RESSALVA Atendendo solicitação do autor, o texto completo desta Tese será disponibilizado somente a partir de 17/05/2026. UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA - UNESP “JÚLIO DE MESQUITA FILHO” CÂMPUS EXPERIMENTAL DE ROSANA PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE MATERIAIS - POSMAT TESE DE DOUTORADO REVESTIMENTO TÉRMICO PARA HABITAÇÕES POPULARES COM COMPÓSITOS EXPANDIDOS DE BORRACHA DE ESTIRENO-BUTADIENO (SBR) COM RESÍDUO INDUSTRIAL COURO PRIMAVERA/ROSANA - SP 2024 GABRIEL DELTREJO RIBEIRO REVESTIMENTO TÉRMICO PARA HABITAÇÕES POPULARES COM COMPÓSITOS EXPANDIDOS DE BORRACHA DE ESTIRENO-BUTADIENO (SBR) COM RESÍDUO INDUSTRIAL COURO Tese apresentada como requisito à obtenção do título de Doutor à Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho” - Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais, linha de pesquisa de Materiais Poliméricos, Híbridos e Nano-Estruturados, área de concentração em Ciência dos Materiais, sob a orientação do Prof. Dr. Renivaldo José dos Santos. PRIMAVERA/ROSANA - SP 2024 Ribeiro, Gabriel Deltrejo Revestimento térmico para habitações populares com compósitos expandidos de borracha de estireno-butadieno (SBR) com resíduo industrial couro / Gabriel Deltrejo Ribeiro. -- Rosana, 2024 169 p. : il., tabs., fotos Tese (doutorado) - Universidade Estadual Paulista (UNESP), Faculdade de Engenharia e Ciências, Rosana Orientador: Renivaldo José dos Santos 1. Materiais de construção. 2. Borracha expandida. 3. Borracha SBR. 4. Isolante térmico. 5. Habitações populares. I. Título. R R484r Impacto Potencial desta Pesquisa Esta pesquisa apresenta uma solução inovadora no campo dos materiais de construção, focando no desenvolvimento de compósitos de borracha de estireno-butadieno (SBR) expandido com dispersão industrial de couro micronizado para melhorar a eficiência energética e o conforto térmico em habitações populares de áreas urbanas com condições climáticas extremas. Este novo material, especialmente o composto SBR/Couro 20 phr, mostrou-se superior em isolamento térmico com uma condutividade térmica de apenas 0,073 Wm-1 K-1 e a capacidade de reduzir a temperatura interna em cerca de 15 ºC, oferecendo uma alternativa mais durável e sustentável que os materiais convencionais como placas de construção, compensados, fibra de vidro, telhados de asfalto, e telhas de cimento. A abordagem não apenas promove a estabilidade térmica e a saúde dentro das habitações urbanas, mas também integra práticas de reciclagem ao utilizar resíduos industriais de couro, contribuindo para a economia circular e causando o impacto ambiental associado à produção de novos materiais de construção. Este estudo, ao alinhar eficiência energética com responsabilidade ambiental, estabelece uma base para futuras inovações no setor de construção civil, mostrando como soluções sustentáveis, eco-friendly, podem revolucionar a construção de habitações populares e fornecer benefícios duradouros para o meio ambiente, a economia e a sociedade. Potential Impact of this Research This research presents an innovative solution in the field of construction materials, focusing on the development of expanded styrene-butadiene rubber (SBR) composites with industrial dispersion of micronized leather to enhance energy efficiency and thermal comfort in public housing in urban areas with extreme climate conditions. This new material, especially the SBR/Leather 20 phr compound, proved superior in thermal insulation with a thermal conductivity of just 0.073 Wm-1 K-1 and the ability to reduce the internal temperature by about 15 °C, offering a more durable and sustainable alternative to conventional materials such as construction boards, plywood, fiberglass, asphalt roofing, and cement tiles. The approach not only promotes thermal stability and health within urban dwellings but also integrates recycling practices by utilizing industrial leather waste, contributing to the circular economy and mitigating the environmental impact associated with the production of new building materials. This study, by aligning energy efficiency with environmental responsibility, lays the foundation for future innovations in the construction sector, showing how sustainable, eco-friendly solutions can revolutionize the construction of public housing and provide long-lasting benefits for the environment, economy, and society. Resumo Gráfico Fonte: Autoria própria. Termo de Aprovação GABRIEL DELTREJO RIBEIRO " REVESTIMENTO TÉRMICO PARA HABITAÇÕES POPULARES COM COMPÓSITOS EXPANDIDOS DE BORRACHA DE ESTIRENO-BUTADIENO (SBR) COM RESÍDUO INDUSTRIAL COURO” Tese apresentada como requisito à obtenção do título de Doutor à Universidade Estadual Paulista (UNESP) “Júlio de Mesquita Filho” - Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais. Orientador: Prof. Dr. Renivaldo José dos Santos Coordenadoria de Curso de Engenharia de Energia, UNESP Campus de Rosana. Banca Avaliadora: Prof.ª Dra. Ana Maria Pires Química e Bioquímica, UNESP Campus de Presidente Prudente. Presidente Prudente – SP. Prof.ª Dra. Ângela Mitie Otta Kinoshita PRPPG - Pós-graduação em Meio Ambiente e Desenvolvimento Regional, Universidade do Oeste Paulista – UNOESTE. Presidente Prudente - SP. Prof.ª Dra. Danielle Goveia Coordenadoria de curso de Engenharia de Produção, UNESP Campus de Itapeva. Itapeva - SP. Prof. Dr. Augusto Batagin Neto Ciências e Tecnologia, UNESP Campus de Itapeva. Itapeva - SP. Dedico este trabalho a minha amada esposa Silvia, ao meu amado filho João Lucas, aos meus colegas de pesquisa em especial ao Carlos e ao Renivaldo, ao grupo de pesquisa LTBA e LTBPol que me apoiaram e fortaleceram nessa jornada, em que todos não mediram esforços para que eu vencesse esse novo desafio em minha vida. AGRADECIMENTOS A Deus por guiar os meus passos e iluminar o meu caminho sempre de mãos dadas comigo. A minha amada esposa Silvinha por todo apoio, respeito, incentivo, orações, paciência, amor, carinho e compreensão para com as etapas vividas ao longo desse trabalho, em que sempre me motivou e acreditou que esse momento seria possível, aceitando e fazendo os sacrifícios necessários. A meu amado e lindo filho João Lucas que sempre me recebia em casa com um grande sorriso, abraços e beijos, que foram o combustível e energia para prosseguir e vencer cada etapa e novo desafio. Aos meus avós que estão no céu ao lado dos anjos, que muito amo, por terem sido exemplos de pai e mãe, e sempre terem ficado ao meu lado em todos os momentos, eterna gratidão. A minha mãe que é muito especial e iluminada, Vera cheia de graça, que sempre me aconselha e orienta com muito amor, mostrando o caminho a ser seguido, e sempre ora por mim. Ao meu padrasto Roberto (Roro), verdadeiro amigo e pai, presente em todos os momentos especiais da minha vida, orientando e conversando com amor e carinho. Ao meu irmão Diego parceiro de todos os momentos, a minha cunhada Nathalia e ao meu sobrinho Pedro que muito amo, pelo carinho, apoio e incentivo. Ao meu sogro e sogra, Silvio e Luzia, por terem acreditado que essa conquista seria possível e principalmente pelo amor, carinho e compressão. Ao meu Orientador e grande amigo Prof. Dr. Renivaldo José dos Santos, que nunca esquecerei do que ele fez e faz de forma tão singela por mim, companheiro de graduação e exemplo de vida e superação, gratidão por estar ao meu lado nessa jornada e descobertas da ciência, se cheguei até aqui foi porque ele estava ao meu lado. Ao grande amigo, irmão e parceiro Carlos, que fiz ao longo dessa jornada que se iniciou no mestrado, e que se não fosse pelo incentivo, apoio, momentos de estudos, discussões cientificas e muitos cafezinhos essa conquista não teria sido possível, tenho enorme gratidão e carinho. Ao Prof. Dr. Aldo Eloizo Job da FCT/Unesp de Pres. Prudente por me receber de braços abertos no grupo de pesquisa do Laboratório de Tecnologia de Borrachas e Aplicações (LTBA) possibilitando o avanço científico, além do carinho e atenção que sempre teve comigo. Ao Prof. Dr. Fernando Sérgio Okimoto da FCT/Unesp de Pres. Prudente por me auxiliar nos ensaios de condutividade térmica. Ao Professor Dr. Miguel Angel Rodríguez Pérez e a Dra. Leandra Oliveira Salmazo da Universidad de Valladolid, UVA, Espanha por me auxiliarem nos ensaios de transmissão acústica. Ao Professor Dr. Giovanni Barrera Torres e a sua equipe do Instituto Tecnológico Metropolitano da Colômbia pelo suporte nas revisões de inglês, na qual foi possível publicarmos parte desta Tese como artigo científico. Ao grupo de pesquisa do LTBA, Gabrieli, Andressa, Vitor, Cibeli, Celina, em que todos me acolheram e orientaram ao longo da pesquisa, momentos que nuca esquecerei e que foram fundamentais, além da grande amizade que foi construída. Ao Laboratório de Resíduos Sólidos Urbanos da Unesp de Presidente Prudente sob a supervisão do Prof. Dr. Sílvio Rainho Teixeira por sempre me receber de braços abertos e pela assistência e parceria de Gleyson Tadeu Almeida Santos, por não medir esforços em ajudar e auxiliar nos ensaios de fluorescência de raio X, tração e compressão. Ao Guilherme Dognani que é base e referência em pesquisa, agradeço as discussões cientificas te extrema qualidade e auxílio nas discussões e reflexões. Ao João Canhada pela amizade, conselhos e colaborações Aos Professores da banca de qualificação e de defesa por terem aceitado o convite para comporem a banca, contribuindo para a melhora do trabalho de modo tão significativo. A todos os Professores e funcionários do Programa Posmat, em especial a Thamires Nascimento Parussolo, Ingrid Tiemy Taira e Leticia Lopes Veronez que além de fazerem um belo trabalho, conseguem nos apoiar e orientar, cuidando para que tudo saia correto. A empresa Proquitec, em especial ao César, que forneceu o antioxidante, óleo plastificante e os agentes expansores para este trabalho agregando qualidade aos materiais e permitindo o avanço da pesquisa com sucesso, além de toda a educação, disposição e atenção prestadas. A Aodran do Brasil Comércio de Produtos Químicos LTDA pelo fornecimento do carbonato de cálcio tratado com o promotor de adesão Chartwell. A Prope (Pró-Reitoria de Pesquisa da Unesp) pelo fomento nas publicações dos artigos científicos. A Pró-Reitoria de Pós-Graduação da Unesp. "Se pude enxergar mais longe, foi porque me apoiei em ombros de gigantes". (Frase da carta de Isaac Newton em 1675 para Robert Hooke) 1O SENHOR é o meu pastor, nada me faltará. 