Valorização da casca do pinhão, um subproduto da semente de Araucaria angustifolia, para produção de materiais poliméricos
The valorisation of agro-forestry residues, namely the ones which do not have commercial value, have attracted the interest of academia and industrials contributing to generate new alternatives in the field of chemicals, materials and energy. The purpose is not only to promote their reuse to generat...
| Autor principal: | Rezende, Stephany Cunha de |
|---|---|
| Formato: | Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação) |
| Idioma: | Português |
| Publicado em: |
Universidade Tecnológica Federal do Paraná
2020
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| Assuntos: | |
| Acesso em linha: |
http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/12631 |
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riut-1-126312020-11-16T13:35:51Z Valorização da casca do pinhão, um subproduto da semente de Araucaria angustifolia, para produção de materiais poliméricos Rezende, Stephany Cunha de Barreiro, Maria Filomena Leimann, Fernanda Vitória Barreiro, Maria Filomena Leimann, Fernanda Vitória Barreiro, Maria Filomena Árvores Biomassa Sustentabilidade Trees Biomass Sustainability CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::TECNOLOGIA QUIMICA The valorisation of agro-forestry residues, namely the ones which do not have commercial value, have attracted the interest of academia and industrials contributing to generate new alternatives in the field of chemicals, materials and energy. The purpose is not only to promote their reuse to generate new value-added products, but also to highlight the production of bio-based products from renewable resources. This is a hot topic for several industrial sectors, namely the agroindustry, where the circular economy is an important factor towards sustainability. In circular economy it is expected that, in a near future, all the wasted products can gain a second life, resulting in both environmental and economic benefits. Araucaria angustifolia is a coniferous tree native of south america, found in the south and southwest of brazil, part of a whole vegetation of the atlantic forest whose seed is known as the brazilian pine-fruit. As a result of brazilian pine-fruit consumption, pine-fruit shell, a lignocellulosic residue with potential to be used as a raw material to produce polymeric materials is generated. In this context, this work comprises the characterization of pine-fruit shell and their subsequent use to produce polyols trough an oxypropylation process. Two different alternatives have been followed: (i) total oxypropylation to produce liquid polyols and (ii) partial oxypropylation to produce biphasic polyols (liquid polyols reinforced with biomass of the same nature). The first polyols were characterized and their properties compared with equivalent products to draw some of possible applications. The second ones were tested to produce composite materials by hot pressing. The pine-fruit shell was characterized in relation to the ash content and moisture, 1.7 and 5.0%, respectively, and lignocellulose content, which was obtained values of 26.9% cellulose, 13.8% hemicellulose, 40.7% of holocellulose (cellulose and hemicellulose), 34.6% insoluble lignin and soluble lignin 0.4%. Moreover, for extractable, the shell presented 5.9% in the extraction with methanol and 6.9% in the extraction with water, indicating majority amounts of hydroxylated substances and polar components compared with nonpolar components (extraction with hexane and dichloromethane). The oxypropylation was conducted in a pressure reactor equipped with a controller for monitoring temperature, pressure and stirring speed. The set point (target value to which the system is heated) was 160 °c, and 12 polyols containing unreacted Pine-fruit shell residues between 3.6-77.4%, an homopolymer content ranging from 4.4- 64.5% and an hydroxyl index comprised between 258.2-607.1 mg koh/g, were produced. Regarding the viscosity, polyols having low pine-fruit shell/propylene oxide (cp/op) ratios (10/90) had viscosities below of 5.0 pa.s at 20 °c. The partial oxypropylation was fulfilled with set point of 135 and 150 °c, using different cp/op ratios, with koh contents of 5 and 10%. The assays with a cp/op ratio of 33.3/66.7 (m/v) using a set point of 135 °c resulted in compact materials, with