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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/3989| Título: | Desenvolvimento de espumas para isolamento térmico a partir de resíduos de vidro e hidróxido de sódio |
| Título(s) alternativo(s): | Development of foams for thermal insulation from waste glass and sodium hydroxide |
| Autor(es): | Silva, Robson Couto da |
| Orientador(es): | Tebcherani, Sergio Mazurek |
| Palavras-chave: | Resíduos de vidro Vidro - Produtos Soda cáustica Vapor d'água Isolamento térmico Glass waste Glassware Sodium hydroxide Steam Insulation (Heat) |
| Data do documento: | 14-Mar-2019 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Ponta Grossa |
| Citação: | SILVA, Robson Couto da. Desenvolvimento de espumas para isolamento térmico a partir de resíduos de vidro e hidróxido de sódio. 2019. 105 f. Tese (Doutorado em Engenharia de Produção) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Ponta Grossa, 2019. |
| Resumo: | O crescimento da população mundial e o consumo acelerado de bens geram escassez de energia e uma grande quantidade de passivos ambientais. Com isso, os setores de pesquisa, desenvolvimento e inovação devem considerar os aspectos ecológicos em seus estudos. Uma alternativa para isso é o reaproveitamento dos resíduos para novas aplicações. Destacam-se, para tanto, os resíduos de vidro. Devido a suas composições químicas, os resíduos de vidro podem ser empregados como matérias-primas em diversos setores industriais, como por exemplo, na fabricação de espumas de vidro. Em virtude de sua elevada porosidade, as espumas de vidro podem ser utilizadas em diferentes segmentos, tais como: filtragem, biomateriais e isolamento térmico. Porém, durante a fabricação das espumas de vidro os agentes de expansão convencionais, liberam gases prejudiciais à atmosfera. Dessa forma, visou-se nesse trabalho a obtenção de espumas de vidro destinadas a isolamento térmico por uma rota que eliminasse esse revés para colaborar na viabilização comercial do produto. O entendimento tanto do mecanismo reacional quanto das variáveis de processo foi necessário para o desenvolvimento e aperfeiçoamento das propriedades do material sintetizado. As espumas de vidro foram obtidas a partir de resíduos de vidro tipo soda-cal como base da composição, juntamente com hidróxido de sódio (agente de expansão) e bórax pentahidratado (agente de fluxo). Os produtos foram caracterizados pelo método de Arquimedes, análise térmica diferencial, termogravimetria assistida de espectroscopia de massa, dilatometria ótica, difração de raios X, espectroscopia na região do infravermelho e microscopia eletrônica de varredura. Dois planejamentos fatoriais foram necessários para verificar as influências da composição e dos parâmetros de processamento nas propriedades do material. As medidas de condutividade térmica foram realizadas a partir do gradiente de temperatura entre duas placas, seguindo a Lei de Fourier. Foi possível verificar que, quando a composição atingiu sua temperatura de transição vítrea (587 oC) cristalizou-se uma fase hidratada de silicato de cálcio e sódio. Ao atingir-se a temperatura de amolecimento (686 oC), o vapor de água liberado pela desidratação dessa fase promoveu a expansão do material. Formou-se então uma nova fase chamada de devitrita, a qual ficou estável até o final do ciclo de sinterização. Obtiveram-se espumas de vidro a 750 oC com densidade geométrica de 0,135 g/cm3 e porosidade total de 92,37%, sendo a temperatura de espumação e as proporções de hidróxido de sódio e bórax os principais parâmetros de controle do processo. A condutividade térmica medida variou entre 0,046 e 0,061 W/m.oC. Assim, os resultados demonstraram que o vapor de água é o único gás envolvido na espumação, corroborando com o caráter ecologicamente correto do desenvolvimento. Finalmente, permitiu-se inferir que as espumas de vidro a partir de resíduos de vidro e hidróxido de sódio apresentam potencial para aplicação como isolantes térmicos. |
| Abstract: | World population growth and a faster consumption of goods bring energy shortage and a lot of environmental liabilities. Thereby, research, development and innovation sectors must consider the ecological aspects in their studies. Reuse of wastes for new applications is an alternative route to solve this issue and glass wastes stand out in this aspect. Due to their chemical compositions, glass waste can be used as raw materials in several industrial sectors, for example in the manufacture of glass foams. Due their high porosity, glass foams can be used in different ways, such as filtration, biomaterials and thermal insulation. However, during the glass foams manufacturing, conventional foaming agents release pollutants gases into the atmosphere. Thus, the aim of this work was to obtain glass foams for thermal insulation application by a route that eliminates such a problem. Firstly, a study was carried out to understand the reaction mechanism and the process variables in order to know the essential information for the development and later to evaluate the properties of the synthesized material. In this research, soda-lime glass waste was used as composition bottom, along with sodium hydroxide (foaming agent) and borax pentahydrate (flow agent). Glass foams were characterized by Archimedes method, differential thermal analysis, thermogravimetry analysis combined with mass spectroscopy, optical dilatometry, X - ray diffraction, infrared spectroscopy and scanning electron microscopy. Two factorial designs were performed in order to evaluate the influences of composition and of processing parameters on material properties. Thermal conductivity measurements were performed from the temperature gradient between two plates, following the Fourier Law. Results showed that at the glass transition temperature (587 oC), the crystallization of a hydrated sodium and calcium silicate phase was observed. When the composition was heated to a temperature above the softening point (686 oC), the foaming occurred due to steam released from the hydrated sodium and calcium silicate and a new phase called devitrite was formed. Such a phase remained stable until the end of the sintering cycle. Glass foams with geometric density of 0.135 g/cm3 and total porosity of 92.37% were obtained at 750 °C. Foaming temperature and amounts of sodium hydroxide and borax were the main process control parameters. Thermal conductivity varied from 0.046 to 0.061 W/m.oC. Thus, results showed that steam is the only gas involved in the foaming process, which indicates the proposed approach is environmentally friendly. Finally, glass foams from glass waste and sodium hydroxide present potential for application as thermal insulation. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/3989 |
| Aparece nas coleções: | PG - Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Produção |
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