2Deitar-me faz em verdes pastos, guia-me mansamente a águas tranquilas. 3Refrigera a minha alma; guia-me pelas veredas da justiça, por amor do seu nome. 4Ainda que eu andasse pelo vale da sombra da morte, não temeria mal algum, porque tu estás comigo; a tua vara e o teu cajado me consolam. 5Preparas uma mesa perante mim na presença dos meus inimigos, unges a minha cabeça com óleo, o meu cálice transborda. 6Certamente que a bondade e a misericórdia me seguirão todos os dias da minha vida; e habitarei na casa do Senhor por longos dias. (Bíblia Sagrada: Salmos 23:1-6) Artigos publicados em revistas como primeiro autor durante a execução desta tese: ▪ RIBEIRO, G. D.; HIRANOBE, C. T.; DA SILVA, J. F. R.; TORRES, G. B.; PAIM, L. L.; JOB, A. E.; CABRERA, F. C.; DOS SANTOS, R. J. DOS. Physical-Mechanical Properties of Chartwell® Coupling Agent-Treated Calcium Carbonate and Silica-Reinforced Hybrid Natural Rubber Composites. Crystals, v. 12, p. 1552, 2022. DOI: https://doi.org/10.3390/cryst12111552. ▪ RIBEIRO, G. D.; HIRANOBE, C. T.; ARAÚJO, S. S.; FILGUEIRA, M. S.; ROCHA, J. A.; MUKUNO, J. S.; SALMAZO, L. O.; GOMES, A. S.; TOLOSA, G. R.; GENNARO, E. M.; JOB, A. E.; RODRÍGUEZ PÉREZ, M. A.; SANTOS, R. J. Sustainable construction materials for low-cost housing: Thermal insulation potential of expanded SBR composites with leather waste. Journal of Materials Research and Technology, 2024. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2024.04.234. Artigos publicados em revistas como coautor durante a execução desta tese: ▪ DE MARIA, V. P. K.; DE PAIVA, F. F. G.; CABRERA, F. C.; HIRANOBE, C. T.; RIBEIRO, G. D.; PAIM, L. L.; JOB, A. E.; SANTOS, R. J. DOS. Mechanical and rheological properties of partial replacement of carbon black by treated ultrafine calcium carbonate in natural rubber compounds. Polymer Bulletin (Berlin. Internet), v. 10, p. 1-19, 2021. DOI: https://doi.org/10.1007/s00289-021-03891-8. ▪ HIRANOBE, C. T; RIBEIRO, G. D.; TORRES, G. B.; REIS, E. A. P. DOS; CABRERA, F. C.; JOB, A. E.; PAIM, L. L.; SANTOS, R. J. DOS. Cross-Linked Density Determination of Natural Rubber Compounds by Different Analytical Techniques. Materials Research, v. 24, p. e20210041, 2021. DOI: https://doi.org/10.1590/1980-5373-MR-2021-0041. ▪ HIRANOBE, C. T.; SILVA, A. R. DA; CRUZ, M. A. G.; CANHADA, J. C. S.; ARAÚJO, S. S.; ROCHA, J. A.; SANTOS, H. F. DOS; RIBEIRO, G. D.; TOLOSA, G. R.; SANTOS, G. T. A.; BUDEMBERG, E. R.; AZEVEDO, C. G. DE; SANTOS, R. J. DOS. Evaluation of the properties of natural rubber bio composite and guava residue (Psidium guajava L.) as sustainable application. Materials Research, v. 26, p. 1-9, 2023. DOI: https://doi.org/10.1590/1980-5373-MR-2022-0515. ▪ CARVALHO, A. P.; SANTOS, H. F.; RIBEIRO, G. D.; HIRANOBE, C. T.; GOVEIA, D.; GENNARO, E. M.; PAIM, L. L.; SANTOS, R. J. DOS. Sustainable Composites: Analysis of Filler-Rubber Interaction in NR-SBR/Polyurethane Composites Using the Lorenz-Park https://doi.org/10.3390/cryst12111552 https://doi.org/10.1007/s00289-021-03891-8 https://doi.org/10.1590/1980-5373-MR-2021-0041 https://doi.org/10.1590/1980-5373-MR-2022-0515 Method and Scanning Electron Microscopy. Polymers, v. 16(4), p. 471, 2024. DOI: https://doi.org/10.3390/polym16040471. ▪ ROCHA, J. A.; HIRANOBE, C. T.; HIRANOBE, M. F.; ARAÚJO, S. S.; FILGUEIRA, M. S.; RIBEIRO, G. D.; CARDIM, H. P.; MUKUNO, J. S.; SILVA, J. F. R.; ANDOLFATO, R. P.; CAMACHO, J. S.; SANTOS, R. J. Strategic diagnosis for improvements in the execution of structural masonry. Journal of Engineering Research, v. 4, n. 13, p. 1-16, 2024. DOI: https://doi.org/10.22533/at.ed.317413242 9043. ▪ CRUZ, M. A. G; HIRANOBE, C. T.; CARDIM, G. P.; CABRERA, F. C.; RIBEIRO, G. D.; TOLOSA, G. R.; GARCIA, R. E.; SANTOS, R. J. Artificial neural network modeling for predicting the carbon black content derived from unserviceable tires for elastomeric composite production. Journal Of Applied Polymer Science, v. 1, p. 1-12, 2024. DOI: https://doi.org/10.1002/app.55951. Capítulos de livros publicados como coautor durante a execução desta tese: ▪ Gears of the future – Capítulo 5: “Determinação da densidade de ligações cruzadas em borracha natural para diferentes sistemas de vulcanização” – Arthur Pimentel de Carvalho, Harison Franca dos Santos, Carlos Toshiyuki Hiranobe, Eduardo Roque Budemberg, Gabriel Deltrejo Ribeiro, Giovanni Barrera Torres, José Francisco Resende, Leonardo Lataro Paim, Leandra Oliveira Salmazo, Miguel Ángel Rodríguez Pérez e Renivaldo José dos Santos (2022). Editora Atena ISBN 978-65-5983-868-4 – DOI: https://doi.org/10.22533/at.ed.6842204025. ▪ Collection: Applied electrical engineering – Capítulo 15: “Determinação da densidade de ligações cruzadas em borracha de estireno butadieno (SBR) para diferentes sistemas de vulcanização” – Harison Franca dos Santos, Arthur Pimentel de Carvalho, Carlos Toshiyuki Hiranobe, Eduardo Roque Budemberg, Gabriel Deltrejo Ribeiro, Giovanni Barrera Torres, José Francisco Resende, Leonardo Lataro Paim, Leandra Oliveira Salmazo, Miguel Ángel Rodríguez Pérez e Renivaldo José dos Santos (2022). Editora Atena ISBN 978-65-5983-858-5 – DOI: https://doi.org/10.22533/at.ed.585222 80115. Trabalhos apresentados em Congressos durante a execução desta tese: ▪ I Congresso Brasileiro Interdisciplinar em Ciência e Tecnologia (COBICET) – “Estudo Comparativo da Influência das Cargas de Sílica e Carbonato de Cálcio Tratados com Agentes de Acoplamento em Compósito de Borracha Natural” – Gabriel Deltrejo Ribeiro, Carlos https://doi.org/10.3390/polym16040471 https://doi.org/10.22533/at.ed.6842204025 https://doi.org/10.22533/at.ed.585222%2080115 Toshiyuki Hiranobe, Elton Aparecido Prado Reis, Aldo Eloizo Job, Flavio Camargo Cabrera e Renivaldo José dos Santos (2020). ISBN: 978-65-88243-19-0. ▪ 1ª Reunião Técnica Virtual do Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais (RTVPosmat) – “Carbonato de Cálcio Tratado na Substituição Parcial de Sílica em Compósitos de Borracha Natural” – Gabriel Deltrejo Ribeiro, Carlos Toshiyuki Hiranobe, Elton Aparecido Prado Reis, Aldo Eloizo Job, Flávio Camargo Cabrera e Renivaldo Jose (2020). ISBN: 978-65-5941-065-1. Trabalhos apresentados em Congressos como colaborador durante a execução desta tese: ▪ 1ª Reunião Técnica Virtual do Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais (RTVPosmat) – “Avaliação das Propriedades Mecânicas dos Compósitos de Borracha Estireno Butadieno e Resíduo de Poliuretano” – Carlos Toshiyuki Hiranobe, Gabriel Deltrejo Ribeiro, Flávio Camargo Cabrera, Cibele de Moraes Lima Sartori, Aldo Eloizio Job, Leonardo Lataro Paim e Renivaldo José dos Santos (2020). ISBN: 978-65-5941-065-1. ▪ II Congresso Brasileiro Interdisciplinar em Ciência e Tecnologia (COBICET) – “Avaliação do Negro de Fumo Pirolítico Proveniente dos Pneus de Caminhões e Aplicação em Matriz de Borracha Natural” – Carlos Toshiyuki Hiranobe, Gabriel Deltrejo Ribeiro, Flávio Camargo Cabrera, Leonardo Lataro Paim, Aldo Eloizio Job e Renivaldo José dos Santos (2021). ISSN: 2764-0582 - DOI: 10.29327/143026. ▪ 24° Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais (CBECiMat) – “Avaliação das propriedades do biocompósito de borracha natural e resíduo da goiaba (psidium guajava l.) como aplicação sustentável” – Carlos T. Hiranobe, Gabriel D. Ribeiro, Gabriele R. Tolosa, Gleyson T. A. Santos, Flávio C. Cabrera, José F. R. da Silva, Leonardo L. Paim, Aldo E Job, Giovanni B. Torres e Renivaldo J. dos Santos (2022). ▪ XII Congresso Brasileiro de Análise Térmica e Calorimetria (CBRATEC) & V Congresso Pan- Americano de Análise Térmica e Calorimetria (CPANATEC) – “Análises Térmicas do Caroço de Pequi Para Uso Como Biomassa” – Bruna Ruri Kobayachi, Pedro Henrique Mariano Santos, Carlos Toshiyuki Hiranobe, Gabriel Deltrejo Ribeiro e Renivaldo José dos Santos (2021). RIBEIRO, G. D. Revestimento térmico para habitações populares com compósitos expandidos de borracha de estireno-butadieno (SBR) com resíduo industrial couro. 2024. 