good proportions of oxypropylated material and binding between the parts. The assays with a cp/op ratio of 25/75 (w/v), also with set point of 135 °c, showed the best binding characteristics and proportions of oxypropylated material/non oxypropylated material representing suitable conditions for the partial oxypropylation reaction having in view incorporation into composite materials. A valorização de resíduos agroflorestais, nomeadamente os que não têm valor comercial, têm atraído o interesse de académicos e industriais contribuindo para gerar novas alternativas na área dos produtos químicos, materiais e energia. O objetivo é não só promover a sua reutilização para gerar produtos de valor acrescentado, mas também a de destacar a produção de produtos de base biológica a partir de recursos renováveis. Este é um tema de interesse para vários setores industriais, nomeadamente as agroindústrias, onde a economia circular é cada vez mais um fator necessário à sustentabilidade. Na economia circular espera-se que no futuro todos os produtos condenados ao lixo possam renascer para uma segunda vida, resultando em benefícios ambientais e económicos. Araucaria angustifolia é uma árvore conífera nativa da américa do sul, encontrada no sul e sudoeste do brasil, faz parte da vegetação da mata atlântica sendo a sua semente conhecida por pinhão brasileiro. Resultante do consumo do pinhão brasileiro para fins alimentares, surge como resíduo a casca do pinhão, um resíduo lenhocelulósico com potencial para ser usado como matéria-prima para a produção de materiais poliméricos. Neste contexto, este trabalho inclui a caracterização da casca de pinhão brasileiro e a sua posterior utilização para a produção de polióis através de um processo de oxipropilação. Foram seguidas duas alternativas: (i) oxipropilação total para produzir polióis líquidos e (ii) oxipropilação parcial para produzir polióis bifásicos (poliol líquido reforçado com biomassa da mesma natureza). Os primeiros foram caracterizados e as suas propriedades comparadas com outros produtos semelhantes para prever as utilizações mais adequadas para os produtos obtidos. Os segundos foram utilizados para produzir materiais compósitos por prensagem a quente. A casca de pinhão foi caracterizada em relação ao teor de cinzas e humidade, 1,7 e 5,0%, respetivamente e, conteúdo lenhocelulósico, para o qual se obtiveram valores de 26,9% de celulose, 13,8% de hemiceluloses, ou seja, 40,7% de holocelulose (celulose e hemiceluloses), 36,2% de lenhina insolúvel e 0,4% lenhina solúvel. Além disso, para os extratáveis, a casca apresentou 5,9% na extração com metanol e 6,9% na extração com água, indicando quantidades maioritárias de substâncias hidroxiladas e componentes polares, comparativamente aos componentes mais apolares (extração com hexano e diclorometano). A oxipropilação foi realizada num reator de pressão equipado com um controlador destinado à monitorização da temperatura, pressão e velocidade de agitação. A temperatura de set point (valor máximo até o qual é feito o aquecimento) utilizada foi de 160 ºc e foram produzidos 12 polióis com teor de biomassa (base no substrato) entre 3,6 e 77,4%, teor de homopolímero variando de 4,4 a 64,5% e índice de hidroxilo de 258,2 a 607,1 mg koh/g. Em relação à viscosidade, os polióis com razões casca de pinhão/óxido de propileno (cp/op) baixas (10/90) apresentaram viscosidades inferiores a 5,0 pa.s a 20 ºc. A oxipropilação parcial foi realizada usando temperaturas de set point de 135 e 150 ºc, utilizando diferentes proporções de cp/op e percentagens de catalisador koh de 5 e 10%. Os ensaios com razão cp/op de 33,3/66,7 (m/v) com set point de 135 ºc resultaram em materiais compactos, com boas proporções de material oxipropilado e ligação das partes, porém os ensaios com razão cp/op de 25/75 (m/v) também com set point de 135 ºc, apresentaram as melhores características de ligação e proporções de material oxipropilado/material não oxipropilado, demonstrando boas condições para a reação de oxipropilação parcial para incorporação em materiais compósitos. 2020-11-16T13:35:51Z 2020-11-16T13:35:51Z 2016-07-21 bachelorThesis REZENDE, Stephany Cunha de. Valorização da casca do pinhão, um subproduto da semente de Araucaria angustifolia, para produção de materiais poliméricos. 2016. Trabalho de conclusão de curso (Bacharelado em Engenharia de Alimentos) – Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Bragança, 2016. http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/12631 por openAccess application/pdf Universidade Tecnológica Federal do Paraná Medianeira Brasil Engenharia de Alimentos UTFPR |
