O reaproveitamento é uma prática que gera uma série de vantagens sociais, econômicas e ecológicas para o desenvolvimento do país.
Impacto da cana de açúcar no Brasil
Os compósitos de fibras naturais são produtos conhecidos em diversas partes do mundo, porém sua utilização ainda é relativamente restrita no Brasil, em conseqüência da falta de uma política de informações a respeito de suas estruturas e propriedades para reaproveitamento. Fibras lignocelulósicas apresentam elevada relação comprimento/espessura, o que contribui para a biodegradação e a continuidade do ciclo ecológico.
A cana-de-açúcar produz uma quantidade enorme de resíduo, sendo um parâmetro relevante nesse estudo.
O bagaço de cana-de-açúcar ainda é um resíduo de baixa exploração no Brasil. Sua composição é dada com aproximadamente 60% de fibras, 30% de medula e 10% de partículas finas e materiais solúveis, sendo, quimicamente, o bagaço in natura composto por 44,5% de fibras lignocelulósicas, 50% de umidade, 2,5% de sólidos solúveis em água e 3,0% de teor de cinzas, o que implica em alterações na fase inicial da industrialização do bagaço, que devem ser promovidas com o objetivo de separar a medula da fração fibrosa, para a confecção de chapas de fibras e de aglomerados.
O OSB (Oriented Strand Board ) é um tipo de derivado de madeira de concepção técnica avançada, constituído por lâminas de madeira ou similar (partículas longas, largas e finas) unidas com uma resina sintética, prensadas em camadas. Em geral, nas camadas exteriores as partículas estão dispostas longitudinalmente em relação ao comprimento da placa, enquanto que nas camadas intermédias estão dispostas perpendicularmente a essa dimensão.
As Chapas de partículas orientadas ou OSB originou-se do processo de fabricação do “waferboard”, chapas produzidas com partículas dispostas aleatoriamente, por volta dos anos 70. Contudo, sua aceitação efetiva no mercado de painéis se deu a partir de 1978, substituindo outros painéis na construção residencial. Atualmente os Estados Unidos e o Canadá estão organizando normas para usos semelhantes a alguns painéis como o compensado e painéis à base de partículas.
Este trabalho tem como objetivo verificar no resíduo sua temperatura até a decomposição, avaliar a densidade do particulado de bagaço de cana como compósito de partículas longas, sua adesão interna, e sua eventual utilização futura.
O material utilizado nesta avaliação foi o resíduo de cana-de-açúcar denominado de “bagaço” oriundo de moedeiras localizada nas proximidades da cidade de São Carlos-SP.
A resina utilizada, a poliuretana do óleo de mamona, tipo bi-componente, tempo de reação de 25 minutos. Esta resina, I201(impermeabilizante que utiliza traço de 1:2, sendo uma parte de pré-polímero a base de diisocianato e duas partes de poliól), é de cura a frio, que pode ser acelerada para este tipo de matriz a uma temperatura desde ambiente até 90ºC.
Tratamento
O processo de secagem artificial é feito em estufa por 16 horas a uma temperatura de 60ºC. Temperatura onde se verifica nenhuma anomalia ao material em analise, pois acima desta temperatura há uma perda de águas que poderiam causar desequilíbrio em sua forma estrutural primaria. “In natura” o bagaço é bastante úmido e com teor de sacarose de 45% do seu peso.
Logo após tratamento e secagem o material chega a atingir 3 à 4% de teor de umidade e 97 à 96% de teor de sólidos.
Após secagem o bagaço é preparado para obtenção do particulado, sendo cortados em comprimentos similares e adequados.
O processo de mistura é relativo ao grau de compactação deste resíduo estando nos padrões utilizados para fabricação de oriented strand board (OSB) em escala industrial. O bagaço de cana oferece uma variada opção de uso, pois tem uma fibra de baixa densidade e baixo custo. Na mistura da confecção deste trabalho, utilizou-se resina poliuretana a base de óleo de mamona, na proporção 1:2 e resíduo tipo bagaço de cana na proporção de compactação e densidade desejada. Após mistura o material foi submetido à prensagem em prensa a quente obedecendo a características térmicas deste material.
Na analise de características térmicas foram levadas em consideração às características do bagaço de cana de açúcar e da resina poliuretana a base de mamona aplicada.