169f. Tese (Doutor em Ciência e Tecnologia de Materiais) Universidade Estadual Paulista (UNESP), Faculdade de Engenharia e Ciências, Rosana, 2024. RESUMO Nos últimos anos, tem-se observado um interesse crescente na melhoria da eficiência energética e do conforto térmico em habitações populares, especialmente em regiões sujeitas a condições climáticas extremas. Os materiais convencionais utilizados na construção civil, como tijolos e concreto, evidenciam deficiência nas questões energéticas, resultando em elevadas temperaturas internas. Esse cenário não apenas impacta o bem-estar dos residentes, mas também aumenta o consumo de energia, especialmente para sistemas de ar-condicionado, podendo sobrecarregar a infraestrutura elétrica em áreas de clima quente, ocasionando interrupções no fornecimento de energia e consequências adversas para a comunidade e a indústria local. Este estudo propõe uma solução inovadora e sustentável: a utilização de borracha estireno-butadieno (SBR) expandida com raspa de couro micronizada, com propriedades de isolamento térmico. A capacidade de isolamento térmico dos compósitos foi avaliada por meio dos métodos de fluxo de calor, análise de fluxo de calor em placas quente/fria e método acústico por tubo de impedância. Destaca-se o compósito SBR/Couro 20 phr como uma alternativa viável, promissora e sustentável, apresentando significativa capacidade de isolamento térmico, com uma condutividade térmica de 0,073 Wm-1 K-1 e atenuação de temperatura próxima de 15 ºC, potencialmente contribuindo para o aumento do conforto e da qualidade de vida em áreas urbanas. Os resultados de isolamento térmico dos demais compósitos também superaram os materiais de construção tradicionais, como placas de construção, compensados, fibra de vidro, telhado de asfalto e telhas de cimento. O estudo demonstra a viabilidade do reaproveitamento do couro como carga de reforço em espumas à base de borracha para a produção de materiais isolantes térmicos, oferecendo uma solução sustentável para mitigar o aquecimento urbano e melhorar a qualidade de vida nas cidades. Palavras-chave: Borracha SBR expandida, condutividade térmica, isolamento acústico, isolamento térmico e resíduo de couro. RIBEIRO, G. D. Thermal insulation for low-cost housing using expanded styrene-butadiene rubber (SBR) composites with industrial leather waste. 2024. 169f. Thesis (Doctoral in Materials Science and Technology) São Paulo State University (UNESP), School ofEngineering and Sciences, Rosana, 2024. ABSTRACT In recent years, there has been a growing interest in improving energy efficiency and thermal comfort in public housing, especially in regions subject to extreme weather conditions. Conventional materials used in construction, such as bricks and concrete, show a lack of energy efficiency, resulting in high internal temperatures. This scenario not only impacts the well-being of residents but also increases energy consumption, especially for air conditioning systems, potentially overloading the electrical infrastructure in hot climate areas, causing interruptions in power supply and adverse consequences for the community and local industry. This study proposes an innovative and sustainable solution: the use of expanded styrene-butadiene rubber (SBR) with micronized leather shavings, which possess thermal insulation properties. The insulation capacity of the composites was assessed using heat flow methods, hot/cold plate heat flow analysis, and the impedance tube acoustic method. The SBR/Leather 20 phr composite stands out as a viable, promising, and sustainable alternative, exhibiting significant thermal insulation capacity with a thermal conductivity of 0.073 Wm-1 K-1 and temperature attenuation close to 15 °C, potentially contributing to increased comfort and quality of life in urban areas. The thermal insulation results of the other composites also surpassed traditional building materials, such as construction boards, plywood, fiberglass, asphalt roofing, and cement tiles. The study demonstrates the feasibility of reusing leather as a reinforcement filler in rubber-based foams for the production of thermal insulation materials, offering a sustainable solution to mitigate urban heating and improve the quality of life in cities. Keywords: Expanded SBR rubber, thermal conductivity, acoustic insulation, thermal insulation, leather waste. LISTA DE SIGLAS E ABREVIAÇÕES ABIEC - Associação Brasileira das Indústrias Exportadoras de Carnes ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas ADC - Azodicarbonamida AIBN - Azobisisobutironitrilo ASTM - Sociedade Americana de Testes e Materiais (American Society for Testing and Materials). ATR - Transformada de Fourier utilizada na análise dos dados do FT-IR (Attenuated total reflection) BS - Poroso BS é um expansor à base de bicarbonato de sódio CETESB - Companhia de Tecnologia e Saneamento Ambienta CFCs - Clorofluorcarbonetos CFD - Deflexão da força de compressão (compression force deflection) CIIR - Borracha de isobutileno-isopreno clorada cps - Centipoise (unidade dinâmica da viscosidade) CR - Borracha de cloropreno Cr3+ - Sulfato de cromo trivalente Cr6+ - Sulfato de cromo hexavalente CRI - Velocidade de cura da análise reométrica DMA - Análise dinâmico-mecânica (Dynamic-mechanical analysis). DPC - Deformação permanente em compressão (%) DSC - Calorimetria Exploratória Diferencial (Diferencial scanning calorimetry) DTG - Derivada de primeira ordem da curva do gráfico do ensaio da TGA DTGS - Detector de sulfato de triglicina deuterado para um espectrômetro de infravermelho (deuterated triglycine sulfate) E’ - Módulo de armazenamento E” - Módulo de perda EDX - Espectroscopia por energia dispersiva EPDM - Borracha de Etileno-propileno-dieno FMI - Fundo Monetário Internacional FRX - Fluorescência de Raios X (X-Ray Fluorescence) FT-IR - Espectroscopia Vibracional de Absorção na região do IV com Transformada de Fourier (FT-IR) (Spectroscopy Fourier Transform Infrared) HC - Alta Capacidade (High Capacity) IECC - International Energy Conservation Code IFD - Deflexão da força de recuo (indentation force deflection) ISO - International Organization for Standardization L - Dispersão do resíduo MBTS - Acelerador de Vulcanização - Dissulfeto de benzotiazila MEV - Microscopia Eletrônica de Varredura MH - Torque máximo medido no reômetro ML - Torque mínimo medido no reômetro MMT - Montmorilonita N0 - Densidade celular NBR - Norma Brasileira NBR - Borracha de acrilonitrila butadieno PCM - Materiais de Mudança de Fase (Phase Change Materials) PCM - Materiais de mudança de fase PE - Borracha de Polietileno PEG 4000 - Polietileno glicol (plastificante utilizado na vulcanização) phr - Partes por 100 partes de borracha (per hundred of rubber) PLA - Ácido polilático PP - Polipropileno PS - Poliestireno PU - Poliuretano PVC - Cloreto de polivinila RT - Temperatura Ambiente (Room Temperature) SBR - Borracha de Estireno-Butadieno SC-C - Poroso SC-C é um expansor à base de azodicarbonamida t90 - Tempo necessário para que o torque atinja 90% do torque máximo Tan δ - Tangente de delta (relação módulo de perda pelo módulo de armazenamento) Tg - Temperatura de transição vítrea TGA - Termogravimetria TMTM - Acelerador de Vulcanização - Monossulfeto de Tetrametiltiuram ts1 - Tempo, em minutos, necessário para aumentar o torque mínimo ML em uma unidade de torque USD - dólar dos Estados Unidos (United States Dollar) UV - Radiação ultravioleta (UV) ΔM - Variação do torque medido no reômetro LISTA DE FIGURAS Figura 1. Benefícios do uso de resíduos para produção de materiais ecofriendly. .................. 32 Figura 2. Evolução do rebanho bovino do Brasil de 2012 a 2022. ......................................... 39 Figura 3. Infográfico do perfil da carne brasileira em 2022 .................................................... 40 Figura 4. Couro após o tratamento com solução de sulfato básico de Cr3+ produzindo uma manta de couro que recebe o nome de wet-blue. Em (a) Manta de couro wet-blue esticada; (b) Pilha de couro wet-blue no curtume e em (c) Rebaixadeira e serragem (pó de rebaixadeira) resultante da operação de rebaixamento. .................................................................................. 41 Figura 5. Formação da estrutura do elastômero SBR. Em (a) copolímero com os seus dois monômeros: estireno e butadieno, em (b) imagem do registro fotográfico e em (c) outra representação do SBR. .............................................................................................................. 46 Figura 6. Modelagem da vulcanização e mecanismo para melhor desempenho tribológico da borracha de estireno-butadieno em escala atômica. Em (a) Polimerização dos monômeros estireno e butadieno para formação do SBR e em (b) Estrutura espacial do SBR vulcanizado com detalhes da ligação cruzada formada com enxofre. .......................................................... 48 Figura 7. Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) apresentado por Wei, Y., Zhou, H., Deng, H. et al. de (A) uma espuma de células fechadas [149], (B) espuma de células parcialmente abertas [150] e (C) espuma de células abertas [151]. ......................................... 50 Figura 8. Nucleação e crescimento de bolhas em função da energia livre .............................. 52 Figura 9. Decomposição do bicarbonato de sódio em carbonato de sódio, água e dióxido de carbono. .................................................................................................................................... 57 Figura 10. Decomposição do Azodicarbonamida (ADC) puro com reações primárias (i) e (ii), e reações secundárias que ocorrem como ácido isociánico (iii), (iv), (v) e (vi). ...................... 59 Figura 11. Registro fotográfico da borracha sintética tipo Estireno-Butadieno (SBR) 1502. . 