeitos que não são inteiramente aproveitados para gerar energia ou outros produtos, e acarreta sérios problemas ambientais. A finalidade deste trabalho é a produção de compósitos biodegradáveis reunindo rejeitos de madeira e um polímero biodegradável - o poli (álcool vinílico) [PVA]. Para facilitar a degradação do PVA, este foi modificado por anidrido ftálico (AF). A modificação foi estudada através de tempo de gelatinização, calorimetria exploratória diferencial (DSC) e análise termomecânica dinãmica (DMTA). Resíduos da madeira Sugi (Criptomeria japonica) foram refinados até a obtenção de uma farinha com partículas menores que 63 µ m. Esta farinha foi adicionada ao meio de reação AF/PVA. As proporções de AF e PVA, bem como os parâmetros utilizados na prensagem foram determinados segundo um planejamento estatístico fatorial. Os compósitos foram moldados a quente (180 C e 50 MPa). Variando-se a proporção AF/PVA, compósitos com valores de módulo de elasticidade (MOE) de ˜10 GPa e módulo de ruptura (MOR) de ˜90 MPa na flexão foram obtidos. Os valores são inferiores aos apresentados pelo polímero puro, seco e sem plasticizante (acima de 152 MPa), porém superiores às placas de madeira reconstituída de MDF e OSB, disponíveis comercialmente, que apresentam valores de MOR em torno de 49 MPa. A degradação por microorganismos foi avaliada pelo ensaio de soterramento utilizando uma adaptação do método para avaliar a resistência de materiais lignocelulósicos aos fungos da podridão mole (Publicação IPT No. 1157 D5). Os fungos da podridão mole que ocorreram naturalmente nos compósitos foram isolados e identificados segundo a técnica do microcultivo. O gênero mais frequente foi o celulolítico Trichoderma spp. e o mais degradador foi o Chaetomium spp. As mudanças na estrutura e na morfologia dos compósitos foram estudadas através de espectroscopia de infravermelho (IR) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). As perdas de massa e das propriedades mecânicas foram monitoradas em intervalos pré-estabelecidos. Compósitos com altas concentrações de AF apresentaram biodegradabilidades superiores à da madeira maciça de Pinus sp. e levemente inferiores à da madeira de Eucalyptus grandis, utilizadas como referências. A biodegradabilidade se deve à facilidade dos grupos ésteres, dos ftalatos de PVA e de celulose, de serem hidrolizados e de regenerar o ácido ftálico. Mesmo sob hidrólise enzimática, a estrutura PVA-AF-celulose, que forma ligações cruzadas entre microfibrilas de celulose, não se desintegra, conservando as propriedades mecânicas por muito tempo. Estas se mantêm superiores, ao término de 180 dias de exposição, às da madeira maciça de Sugi antes de entrar no processo de biodegradação. Uma correlação entre a estrutura, as propriedades físicas e mecânicas, e a taxa de biodegradação dos compósitos de rejeitos de madeira-PVA foi estabelecida.
Título en inglés
Biodegradable composites from waste wood-poly (vinyl alcohol) modified by phthalic anhydride
Palabras clave en inglés
Biodegradation
Poly (vinyl alcohol)
Soft rot fungi
Resumen en inglés
Synthetic polymers constitute around 20% of urban solid waste in Brazil. Besides being non-biodegradable, they form an impermeable barrier that prevents the liberation of liquids and gas originated in the waste deterioration, retarding organic matter stabilization. The wood industry produces large amounts of waste wood which is not entirely utilized to produce energy or other products, and it brings several environmental problems. The aim of this study is the production of an environmentally friendly wood-based product composed of waste wood and poly (vinyl alcohol) [PVA]. PVA is the most widely produced water soluble and biodegradable synthetic polymer worldwide. However, PVA degradation in aqueous and soil environments has proved to be quite slow under unadapted conditions. To accelerate its degradation, the PVA has been modified by phthalic anhydride (AF). These modifications have been studied by means of gelation time, Differential Scanning Calorimetry (DSC) and (Dynamic Mechanical Thermal Analysis (DMTA). Sugi (Criptomeria japonica) flour (particles size ‹ 63 µm) has been obtained by milling waste samples. Wood flour has been added into AF/PVA reaction medium. AF and PVA ratios and pressing conditions have been set by factorial design. The final pressing temperature and pressure have been set as 180 °C and 50MPa respectively. Varying AF/PVA ratios, composites presenting modulus of elasticity (MOE) values of ˜10GPa and modulus of rupture (MOR) of ˜90 MPa have been obtained. The MOR values are lower than that presented by the pure, dry, no plasticized PVA (higher than 152 MPa), but they are higher than commercial MDF (medium density fiberboard) and OSB (oriented strand board) of around 49 MPa. Degradation by microorganisms has been performed by soil burial test (method adapted from IPT Edition No. 1157 D5). Naturally occurring soft rot fungi have been isolated and identified according to micro cultivation techniques. Most frequent genus has been the cellulolytic Trichoderma spp. and most degrader has been Chaetomium spp. Changes in the composites microstructures and morphology throughout the biodegradation process have been studied by IR and SEM and decreasing in the mechanical properties monitored. The weight Ioss shown by composites with high AF concentration has been higher than the softwood Pinus sp. and comparable to the hardwood Eucalyptus grandis, utilized as witnesses. Even under enzymatic hydrolysis, the PVA-AF-cellulose structure has been only slightly broken, preserving considerable mechanical properties that remain superior to solid Sugi before entering any biodegradation process, even after 180 days of exposure. A correlation has been established between the structure, physical and mechanical properties and biodegradation rate of waste wood-PVA composites
 
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Fecha de Publicación
2014-11-26
 
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