Verificou-se o comportamento adequado desde a temperatura ambiente até 60°C, acima desta temperatura ocorre a perda de água livre até 75°C, depois deste ponto, verifica-se o início de uma reação que poderia ser a ebulição em torno dos 100°C, logo após deu-se início a perda de água de decomposição próxima de 125°C, observando o início de decomposição da estrutura do bagaço a 200°C e a partir desta temperatura iniciando o processo de queima total do resíduo.
Com base nestas informações primárias definimos para temperatura de prensagem das partículas longas o ponto a 90°C, pois se encontra dentro dos padrões térmicos aceitáveis para relação bagaço/resina.
Prensagem
Após aplicação da resina, as partículas longas foram colocadas em forma de madeira com orientador de partículas para divisão de camadas. Estas camadas estão divididas em camadas externas e internas. As camadas externas têm obrigatoriamente a mesma orientação, já as camadas internas podem estar ou não orientadas.
Da preparação até a orientação de partículas, leva um tempo de 12 a 15 minutos, tempo de inicio de reação da resina ou gel time da resina a base de mamona. Logo depois de orientadas, as partículas longas são pré-prensadas com o objetivo de distribuir uniformemente a compactação do colchão e depois levando a prensa a quente a temperatura de 90°C e tempo de prensagem de 10 minutos em equipamento tipo prensa hidráulica Marconi MA-98/50, sendo esta temperatura atribuída aceleração de cura da resina e a padrões térmicos do bagaço de cana.
Após a prensagem, formou-se um painel, cada painel foi colocado na posição vertical e mantido nesta posição por trinta dias. Este tempo é necessário para que os painéis estabilizem da temperatura de prensagem a do ambiente, complementando a cura da resina e correlacionando a umidade das faces e o centro da placa.
Os requisitos em termos de valores limites para as propriedades mecânicas dos quatro tipos de OSB definidos na norma EN 300-2000 podem ser resumidos como apresentado na Tabelas 2. Caracteriza-se por teor de umidade no material correspondente a umidade relativa de 65% e a temperatura de 20°C.
Painéis para usos gerais e para componentes para interiores (incluindo mobiliário) para utilização em ambiente seco – Requisitos para as propriedades mecânicas e de inchamento.
Procedimentos a serem seguidos nos ensaios de umidade, densidade, inchamento em espessura e adesão interna:
Ensaio de umidade (EN 322-2000)
Para a determinação do teor de umidade das chapas devem ser retirados corpos-de-prova com um peso mínimo de 20g, sendo que sua forma e dimensões não têm grande importância. No entanto estes não devem conter partículas livres.
Inicialmente os corpos-de-prova devem ser pesados e depois colocados em estufa a uma temperatura de (103 ± 2)oC até atingirem uma massa constante, ou seja, quando duas pesagens sucessivas efetuadas com pelo menos 6 horas de intervalo, não diferem mais de 0,1% em relação a massa do corpo-de-prova.
Depois que os corpos-de-prova forem arrefecidos aproximadamente à temperatura ambiente, eles devem ser pesados novamente e teor de umidade calculado através da Equação (1):
Onde:
H = umidade (%);
ms = massa seca (g);
mv = massa verde ou úmida (g).
Ensaios de densidade (EN 323-2000)
Para a determinação da densidade das chapas devem ser retirados das mesmas, corpos-de-prova de formato quadrado, com os lados medindo 50 mm nominais.
Se necessário os corpos-de-prova devem ser condicionados até massa constante a uma umidade relativa de (65 ± 5) % e a uma temperatura de (20 ± 2) oC. Considera-se massa constante quando os resultados de duas pesagens sucessivas, efetuadas com pelo menos 24 horas de intervalo, não diferirem mais de 0,1% em relação à massa do corpo-de-prova.
Os corpos-de-prova devem ser inicialmente pesados e ter sua espessura t medida no ponto de encontro de suas diagonais. Deve-se medir b1 e b2, em 2 pontos, paralelamente às bordas do corpo-de-prova, ao longo das linhas que passam pelo centro das bordas opostas. A densidade é calculada através da Equação (2):
Onde:
m = massa (g);
t = espessura (cm).
b1 e b2 = dimensões das bordas (cm);
Ensaio de inchamento em espessura – 24h (EN 317-1993)
Para a determinação de inchamento em espessura, após a imersão das chapas em água destilada por 24h devem ser retirados das mesmas corpos-de-prova de formato quadrado com (50 ± 1) mm de aresta.