62 Figura 12. Registro fotográfico do micronizador da marca SCHILLING: (a) Vista frontal do sistema de filtragem, que separa as partículas finas das mais grossas, assegurando uniformidade no tamanho das partículas processadas. (b) Vista lateral do moinho de facas, equipado com lâminas rotativas de alta velocidade que cortam ou trituram o material, facilitando a micronização eficiente. (c) Vista superior do processador, destacando a rosca sem fim utilizada para o transporte contínuo do material. .................................................................................... 64 Figura 13. Registro fotográfico do couro: (a) Raspas de couro coletadas após o processo de rebaixo, mostrando a forma bruta e inicial do material. (b) Raspas de couro após o processo de micronização, destacando a transformação na textura e na granulometria para partículas finamente processadas. ............................................................................................................. 64 Figura 14. Registro fotográfico dos agentes expansores fornecidos pela Proquitec: (a) Poroso SC-C, uma versão otimizada de Azodicarbonamida (ADC), especialmente desenvolvida para melhorar a eficiência e precisão no processo de expansão. (b) Poroso BS, um agente expansor à base de bicarbonato de sódio, ideal para aplicações que requerem formação de células abertas em borrachas esponjosas. ......................................................................................................... 67 Figura 15. Carbonato de Cálcio (a) registro fotográfico (b) fórmula química ........................ 70 Figura 16. Misturador aberto de cilindros – Makintec, mod. 379M. ...................................... 72 Figura 17. Processamento da Borracha Estireno-Butadieno (SBR): do couro a vulcanização dos compósitos. ........................................................................................................................ 73 Figura 18. Protótipos de compósitos de borracha SBR expandida com resíduos de couro. (a) Placas de 190 x 190 mm, comprimento e largura, com espessura de 15,5 ± 0,5 mm, encaixadas. (b) Detalhe do encaixe sobreposto entre as placas através de rebaixos de 8,0 mm (c) Placas livres e detalhe do corte transversal de uma das placa. ............................................................ 74 Figura 19. Curva reométrica característica .............................................................................. 78 Figura 20. Equipamento e Configuração de Teste para Medição da Condutividade Térmica. (a) Esquema do equipamento de análise de fluxo de calor utilizado para determinar a condutividade térmica conforme a norma ASTM C518, calibrado de acordo com a ASTM C1363. (b) Câmara de isolamento térmico apresentando a amostra do compósito SBR/Couro 50 phr, com dimensões de 190 x 190 mm e espessura de 15,5 ± 0,5 mm, posicionada entre duas câmaras como barreira térmica. Os quatro termopares frontais, destacados em azul, estão distribuídos nos centroides dos quatro quadrantes. ...................................................................................... 90 Figura 21. Esboço esquemático de um aparelho de tubo de impedância. ............................... 92 Figura 22. Curva reométrica, com 1° de oscilação do disco e isotermas de 160 °C, dos compósitos SBR/Couro e a goma (00 phr) como referência. ................................................... 93 Figura 23. Grau de Dispersão (L) do resíduo de couro na matriz de borracha SBR: A imagem mostra a dispersão do resíduo de couro em diferentes concentrações na matriz de borracha SBR. A linha contínua indica a goma pura (00 phr), utilizada como referência para análise comparativa dos compósitos com adição de couro. ................................................................. 96 Figura 24. Densidade de ligações cruzadas por inchamento Flory-Rehner (massa ≈ 0,25 ± 0,05 g, imersa em tolueno por 5 dias, após segue para a estufa por 24 horas a 60 ºC) dos compósitos SBR/Couro e a goma (00 phr) como referência. ...................................................................... 97 Figura 25. Imagens relacionadas à raspa de couro micronizada in natura e ao compósito SBR/Couro 50 phr: (a) mostra raspa de couro micronizada para 50 mesh com diâmetro inferior a 0,297 mm; (b) apresenta o MEV das fibras da raspa de couro micronizada com ampliação de 50 vezes; (c) exibe uma ampliação de 1.000 vezes do compósito SBR/Couro 50 phr, as setas indicam as fibras de couro e o círculo vermelho indica a região ampliada em (d), que mostra uma ampliação de 5.000 vezes, destacando a característica fibrosa do couro e as camadas da matriz polimérica. ..................................................................................................................... 99 Figura 26 . Densidade dos compósitos SBR/Couro expandidos (espumas) calculados de acordo com ASTM D297 [184] aplicando a Equação (6). ................................................................. 101 Figura 27. Densidade relativa, calculada conforme a ASTM D1622 [186] e a Equação (7) – que é a razão entre a densidade da borracha antes da vulcanização e expansão (ρs) e a densidade após o processo de formação da espuma (ρf) – e Porosidade, que representa a fração volumétrica de vazios (Vf), determinada pela Equação (12). ..................................................................... 102 Figura 28. Densidade celular (N0) determinada pela aproximação teórica de Kumar através da Equação (10), através da área da amostra sólida é determinado o número de células para um volume unitário. ...................................................................................................................... 103 Figura 29. Imagens do MEV da goma (00 phr) com aproximação de (a) 50 vezes e (b)100 vezes. Análise da (c) Distribuições total dos poros por área, (d) Nova distribuição para poros com áreas até 20.103 µm2 e (e)Imagem do registro fotográfico da espuma no formato cilíndrico 30 mm de diâmetro e 10 mm de espessura. ............................................................................ 104 Figura 30. Imagens do MEV para SBR/Couro 10 phr com aproximação de (a) 50 vezes e (b)100 vezes. Análise da (c) Distribuições total dos poros por área, (d) Nova distribuição para poros com áreas até 20.103 µm2 e (e)Imagem do registro fotográfico da espuma no formato cilíndrico 30 mm de diâmetro e 10 mm de espessura............................................................. 105 Figura 31. Imagens do MEV para SBR/Couro 20 phr com aproximação de (a) 50 vezes e (b)100 vezes. Análise da (c) Distribuições total dos poros por área, (d) Nova distribuição para poros com áreas até 20.103 µm2 e (e)Imagem do registro fotográfico da espuma no formato cilíndrico 30 mm de diâmetro e 10 mm de espessura............................................................. 105 Figura 32. Imagens do MEV para SBR/Couro 30 phr com aproximação de (a) 50 vezes e (b)100 vezes. Análise da (c) Distribuições total dos poros por área, (d) Nova distribuição para poros com áreas até 20.103 µm2 e (e)Imagem do registro fotográfico da espuma no formato cilíndrico 30 mm de diâmetro e 10 mm de espessura............................................................. 106 Figura 33. Imagens do MEV para SBR/Couro 40 phr com aproximação de (a) 50 vezes e (b)100 vezes. Análise da (c) Distribuições total dos poros por área, (d) Nova distribuição para poros com áreas até 20.103 µm2 e (e)Imagem do registro fotográfico da espuma no formato cilíndrico. ................................................................................................................................ 107 Figura 34. Imagens do MEV para SBR/Couro 50 phr com aproximação de (a) 50 vezes e (b)100 vezes. Análise da (c) Distribuições total dos poros por área, (d) Nova distribuição para poros com áreas até 20.103 µm2 e (e)Imagem do registro fotográfico da espuma no formato cilíndrico 30 mm de diâmetro e 10 mm de espessura............................................................. 107 Figura 35. Anisotropia dos compósitos de SBR com couro e a goma (00 phr) como referência. Determinada pela razão entre a maior e menor dimensão linear do poro. ............................. 109 Figura 36. Modelos reais de geometria 2D a partir de imagens MEV para espumas (a) SBR - Goma (00 phr), (b) SBR/Couro 10 phr, (c) SBR/Couro 20 phr e (d) SBR/Couro 30 phr. ..... 110 Figura 37. Espectroscopia de energia dispersiva de raio X - EDX do compósito SBR/Couro 50 phr (a) imagem da área analisada, (b) dispersão dos elementos químicos identificados, (c) tabela fornecida com os elementos identificados, (d) identificação do cromo nas fibras de couro presentes no compósito SBR/Couro 50 phr e (e) espectro do EDX. ...................................... 111 Figura 38. Em (a) é apresentado a raspa de couro micronizada com fibras na ordem de 50 mesh (diâmetro < 0,297 mm) e em (b) representação estrutural do cromo ligado a estrutura do couro após o processamento de curtimento. ..................................................................................... 114 Figura 39. Exemplos dos principais tipos de vibrações moleculares considerando a molécula de H2O. ................................................................................................................................... 115 Figura 40. Espectroscopia Vibracional de Absorção na região do IV com Transformada de Fourier (FT-IR) modo ATR (resolução espectral de 2 cm-1, detector DTGS com 120 scans e analisado sobre uma janela de cristal de diamante) dos compósitos de SBR com couro, da goma (00 phr) como referência e da raspa de couro micronizada. ................................................... 