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Título: Development of bio- and eco-composites for the footwear industry
Autor(es): Santos, Palloma Carvalho dos
Orientador(es): Pietrobelli, Juliana Martins Teixeira de Abreu
Palavras-chave: Materiais compostos
Adesivos
Biomassa
Calçados
Composite materials
Adhesives
Biomass
Boots
Data do documento: 28-Nov-2018
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Ponta Grossa
Citação: SANTOS, Palloma Carvalho dos. Development of bio- and eco-composites for the footwear industry. 2018. 104 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Engenharia Química) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Ponta Grossa, 2018.
Resumo: A evolução da consciência ambiental dos consumidores, aliada à procura por bioprodutos, constituiu um desafio para o setor do calçado. Neste contexto, o desenvolvimento de novos compósitos, baseados em materiais naturais e adotando processos produtivos verdes, é uma área de grande interesse. Com base nesta motivação, o presente trabalho visa desenvolver compósitos de cortiça onde o ligante tóxico à base de TDI, tradicionalmente usado na aglomeração da cortiça, é substituído por um adesivo aquoso de poliuretano reforçado com um extrato de Melissa officinalis L. O trabalho foi dividido em três etapas. A primeira foi dedicada à síntese dos adesivos aquosos de poliuretano (PUD) seguindo o método do pré- polímero modificado. Três adesivos foram produzidos, nomeadamente uma formulação sem adição de extrato, e duas formulações incorporando o extrato hidrofílico de Melissa officinalis L., com teores de 3 e 5% (m/m, base pré-polímero). Na segunda etapa, os compósitos de cortiça foram produzidos utilizando adesivos num teor de 20, 30 e 40% (m/m, base cortiça, massa do adesivo baseado no teor de sólidos). A fase final visou a produção de compósitos de cortiça (teor de adesivo 30%) adicionados com resíduos de biomassa (bagaço de cana (CA), bagaço de malte (MA), fibras de coco (CO) e sementes de chia (CH), com teores de 5 e 10% (m/m, base cortiça). Os resultados obtidos apontam para a viabilidade da utilização de PUDs para substituir os ligantes baseados em TDI, o que também agregou várias vantagens. Foi identificado um incremento substancial da capacidade de absorção de água, particularmente quando os adesivos continham o extrato. Observou-se que todos os compósitos produzidos cumprem o valor imposto de 70 mg/cm2. Para a capacidade de dessorção de água, e com exceção do compósito produzido com o adesivo adicionado com 5% de extrato a um teor de 20%, todos os adesivos ficaram abaixo do limite de 80%. Isto significa que a natureza hidrofílica do adesivo aumenta o tempo de secagem do compósito. Quanto à estabilidade dimensional, quase todos os compósitos produzidos apresentaram uma retração inferior ou próxima de 2%. Os resultados evidenciaram também um aumento da flexibilidade do filme devido à incorporação do extrato. A adição de biomassa resultou na diminuição da capacidade de adsorção e dessorção de água, contudo muito próximas das obtidas para os correspondentes compósitos base. Em relação aos valores de retração e flexibilidade, de uma forma geral foram alcançados melhores resultados. Em termos de flexibilidade, as biomassas que conduzem aos melhores resultados foram as CA, CO ou CH num teor de 5% combinado com o adesivo PU3C a um teor de 30%.
Abstract: The evolution of consumers' environmental awareness, allied to the demand for bioproducts, is considered a challenge for the footwear sector. In this context, the development of novel composites, based on natural materials and by adopting green productive processes, is an area of great interest. Based on this motivation, the present work aims to develop cork composites where the toxic TDI-based binder traditionally used for cork agglomeration, is substituted by an aqueous water-based polyurethane adhesive reinforced with Melissa officinalis L. extract. The work was divided into three stages. The first one was dedicated to the synthesis of water-based polyurethane adhesives (PUD) following a modified pre-polymer method. Three adhesives were produced, namely a formulation with no added extract, and two formulations incorporating Melissa officinalis L. hydrophilic extract, at contents of 3 and 5% (w/w, prepolymer-basis). In the second stage of this study, based cork composites were produced using adhesives at contents of 20, 30 and 40% (w/w, corkbasis, adhesive weight based on its solids content). The final stage comprised the production of cork composites (30% of adhesives content of the three formulations were used) added with biomass residues (sugarcane bagasse (CA), malt bagasse (MA), coconut fibers (CO) and chia seeds (CH)) at contents of 5 and 10% (w/w, corkbasis). The obtained results pointed out for the viability of using PUDs to substitute the traditionally used TDI-based binders, which also added several advantages. Namely, a remarkable increment of the water absorption capacity was identified, particularly when the adhesives were incorporated with the extract. It was observed that all the produced composites fulfill the imposed value of 70 mg/cm2. For the water desorption capacity, and with the exception of the composite produced with the adhesive added with 5% of extract at a content of 20%, all of the adhesives were below to the limit of 80%. This means that the adhesive hydrophilic nature lead to an increase of the composite drying time. Regarding the dimensional stability, almost all the produced composites presented shrinkage lower or close to 2%. The results evidenced also the increasing of film’s flexibility due to the extract incorporation. In a general way, the adding of biomasses results in the decrease of both water adsorption and desorption properties, even very close to the corresponding base-composites. Concerning shrinkage values, and flexibility, better results were generally achieved. Namely, in terms of flexibility, the biomasses conducting to the best results were CA, CO or CH at contents of 5% combined with the PU3C adhesive at a content of 30%.
Descrição: O presente trabalho é resultado de um convênio de dupla diplomação com o Instituto Politécnico de Bragança
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/16469
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