Devem ser medidas as espessuras dos corpos-de-prova na intersecção das diagonais antes e após a sua imersão em água limpa, com pH 7 ± 1 e temperatura de 20 ± 1 oC e estes devem permanecer cobertos por 25 ± 5 mm de água durante 24h. O inchamento em espessura dado em percentagem é calculado através da Equação:
G = t2 – t1 . 100
Onde:
G = inchamento em espessura 24h (%);
t1 = espessura inicial (mm);
t2 = espessura final após 24h (mm).
Adesão interna (EN 319-1993)
Para a determinação da resistência à tração paralela às faces, ou adesão interna (AI), das chapas devem ser retirados das mesmas corpos-de-prova de formato quadrado, com (50 ± 1) mm de aresta. O equipamento usado para este ensaio será o DARTEC.
São colados suportes de metal nas duas faces dos corpos-de-prova, que posteriormente são tracionados até uma eventual ruptura. A adesão interna (AI) é calculada através da Equação (4).
AI = Fmax
ab
Onde:
AI = Adesão Interna (MPa);
Fmax = força máxima (N);
a = comprimento do corpo-de-prova (mm);
b = largura do corpo-de-prova (mm). A (Área de adesão)= a x b
5. RESULTADOS
O teor de umidade das chapas foi retirado através dos corpos-de-prova com um peso mínimo próximo de 20g, sendo que sua forma e dimensão semelhante aos de adesão interna e sem conter partículas livres.
Os corpos-de-prova foram pesados e depois colocados em estufa a uma temperatura de (103 ± 2)oC até atingirem uma massa constante, ou seja, quando duas pesagens sucessivas efetuadas com pelo menos 6 horas de intervalo, não diferem mais de 0,1% em relação a massa do corpo-de-prova e sendo retirados após 48 horas.
Para a determinação da densidade das chapas foram retirados das mesmas, corpos-de-prova de formato quadrado, com os lados medindo 50 mm nominais. Sendo coletado 12 corpos-de-prova aleatoriamente para umidade e densidade.
Teor de umidade e densidade do compósito de bagaço de cana com 10% de resina.
Sendo obtido uma densidade aparente de 0,566 g/cm³ com teor de umidade de 7,31%.
Inchamento em espessura 24 horas
Em inchamento em espessura, após a imersão em água destilada por 24 horas, retirá-se os corpos de- prova e medindo suas diagonais para analise de inchamento.
O ensaio de inchamento em espessura 24 horas para OSB tem valores entre 12 a 25%. Baseado nestas informações, com relação ao inchamento em espessura o compósito de partículas longas de bagaço de cana apresentou valor médio de (12,19±2,85) estando nos padrões da norma.
Adesão interna
Os corpos-de-prova foram ensaiados em maquina universal DARTEC, de acordo com norma.
Adesão interna do bagaço de cana com 10% de resina.
A adesão interna é influenciada pela relação partículas/resina e seu processo de mistura. No entanto este ensaio obteve um valor de adesão interna médio de 0,24Mpa. O valore obtido para adesão interna em OSB pela EN300 é igual ou superior a 0,28Mpa. Porém atribui-se este resultado ao processo de mistura ser manual e levando em contrapartida perdas em relação ao processo industrial.
O bagaço de cana-de-açúcar tem um largo patamar térmico de sua utilização em resinas e outras aplicações que vai desde a temperatura ambiente até 150°C, com seu inicio de decomposição a 200°C.
Os resultados apontam para aplicação de particulados de bagaço de cana com partículas longas, apresentando tendência de densidade baixa, média e alta.
Considera-se aceitável o resultado de adesão interna do particulado com 10% resina poliuretana a base de mamona em contrapartida do processo de mistura ser manual. Sendo viável a criação de um equipamento misturador para suprir esta variável.
O Brasil como campeão mundial na produção de cana-de-açúcar é o maior produtor mundial de resíduo e grande favorito na tendência deste tipo de particulado, com esta matéria prima.
Autores: Antônio Jorge Parga da Silva (ajparga@sc.usp.br) - Universidade de São Paulo/Centro Federal de Educação Tecnológica do Maranhão; Francisco Antônio Rocco Lahr (
frocco@sc.usp.br) - Universidade de São Paulo, Escola de Engenharia de São Carlos; André Luis Christoforo (
achristo@sc.usp.br) - Universidade de São Paulo, Escola de Engenharia de São Carlos.