115 Figura 41. Espectroscopia Vibracional de Absorção na região do IV com Transformada de Fourier (FT-IR) modo ATR (resolução espectral de 2 cm-1, detector DTGS com 120 scans e analisado sobre uma janela de cristal de diamante) da raspa de couro micronizada. ............. 118 Figura 42. Histerese do ensaio de deformação com limite de 75% a velocidade constante de 6 mm min-1, para a (a) goma (00 phr) e os compósitos SBR/Couro (b) 10 phr, (c) 20 phr, (d) 30 phr, (e) 40 phr e (f) 50 phr. Essas imagens apresentam ao lado o detalhe das curvas de com a deflexão da força de compressão (compression force deflection - CFD) e controle da deflexão da força de recuo (indentation force deflection - IFD), respectivamente através das linhas contínuas e tracejadas. Em (g) o comparativo para todos os compósitos no ciclo 1 e em (h) o comparativo para todos os compósitos no ciclo 5. ................................................................. 119 Figura 43. Histerese do ensaio de deformação com limite de 75% a velocidade constante de 6 mm min-1, para os compósitos SBR/Couro e a goma (00 phr) como referência. ................... 122 Figura 44. Tensão máxima do ensaio de deformação com limite de 75% a velocidade constante de 6 mm min-1, para os compósitos SBR/Couro e a goma (00 phr) como referência. ........... 123 Figura 45. Módulo de elasticidade do ensaio de deformação com limite de 75% a velocidade constante de 6 mm min-1, para os compósitos SBR/Couro e a goma (00 phr) como referência. ................................................................................................................................................ 124 Figura 46. Deformação permanente em compressão a 25% da espessura da espuma, em 70 ºC por 24 h, e coeficiente de Poisson para os compósitos SBR/Couro e a goma (00 phr) como referência. ............................................................................................................................... 126 Figura 47. Dureza Shore A aferida com um durômetro Kiltler e perda de volume por Abrasão medida atravez de um tambor rotativo com frequencia de 40 rpm, 150 mm de diametro e distância nominal equivalente a 40 m, dos compósitos SBR/Couro e a goma (00 phr) como referência. ............................................................................................................................... 129 Figura 48. Módulo de armazenamento (E’) do DMA, no modo de flexão de três pontos, força perpendicular à espuma, frequência 2,0 Hz, razão de aquecimento 5 °C min-1, fator proporcional 1,1, amplitude 1,20 µm, força dinâmica máxima 5,0 N, para os compósitos SBR/Couro e a goma (00 phr) como referência. ............................................................................................. 132 Figura 49. Curvas de tan δ do DMA, no modo de flexão de três pontos, força perpendicular à espuma, frequência 2,0 Hz, razão de aquecimento 5 °C min-1, fator proporcional 1,1, amplitude 1,20 µm, força dinâmica máxima 5,0 N, para os compósitos SBR/Couro e a goma (00 phr) como referência. ..................................................................................................................... 134 Figura 50. Curva da Termogravimetria (TGA) para os compósitos SBR/Couro e a goma (00 phr) como referência. Usada atmosfera de N2 com fluxo de 15 mL min-1, razão de aquecimento de 10 ºC min-1 e massa aproximada de 10 mg. ....................................................................... 136 Figura 51. Curva da Termogravimetria e DTG para os compósitos SBR/Couro e a goma (00 phr) como referência. Usada atmosfera de N2 com fluxo de 15 mL min-1, razão de aquecimento de 10 ºC min-1 e massa aproximada de 10 mg. ....................................................................... 136 Figura 52. Curva da Termogravimetria e DTG para a raspa de couro micronizada. Usada atmosfera de N2 com fluxo de 15 mL min-1, razão de aquecimento de 10 ºC min-1 e massa aproximada de 10 mg. ............................................................................................................ 138 Figura 53. Curva da Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC) para os compósitos SBR/Couro e a goma (00 phr) como referência. Usada atmosfera de N2 com fluxo de 15 mL min-1, razão de aquecimento de 10 ºC min-1 e massa aproximada de 10 mg. ........................ 140 Figura 54. Condutividade térmica e atenuação térmica para os compósitos SBR/Couro e a goma (00 phr) como referência. Os compósitos ensaiados possuem 190 x 190 mm, comprimento e largura, com espessura de 15,5 ± 0,5 mm. .................................................... 142 Figura 55. Curva característica de absorção acústica dos compósitos SBR/Couro e a goma (00 phr) como referência, segundo a ASTM E1050-10, conduzido a 20 °C, no intervalo de 500- 6500 Hz, para amostras com diâmetro de 30 mm e espessura de 10 mm. Os pontos cartesianos marcados em cada pico do gráfico representam as grandezas físicas dos eixos, indicados como (α; f(Hz)). ................................................................................................................................ 145 Figura 56. Coeficiente de absorção acústica normalizado (αN) dos compósitos SBR/Couro e a goma (00 phr) como referência, segundo a ASTM E1050-10, conduzido a 20 °C, no intervalo de 500-6500 Hz, para amostras com diâmetro de 30 mm e espessura de 10 mm. ................. 146 LISTA DE TABELAS Tabela 1. Condutibilidade térmica de compósitos de resíduos em aplicações de construção civil .................................................................................................................................................. 31 Tabela 2. Massa molar e estrutura química dos reagentes ...................................................... 65 Tabela 3. Propriedades físico-químicas do Poroso SC-C ........................................................ 68 Tabela 4. Propriedades físico-químicas do Poroso BS ............................................................ 68 Tabela 5. Formulação padrão de vulcanização listada na sequência de incorporação, processamento e homogeneização. ........................................................................................... 72 Tabela 6. Propriedades reométricas, com 1° de oscilação do disco e isotermas de 160 °C, dos compósitos SBR/Couro e a goma (00 phr) como referência. ................................................... 94 Tabela 7. Propriedades morfológicas dos poros das espumas de SBR com couro e a goma (00 phr) como referência. .............................................................................................................. 100 Tabela 8. Composição química dos constituintes do resíduo da raspa de couro por fluorescência de raios X (FRX) .................................................................................................................... 113 Tabela 9. Principais picos evidenciados pelo FT-IR modo ATR (resolução espectral de 2 cm-1, detector DTGS com 120 scans e analisado sobre uma janela de cristal de diamante) dos compósitos de SBR com couro, da goma (00 phr) e da raspa de couro micronizada. ........... 116 Tabela 10. Deformação permanente em compressão a 25% da espessura da espuma, em 70 ºC por 24 h, e coeficiente de Poisson para os compósitos SBR/Couro e a goma (00 phr) como referência. ............................................................................................................................... 126 Tabela 11. Condutividade térmica e atenuação térmica para os compósitos SBR/Couro e a goma (00 phr) como referência. Os compósitos ensaiados possuem 190 x 190 mm, comprimento e largura, com espessura de 15,5 ± 0,5 mm. .................................................... 142 Tabela 12. Comparação da condutividade térmica para diferentes matrizes poliméricas com cargas distintas e materiais usuais da construção civil que vem sendo pesquisado. .............. 144 SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO ................................................................................................................ 24 2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ........................................................................................ 30 2.1. Revestimento Térmico para Habitações Populares .................................................. 30 2.2 Avanços em Materiais de Isolamento Térmico para Construção Sustentável .......... 33 2.3 O Papel dos Resíduos de Couro na Sustentabilidade Ambiental e Industrial ........... 38 2.4 Borracha de Estireno-Butadieno (SBR): Uma Jornada de Inovação desde o Campo de Batalha até a Indústria .............................................................................................. 44 2.5 Dinâmica de Formação de Espumas Expansivas e suas Aplicações em Isolamento Térmico .................................................................................................................... 49 2.6 Propriedades e Processos de Agentes Expansores .................................................... 55 3. MATERIAIS ..................................................................................................................... 62 3.1 Borracha Sintética SBR ............................................................................................. 62 3.2 Raspa de couro .......................................................................................................... 