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Árvores Biomassa Sustentabilidade Trees Biomass Sustainability CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::TECNOLOGIA QUIMICA |
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The valorisation of agro-forestry residues, namely the ones which do not have commercial value, have attracted the interest of academia and industrials contributing to generate new alternatives in the field of chemicals, materials and energy. The purpose is not only to promote their reuse to generate new value-added products, but also to highlight the production of bio-based products from renewable resources. This is a hot topic for several industrial sectors, namely the agroindustry, where the circular economy is an important factor towards sustainability. In circular economy it is expected that, in a near future, all the wasted products can gain a second life, resulting in both environmental and economic benefits. Araucaria angustifolia is a coniferous tree native of south america, found in the south and southwest of brazil, part of a whole vegetation of the atlantic forest whose seed is known as the brazilian pine-fruit. As a result of brazilian pine-fruit consumption, pine-fruit shell, a lignocellulosic residue with potential to be used as a raw material to produce polymeric materials is generated. In this context, this work comprises the characterization of pine-fruit shell and their subsequent use to produce polyols trough an oxypropylation process. Two different alternatives have been followed: (i) total oxypropylation to produce liquid polyols and (ii) partial oxypropylation to produce biphasic polyols (liquid polyols reinforced with biomass of the same nature). The first polyols were characterized and their properties compared with equivalent products to draw some of possible applications. The second ones were tested to produce composite materials by hot pressing. The pine-fruit shell was characterized in relation to the ash content and moisture, 1.7 and 5.0%, respectively, and lignocellulose content, which was obtained values of 26.9% cellulose, 13.8% hemicellulose, 40.7% of holocellulose (cellulose and hemicellulose), 34.6% insoluble lignin and soluble lignin 0.4%. Moreover, for extractable, the shell presented 5.9% in the extraction with methanol and 6.9% in the extraction with water, indicating majority amounts of hydroxylated substances and polar components compared with nonpolar components (extraction with hexane and dichloromethane). The oxypropylation was conducted in a pressure reactor equipped with a controller for monitoring temperature, pressure and stirring speed. The set point (target value to which the system is heated) was 160 °c, and 12 polyols containing unreacted Pine-fruit shell residues between 3.6-77.4%, an homopolymer content ranging from 4.4- 64.5% and an hydroxyl index comprised between 258.2-607.1 mg koh/g, were produced. Regarding the viscosity, polyols having low pine-fruit shell/propylene oxide (cp/op) ratios (10/90) had viscosities below of 5.0 pa.s at 20 °c. The partial oxypropylation was fulfilled with set point of 135 and 150 °c, using different cp/op ratios, with koh contents of 5 and 10%. The assays with a cp/op ratio of 33.3/66.7 (m/v) using a set point of 135 °c resulted in compact materials, with good proportions of oxypropylated material and binding between the parts. The assays with a cp/op ratio of 25/75 (w/v), also with set point of 135 °c, showed the best binding characteristics and proportions of oxypropylated material/non oxypropylated material representing suitable conditions for the partial oxypropylation reaction having in view incorporation into composite materials. |
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REZENDE, Stephany Cunha de. Valorização da casca do pinhão, um subproduto da semente de Araucaria angustifolia, para produção de materiais poliméricos. 2016. Trabalho de conclusão de curso (Bacharelado em Engenharia de Alimentos) – Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Bragança, 2016. |
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