Publicação: Reciclagem de cápsulas de café expresso para a obtenção de compósitos reforçados com a borra de café aplicados no design de uma composteira doméstica
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Data
2020-02-19
Autores
Orientador
Voorwald, Herman Jacobus Cornelis 
Benini, Kelly Cristina Coelho de Carvalho
Coorientador
Pós-graduação
Engenharia Mecânica - FEG
Curso de graduação
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Tipo
Dissertação de mestrado
Direito de acesso
Acesso aberto
Resumo
Resumo (português)
Mediante o contexto de sustentabilidade e a crescente necessidade de diminuição do impacto ao meio ambiente, a reutilização de resíduos para produção de novos materiais tem sido implantada visando a obtenção de produtos ecologicamente corretos. Nesse contexto, o reaproveitamento de cápsulas de café expresso, através de seu resíduo plástico e orgânico, como matéria-prima para obtenção de um compósito natural com propriedades mecânicas e térmicas adequadas para aplicação em design sustentável de composteira doméstica, foi objeto de estudo deste trabalho. As cápsulas de café, feitas em polipropileno (PP), foram recicladas mecanicamente e usadas como matriz do compósito, enquanto a borra de café, material orgânico lignocelulósico, foi usada como reforço. Os compósitos foram obtidos com 20 e 30% de reforço com e sem agente compatibilizante, através de processos convencionais de mistura em homogeneizador de plásticos e moldagem por injeção. Em seguida foram caracterizados quanto às suas propriedades mecânicas (tração e impacto), térmicas (TGA e DSC) e morfológicas (MEV), antes e após serem expostos à biodegradação e a fotodegradação. As análises térmicas mostraram que o processo de reciclagem mecânica das cápsulas não alterou as propriedades do polímero viabilizando, portanto, a obtenção dos compósitos. Os resultados mecânicos mostraram que a adição do reforço, independentemente da porcentagem, causou uma diminuição na resistência à tração e na deformação (Ϭmáx e total), sem alteração do módulo, quando comparados ao polímero puro. Enquanto a adição do agente compatibilizante, para todas as condições, apesar de aumentar a resistência à tração dos compósitos, causou uma fragilização significativa, comprovada pela diminuição da deformação e da tenacidade. A microscopia mostrou que a presença do agente compatibilizante causou uma melhora na adesão interfacial entre matriz e reforço e na dispersão das partículas. Após a exposição às degradações, os resultados mostraram que a exposição ao solo da composteira (biodegradação) não causou mudanças nas propriedades térmicas, mecânicas e morfológicas dos materiais. Todavia, a exposição ao intemperismo acelerado causou uma branqueamento e fragilização da superfície do material, comprovado pela microscopia óptica da superfície degradada. Além disso, não houve mudanças na resistência à tração dessas amostras, entretanto, houve uma fragilização significativa, comprovada pela queda da deformação e da tenacidade. O conceito desenvolvido para a composteira doméstica foi submetido a uma análise por elementos finitos onde foi possível determinar os esforços que a composteira será submetida durante seu uso através das tensões equivalentes de von Mises e da deformação total do modelo. Desta maneira, foi determinado que, para o modelo com 3 mm de espessura de parede, todos os compósitos obtidos atendem aos requisitos necessários para ser aplicado na composteira.
Resumo (inglês)
Through the sustainability context and needs to reduce environmental impact, the waste reuse for the development of new materials has been discussed. In this context, the espresso coffee capsules reuse was the issue of this work, through plastic and organic waste as raw material for obtaining a natural composite with suitable mechanical and thermal properties for application in a home composter sustainable design. Coffee capsules were mechanically recycled and applied as a composite matrix, while coffee grounds, lignocellulosic organic material, were used as reinforcement. Natural composites were obtained through conventional plastic homogenizer mixer and injection molding with 20 and 30% of reinforcement with and without a coupling agent. Then, composites were mechanical (tensile and impact), thermal (TGA and DSC), and morphological (SEM) characterized, before and after biodegradation and accelerated weathering exposures. Thermal analysis showed that mechanical recycling did not change polymer properties, allowing composites obtainment. Mechanical tests showed the addition of reinforcement, regardless of percentage, caused a decrease in tensile strength and strain (at yield and break), but retained modulus compared to pure polymer. Coupling agent addition, in all conditions, despite of increase tensile strength, caused the material weakening through the strain and tenacity decrease. Through morphological analysis, it was possible to identify coupling agent presence caused an improved on interfacial adhesion between matrix and reinforcement and caused particle dispersion. Degradation results showed the exposition to the composting soil (biodegradation) did not cause thermal, mechanical, and morphological changes on materials. Nevertheless, the exposition to UV radiation and condensation cycles caused whitening and surface embrittlement, proven by optical microscopy of the degraded surface. Mechanical results showed there were no changes in the tensile strength of both specimens; however, there was a significant embrittlement caused by elongation and tenacity decrease for composite. Home composter concept was submitted to finite element analyzes where it was possible to identify the home composter mechanical loads during its use through model equivalent stress of von Mises and total deformation. This way, it was determined that all composites could be applied in the home composting concept, but with 3 mm of thickness model
Descrição
Idioma
Português