63 3.3 Agentes de Cura ........................................................................................................ 64 3.4 Agentes Expansores .................................................................................................. 66 3.5 Aditivos: Antioxidante e plastificantes ..................................................................... 69 3.6 Carga de enchimento ................................................................................................. 70 4. MÉTODOS EXPERIMENTAIS ..................................................................................... 71 4.1 Método de preparação dos compósitos ..................................................................... 71 4.2 Métodos de caracterização ........................................................................................ 76 4.2.1 Comportamento Reológico ............................................................................... 77 4.2.2 Densidade de Ligações Cruzadas por Inchamento (Flory-Rehner) .................. 79 4.2.3 Densidade Relativa ........................................................................................... 80 4.2.4 Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Histograma e Anisotropia ....... 81 4.2.5 Densidade Celular e Distribuição do Tamanho das células .............................. 83 4.2.6 Fluorescência de Raios X (FRX) ...................................................................... 84 4.2.7 Espectroscopia Vibracional de Absorção na região do IV com Transformada de Fourier (FT-IR) ................................................................................................. 84 4.2.8 Dinâmica de Histerese: Teste de Compressão com Análise de Recuo ............. 85 4.2.9 Deformação Permanente e coeficiente de Poisson ........................................... 86 4.2.10 Perda por Abrasão ........................................................................................... 87 4.2.11 Dureza (Shore A) ............................................................................................ 87 4.2.12 Análise Mecânica Dinâmica (DMA) .............................................................. 88 4.2.13 Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC) ................................................. 88 4.2.14 Termogravimetria (TGA) ............................................................................... 89 4.2.15 Condutividade Térmica .................................................................................. 89 4.2.16 Absorção Acústica .......................................................................................... 91 5. RESULTADOS E DISCUSSÃO ..................................................................................... 93 5.1 Comportamento Reológico ....................................................................................... 93 5.2 Análise da Densidade de Ligações Cruzadas por Inchamento (Flory-Rehner) ........ 97 5.3 Morfologia Celular .................................................................................................... 99 5.4 Fluorescência de Raios X (FRX) ............................................................................ 112 5.5 Espectroscopia Vibracional de Absorção na região do IV com Transformada de Fourier (FT-IR) ...................................................................................................................... 115 5.6 Dinâmica de Histerese: Teste de Compressão com Análise de Recuo ................... 119 5.7 Deformação Permanente e Coeficiente de Poisson ................................................. 125 5.8 Dureza Shore A e Resistência a Abrasão ................................................................ 129 5.9 Análise Mecânica Dinâmica (DMA)....................................................................... 132 5.10 Termogravimetria (TGA) ...................................................................................... 135 5.11 Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC) ....................................................... 139 5.12 Condutividade térmica .......................................................................................... 141 5.13 Propriedade acústica .............................................................................................. 145 6. CONCLUSÃO ................................................................................................................. 148 7. PERSPECTIVAS ............................................................................................................ 151 8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ......................................................................... 152 1. INTRODUÇÃO 24 Revestimento térmico para habitações populares com compósitos expandidos de borracha de estireno-butadieno (SBR) com resíduo industrial couro 1. INTRODUÇÃO A urbanização acelerada das últimas décadas tem gerado uma série de desafios complexos para as cidades em todo o mundo. O aumento da densidade populacional e a expansão das atividades urbanas têm levado a um aquecimento significativo do ambiente urbano, resultando em um fenômeno conhecido como "ilhas de calor". Essas ilhas de calor são áreas urbanas onde as temperaturas são substancialmente mais altas do que as áreas circundantes, devido à absorção e retenção de calor pelos materiais urbanos e à escassez de áreas verdes [1]. O aquecimento urbano resultante das ilhas de calor acentua problemas de saúde, especialmente em populações vulneráveis como crianças e idosos, aumentando a incidência de doenças relacionadas ao calor e agravando condições médicas preexistentes. Este impacto na saúde pública está intrinsecamente ligado a consequências econômicas, pois o desconforto térmico eleva a demanda por refrigeração, o que impulsiona os custos de energia para residentes e empresas e pode diminuir a produtividade em ambientes de trabalho inadequadamente climatizados [2]. Além dos impactos na saúde humana, o aquecimento urbano também pode ter consequências econômicas significativas. Por exemplo, o aumento da demanda por energia para refrigeração durante os meses mais quentes pode levar a picos de consumo de eletricidade e aumentos nos custos de energia para os residentes e empresas. Além disso, o aumento das temperaturas urbanas pode afetar negativamente a produtividade no local de trabalho, especialmente em ambientes sem ar condicionado adequado [3, 4, 5]. As perspectivas futuras são alarmantes tanto em termos econômicos quanto ambientais. O Fundo Monetário Internacional (FMI) projeta uma contração de 3% na economia global até 2050, acelerada por uma redução antecipada de 3% já em 2020 devido aos impactos da pandemia do Coronavírus (COVID-19) [6]. Paralelamente, Erdem Cuce e colaboradores destacam que a temperatura média da superfície terrestre se elevou aproximadamente 0,8 °C, com dois terços desse aumento ocorrendo nas últimas três décadas [7]. Avançando nos estudos, o Sexto Relatório de Avaliação (AR6) do IPCC afirmou que a temperatura média global da superfície aumentou em aproximadamente 1,09 °C, tomando como linha de base pré-industrial o período de 1850-1900 até 2011-2020 [8]. Além disso, o relatório enfatiza que esse aquecimento recente é sem precedentes nos últimos milhares de anos e atribui a maior parte desse aumento às atividades humanas nas últimas décadas. Essa 1. INTRODUÇÃO 25 Revestimento térmico para habitações populares com compósitos expandidos de borracha de estireno-butadieno (SBR) com resíduo industrial couro tendência climática, intensificada pela ação humana, representa desafios significativos para a sustentabilidade global. É essencial desenvolver estratégias e implementar ações que transformem o panorama atual. Especificamente na construção civil, é notório que materiais convencionais como tijolos e concreto geralmente apresentem baixa eficiência energética. [9]. Essa característica resulta em um aumento da temperatura interna das habitações, especialmente em regiões de clima quente. Tal condição não apenas reduz o conforto térmico dos residentes, mas também pode provocar problemas de saúde e incrementar o consumo de energia devido à maior dependência de sistemas de ar-condicionado [10]. Em algumas regiões e durante certos períodos, o consumo de energia elétrica para refrigeração residencial compete diretamente com a demanda do setor industrial. Esta competição pode sobrecarregar a infraestrutura elétrica existente, levando a falhas e interrupções no fornecimento de energia. Para prevenir colapsos mais graves, as concessionárias de energia podem ser forçadas a adotar medidas como redução de carga ou desligamentos programados em áreas específicas da rede. O tempo necessário para o restabelecimento do fornecimento de energia pode variar de algumas horas a vários dias, causando prejuízos significativos e desconforto não apenas para a população, mas também afetando o comércio, hospitais e indústrias [11]. Diante dos crescentes desafios climáticos e econômicos impostos pelo aquecimento urbano, torna-se crucial adotar estratégias que mitigam esses impactos de forma integrada. A utilização de materiais termoisolantes em edifícios urbanos exemplifica uma solução eficaz, que não apenas reduz a transferência de calor e melhora o conforto interno, mas também diminui a carga sobre os sistemas de climatização. Esse avanço pode significativamente reduzir o consumo energético urbano, contribuindo para a sustentabilidade econômica e ambiental das cidades Estudos têm demonstrado que o uso de materiais termoisolantes em edificações pode resultar em reduções significativas no consumo de energia destinada ao aquecimento e à refrigeração. Por exemplo, uma análise realizada pela Agência Internacional de Energia identificou que a implementação de medidas de eficiência energética, incluindo o uso de isolamento térmico, tem o potencial de reduzir o consumo de energia em edifícios urbanos em até 50%. Este dado sublinha a eficácia de adotar materiais termoisolantes como uma estratégia fundamental para a sustentabilidade urbana e para a mitigação dos impactos do aquecimento global em ambientes construídos [12]. 1. INTRODUÇÃO 26 Revestimento térmico para habitações populares com compósitos expandidos de borracha de estireno-butadieno (SBR) com resíduo industrial couro Para mitigar os efeitos adversos das mudanças climáticas e reduzir o consumo de energia elétrica, têm emergido pesquisas focadas em modelagem e simulações, bem como no desenvolvimento de materiais compósitos que funcionam como isolantes térmicos. Em particular, Sheng et al. [13] avaliaram a resiliência térmica de uma instalação de vida assistida durante episódios extremos de calor e frio, assim como durante interrupções no fornecimento de energia elétrica. Utilizando modelagem e análises detalhadas, o estudo examinou os impactos de treze medidas de eficiência energética sobre a resiliência térmica e a capacidade dos sistemas de energia de reserva. Os resultados indicaram que, embora a ventilação natural seja eficaz para reduzir o superaquecimento no verão, as medidas de isolamento térmico podem apresentar resultados variados entre os eventos de calor extremo e frio intenso. Outro estudo significativo no campo da simulação computacional foi conduzido por Anter et al. [14], que exploraram a integração de materiais de mudança de fase (PCM) nas paredes de edifícios para aprimorar o desempenho térmico e reduzir o consumo de energia. Focado no ambiente árido de Aswan, Egito, durante o verão, este estudo analisou o comportamento térmico de longo prazo de paredes que incorporam diferentes tipos e espessuras de PCM. As simulações computacionais ajudaram a avaliar como essas variáveis afetam a temperatura interna das paredes. Os resultados mostraram que o PCM, especialmente o PCM RT-35HC — material de mudança de fase que opera eficientemente em temperaturas próximas à ambiente (RT = Room Temperature), muda de estado a 35 °C, possui alta capacidade de armazenamento térmico (HC = High Capacity) — é eficaz em diminuir o fluxo de calor interno e em manter a temperatura das paredes internas dentro de níveis ótimos, evidenciando seu potencial como uma solução eficiente para o controle térmico em climas quentes. No contexto do desenvolvimento de materiais compósitos modernos, Kocyigit et al. [15] exploraram a fabricação de um concreto celular inovador que incorpora um material de mudança de fase (PCM) composto por ácido caprílico (C8H16O2), um ácido graxo saturado, infundido em pó de basalto residual. Este concreto foi projetado para o armazenamento de energia térmica em edificações e demonstrou capacidade de termorregulação solar, ajudando a manter as temperaturas internas mais estáveis e confortáveis. Embora a adição do PCM tenha resultado em uma redução moderada na resistência mecânica do concreto, o material exibiu alta eficiência em ciclos repetidos de fusão e solidificação. Essas características indicam que o concreto celular desenvolvido por Kocyigit et al. representa uma opção viável e sustentável para construções, contribuindo significativamente para a conservação de energia e uma termorregulação mais eficiente em edifícios. 1. INTRODUÇÃO 27 Revestimento térmico para habitações populares com compósitos expandidos de borracha de estireno-butadieno (SBR) com resíduo industrial couro Em um estudo realizado por Kumar et al. [5], é feita uma análise comparativa das propriedades e do desempenho de diversos materiais de isolamento utilizados na construção civil. Este estudo sublinha a crucial importância do isolamento para a eficiência energética e para o conforto térmico interno, considerando que o isolante é um determinante chave no controle do ganho e da perda de calor em edifícios. Propõe-se um esquema de otimização que avalia as propriedades térmicas, higroscópicas, acústicas, de reação ao fogo, ambientais e os custos associados a esses materiais, com uma atenção especial às variações necessárias em diferentes zonas climáticas. O estudo também aponta que o uso de materiais de isolamento sustentáveis pode reduzir significativamente o risco de superaquecimento durante os meses de verão e enfatiza a importância de considerar múltiplos critérios na seleção do isolamento mais adequado Diante da necessidade urgente de reduzir o consumo de energia e promover a sustentabilidade ambiental, a demanda por materiais compósitos ecoeficientes tem crescido significativamente. Este interesse é evidenciado pelo aumento das iniciativas globais que visam desenvolver revestimentos térmicos eficazes, de baixa densidade e economicamente acessíveis, destacando-se como uma prioridade em centros de pesquisa e inovação tecnológica. Estas soluções visam não apenas melhorar o desempenho energético dos edifícios, mas também contribuir para a redução da pegada ecológica da indústria da construção [16]. Entre as várias alternativas exploradas, destaca-se o potencial dos compósitos poliméricos expandidos que incorporam resíduos de couro bovino, como aparas e raspas. Esses resíduos são ricos em sulfato de cromo trivalente (Cr3+), empregado no curtimento, que ao reagir com as fibras de colágeno do couro, não só melhora a resistência e a estabilidade do material, mas também realça sua estética após o tingimento. Além disso, o sulfato de cromo torna o couro mais resistente à decomposição bacteriana e aumenta sua durabilidade, características que são altamente valorizadas pela indústria de curtimento. A possibilidade de reaproveitamento desses resíduos para uso em materiais de construção inovadores destaca-se como uma estratégia sustentável e economicamente viável para lidar com resíduos e promover a ecoeficiência na indústria da construção [17]. No entanto, é crucial ressaltar os riscos associados ao manuseio e descarte inadequados de resíduos contendo cromo. Sob certas condições ambientais, o cromo trivalente (Cr³⁺), que é a forma mais estável, pode ser oxidado a cromo hexavalente (Cr⁶⁺). O Cr⁶⁺ não é estável em sua forma isolada; ele existe predominantemente na forma de cromatos [CrO4]2− em meio básico ou dicromatos [Cr2O7]2− em meio ácido. Essa oxidação ocorre especialmente sob exposição prolongada à luz solar ou na presença de agentes oxidantes, como óxidos de 1. INTRODUÇÃO 28 Revestimento térmico para habitações populares com compósitos expandidos de borracha de estireno-butadieno (SBR) com resíduo industrial couro manganês. O Cr⁶⁺, presente na forma de cromatos, é carcinogênico e extremamente prejudicial ao meio ambiente. Essa transformação pode contaminar solos e corpos d'água, evidenciando a necessidade de práticas rigorosas de gestão ambiental e de tecnologias avançadas de tratamento para prevenir a poluição e garantir a sustentabilidade no uso desses materiais [18]. Matrizes poliméricas representam uma plataforma ideal para incorporação de resíduos de couro, devido à sua habilidade de encapsular esses materiais. Esta encapsulação não só previne a oxidação do cromo trivalente (Cr3+) em cromo hexavalente (Cr6+) — um processo que poderia liberar compostos carcinogênicos — mas também reforça as propriedades mecânicas dos compósitos, garantindo a segurança ambiental do material [19]. Adicionalmente, a inclusão de um agente expansor confere porosidade ao compósito, criando células de ar que diminuem sua condutividade térmica. Isso torna o material ideal para isolamento térmico [20]. A mesma porosidade facilita também a absorção de som, ampliando as aplicações do compósito para isolamento acústico [21]. Tal característica é extremamente benéfica em ambientes que necessitam de controle de ruído, como edifícios residenciais e industriais. Na busca por alternativas sustentáveis, o estudo conduzido por Ulfat et al. [22], adotou uma abordagem inovadora ao reciclar resíduos da indústria de curtimento de couro, especificamente a poeira de polimento. Esses resíduos foram reprocessados em compósitos de isolamento térmico usando poliestireno. A pesquisa teve um duplo propósito: mitigar a poluição do ar derivada desses resíduos e criar um material compósito eficiente. A fusão da poeira de polimento com poliestireno e um agente expansor produziu um compósito poroso que exibe baixa condutividade térmica, elevada resistência à compressão e boa estabilidade térmica. Os resultados promissores sugerem que esses compósitos expandidos são adequados para uso como isolantes térmicos em construção civil, oferecendo uma solução ecológica que favorece a economia circular e reduz a poluição atmosférica. Em estudos anteriores conduzidos por nosso grupo de pesquisa, Garcia et al. [23] desenvolveram uma técnica inovadora para reciclar resíduos de couro, utilizando-os como material de enchimento em espumas de borracha natural. O processo envolveu variar a quantidade de resíduos de couro incorporados nas espumas, que foram então examinadas através de testes morfológicos e mecânicos. Observamos que um aumento na proporção de resíduos de couro levou à formação de células menores e mais uniformes nas espumas, bem como a um aumento significativo em sua rigidez. Esses resultados demonstram a contribuição do nosso grupo para a área, apresentando uma estratégia eficaz e ecologicamente correta para a reutilização de resíduos de couro e indicando potencial para a produção de novos materiais sustentáveis e "eco-friendly". 1. INTRODUÇÃO 29 Revestimento térmico para habitações populares com compósitos expandidos de borracha de estireno-butadieno (SBR) com resíduo industrial couro No âmbito da inovação sustentável, os compósitos expandidos feitos de borracha de estireno butadieno (SBR) surgiram como uma opção promissora. Eles se destacam devido às suas propriedades térmicas superiores, baixo custo relativo em comparação com outras borrachas sintéticas, e a capacidade de integrar resíduos industriais, como resíduos de couro. Essa combinação não apenas promove a sustentabilidade ambiental, mas também implica um uso eficiente de subprodutos industriais. Importante destacar, esses compósitos também oferecem potencial como materiais acústicos, ampliando ainda mais suas aplicações práticas. A absorção sonora dos materiais é crucial para aumentar o conforto acústico em ambientes residenciais, especialmente em áreas urbanas onde o ruído externo é uma preocupação constante. A utilização de compósitos expandidos de borracha de estireno butadieno (SBR) enriquecidos com resíduo industrial de couro não só oferece isolamento térmico eficaz, mas também ajuda a diminuir o ruído indesejado. Isso resulta em ambientes mais tranquilos e confortáveis para os moradores, particularmente em habitações populares. Além disso, essas características fazem dos compósitos expandidos uma solução versátil, multifuncional e sustentável, que atende a desafios globais e específicos na construção civil. 6. CONCLUSÃO 148 Revestimento térmico para habitações populares com compósitos expandidos de borracha de estireno-butadieno (SBR) com resíduo industrial couro 6. CONCLUSÃO No desenvolvimento das espumas de borracha de estireno-butadieno (SBR), adotamos azodicarbonamida e bicarbonato de sódio como agentes de expansão, enxofre para a vulcanização e resíduos de couro micronizado na granulometria de 50 mesh como carga. Os compósitos de espuma SBR/Couro foram formulados em concentrações variando de 0 a 50 phr, com incrementos de 10 phr. Esses compósitos foram meticulosamente avaliados através de testes que abordaram suas propriedades reológicas, morfológicas, mecânicas, acústicas e térmicas. Os resultados obtidos não apenas validaram a eficácia dos métodos empregados, mas também destacaram a importância fundamental das descobertas, evidenciando a contribuição significativa deste estudo para o avanço no campo da ciência dos materiais. As análises mecânicas dos compósitos SBR/Couro revelaram um conjunto de propriedades que os qualificam como materiais excepcionais para aplicações em revestimentos térmicos em habitações populares. Estes compósitos demonstraram aumento na dureza Shore A e no módulo de elasticidade, traduzindo-se em uma resistência aprimorada à abrasão e uma melhor capacidade de controlar a deformação permanente sob cargas mecânicas repetidas. Essas características não somente garantem a durabilidade dos compósitos, mas também asseguram a manutenção de seu desempenho térmico ao longo do tempo, evidenciando seu potencial como solução eficaz e durável para isolamento térmico. A análise do desempenho térmico dos compósitos SBR/Couro confirmou sua alta capacidade de isolamento, fundamental para sua aplicação em revestimentos térmicos em habitações populares. A estrutura dos compósitos, definida por uma distribuição uniforme e controlada de poros, é crucial para a redução efetiva da condutividade térmica. Essa propriedade foi especialmente evidente no compósito SBR/Couro 20 phr, que se destacou por criar uma barreira térmica mais eficaz. O estudo também revelou que a variação na densidade relativa e porosidade dos compósitos impacta diretamente a performance isolante. Para os compósitos SBR/Couro 10 e 20 phr, a densidade relativa e porosidade se mantiveram estáveis, oferecendo um equilíbrio ideal entre resistência mecânica e isolamento térmico. No entanto, com o aumento da adição de couro, notou-se uma elevação na densidade relativa e uma redução na porosidade, o que contribui para um aumento da transferência de calor através do material. Embora os compósitos SBR/Couro apresentem uma densidade relativamente maior em comparação com materiais tradicionais como fibra de vidro e EPS, eles trazem várias vantagens. A maior densidade sugere uma resistência estrutural aprimorada e maior 6. CONCLUSÃO 149 Revestimento térmico para habitações populares com compósitos expandidos de borracha de estireno-butadieno (SBR) com resíduo industrial couro durabilidade, o que resulta em um revestimento térmico mais robusto e duradouro. Adicionalmente, o isolamento proporcionado por esses compósitos requer uma espessura de apenas 15 mm para alcançar uma eficiência térmica comparável à de materiais tradicionais, que geralmente necessitam de espessuras maiores. Isso não apenas minimiza o consumo de material, mas também simplifica a instalação em ambientes com restrições de espaço, tornando os compósitos SBR/Couro uma escolha prática e eficiente para aplicações em construção civil. Portanto, os compósitos SBR/Couro não apenas atendem às exigências de isolamento térmico para aplicações em construção civil, mas também oferecem uma solução eficaz para melhorar o conforto habitacional e a sustentabilidade ambiental. A capacidade desses materiais de oferecer isolamento superior com espessuras reduzidas comparativamente aos materiais isolantes tradicionais demonstra o potencial de inovação e aplicabilidade prática dos compósitos desenvolvidos. Os resultados obtidos com os compósitos SBR/Couro são notavelmente superiores quando comparados aos materiais de construção tradicionais, tais como placas de construção (0,170 Wm-1 K-1), compensado (0,120 Wm-1 K-1), fibra de vidro, telhado de asfalto e telhas de cimento, cujas condutividades térmicas variam entre 0,170 e 0,800 Wm-1 K-1. Estes compósitos também mostram resultados competitivos quando comparados a outros compósitos, como casca de girassol/cânhamo de linho triturado (0,066 - 0,077 Wm-1 K-1) e cânhamo/concreto (0,060 - 0,542 Wm-1 K-1), e são superiores aos compósitos de poliestireno expandido/gesso (0,078 - 0,129 Wm-1 K-1), fibra de coco verde/bagaço com cola de poliuretano (0,140 - 0,170 Wm-1 K-1) e bagaço/Curauá/Juta com resina de poliuretano (0,141 - 0,157 Wm-1 K-1), entre outros já apresentados. A incorporação de resíduos de couro como carga nos compósitos não apenas melhora o desempenho térmico, mas também reforça o compromisso com a sustentabilidade ambiental, uma vez que esses compósitos encapsulam eficientemente o cromo trivalente (Cr3+), presente nos resíduos de couro, prevenindo sua oxidação para a forma hexavalente (Cr6+), conhecida por seus efeitos carcinogênicos e ambientalmente nocivos. Além disso, a redução da condutividade térmica nos compósitos SBR/Couro estabelece uma barreira eficaz contra a propagação de calor, contribuindo assim para a redução do consumo de energia e melhoria da eficiência térmica em habitações populares. Portanto, esses compósitos não apenas satisfazem os requisitos de desempenho térmico para materiais modernos de construção civil, mas também proporcionam uma solução sustentável, técnica e eficiente. 6. CONCLUSÃO 150 Revestimento térmico para habitações populares com compósitos expandidos de borracha de estireno-butadieno (SBR) com resíduo industrial couro A integração de resíduos de couro como carga nos compósitos não só demonstra a capacidade de reutilizar materiais que de outra forma seriam descartados, mas também reduz significativamente a necessidade de recursos naturais. Esta abordagem alinha-se com as diretrizes globais para a redução do impacto ambiental, ajudando a diminuir a pegada ecológica associada à produção de materiais de construção. A aplicação dos compósitos SBR/Couro em revestimentos térmicos para habitações populares vai além de simplesmente atender às demandas técnicas por durabilidade e eficiência; ela representa uma solução profundamente sustentável. O emprego de resíduos industriais de couro na fabricação destes compósitos exemplifica os princípios da economia circular, promovendo o uso responsável de recursos e reduzindo significativamente o impacto ambiental geralmente associado à produção de novos materiais de construção. Portanto, os compósitos de espuma SBR/Couro não se destacam apenas por sua avançada tecnologia, mas também por serem uma escolha ecologicamente consciente, oferecendo um modelo inovador para a modernização das construções em habitações populares. 8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 152 Revestimento térmico para habitações populares com compósitos expandidos de borracha de estireno-butadieno (SBR) com resíduo industrial couro 8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] MIRRAHIMI, S. et al. The effect of building envelope on the thermal comfort and energy saving for high- rise buildings in hot–humid climate. Renewable and Sustainable Energy Reviews, v. 53, p. 1508-1519, 2016. DOI: https://doi.org/10.1016/j.rser.2015.09.055. 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