PT105486A - Compósito de fibras vegetais, bioresina e suas aplicações - Google Patents

Abstract

COMPÓSITOS DE FIBRAS VEGETAIS SÃO CARACTERIZADOS POR CONTEREM NA 5 COMPOSIÇÃO DA MATRIZ, SERRADURA, LASCAS DE MADEIRA, PALHA DE TRIGO, CASCA DE MILHO, PALHA E CASCA DE ARROZ E AINDA A VULGAR CANA DO REINO, ENTRE OUTROS, IMPREGNADAS NUMA RESINA NATURAL TERMO-ENDURECÍVEL PERMITINDO A CONSOLIDAÇÃO DAS DIFERENTES FIBRAS. O USO DE BIORESINA POSSIBILITA A RECICLAGEM, REDUZINDO A GERAÇÃO 10 DE LIXO, EM ESPECIAL NA CONSTRUÇÃO CIVIL, O SECTOR DA SOCIEDADE QUE GERA MAIS LIXO. DESTA FORMA, O PRESENTE INVENTO É ÚTIL QUANDO SE PRETENDE MELHORAR O DESEMPENHO DA MATRIZ COMPÓSITA, ESPECIFICAMENTE A CAPACIDADE DE IMPERMEABILIZAÇÃO À ÁGUA, O COMPORTAMENTO MECÂNICO, A LEVEZA, A 15 RESISTÊNCIA AO IMPACTO E AO FOGO, A VERSATILIDADE E A DURABILIDADE, ENTRE OUTRAS. A PRESENTE INVENÇÃO ORIGINA UM PRODUTO COM GRANDE FLEXIBILIDADE E COM GRANDE APLICABILIDADE NOS VÁRIOS SECTORES DA CONSTRUÇÃO CIVIL E NA INDÚSTRIA MOBILIÁRIA, ENTRE OUTROS.

Description

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2G 25 30 m m 45

DESCRIÇÃO COMPÓSITO DE FIERãS VEGBTãXS, BIORESIMA E SXJ&& APLICRÇOES 1» Dominio técnico da invenção O presente invento nefere-se a uma formulação de mm compósito constitui.do por uma matriz de fibras vegetais, impregnadas numa resina natural termo-600.00001,001 o puo permite a consolidação das diferentes fibras, originando um produto com grande 1'iaxibLI idade com grande aplicabilidade nos: carros sectores da construção civil o na indústria mobiliária, entre outros, Os compósitos ostruturais de fibras vegetais, incluem, na sua composição, os componentes constituintes da matriz compósita, utilizando matérias-primas naturais, renováveis e recicláveis, conhecidas por materiais verdes. Escas matérias-primas constituem um subproduto da indústria de processamento de madeira, ou de agro-dndústrias, em particular, serradura, lascas de madeira, palha de trigo, casca de milho, palha e casca, de arroz e ainda a vulgar cana do reino, entre outros, devem ser nt i 1 nadas numa percentagem entre 5G a 95%, misturadas com uma bioresina cuja pa reen tagem pode variar entre 5% a 50% do peso da matriz compósita. & biorasiaa

Ud entraida do lenho, de folhas, ca de algumas ssbdci.es vegetai sementes e , com:c por exemplo milho, co.lta. e batata entre· outras por qualquer processo de extração seletivo e que respeite o meio ambieute. A 1unção destes materiais combina as propriedades positivas de cada um, podendo até eliminar algumas das propriedades negativas dos materiais quando utilizados individualmente, O processo de fabrico do compôs1 to consiste numa fase inicial de trituração das matéri as-primas (fibras vegetais) para obter um produto finai com uma granuiorneiria inferior a 1500 micros, Sega indo "-se a secagem das fibras, em estufa, ou câmaras climáticas, ou ainda através da circulação de ar, entre outras, utilizando uma temperatura inferior a 50°C, durante o período de tempo necessário para permitir: uma perda de humidade e de outros agentes biodegradaptes que pede variar entre 1.0 a 15% do seu peso bruto inicial, evitando problemas durante a mistura com a bioresina a ser usada. Para obtenção dos traços do compósito as dif; erent.es fibras vegetars são misturadas nas percentagens acima referidas de forma a obter uma mistura, homogénea,: Sequíndo-se a adição da. resina na percentagem entre 5 a 50%, que se funde nas fibras vegetais, podendo ainda sor adicionado um ou mais pigmentos vegetais, extraídos de flores, frutos, raízes, folhas entre outros, por qualquer processo d® extração selacfivo e que respeite o meio «afeie»*®, permitindo obter um produto com a cor desejada, a mistura e se. orne moa oe segunda a uma axrrusso e por txm ama prensagem/ mo Ida gem do produto de prova, Obtendo-se assim, um produto compacto de boa qualidade, com uniformidade dimensional o com as dimensóes, espessura e geometria em função da sua au i i e a ,..-,1., 1 50 A genese da composição doa compósitos estruturais baseados na junção de fibras vegetais com a biorssina, origina p compósito com nineis de desempenho ei orados em particular com resistência, 55 versatilidade, durabilidade, capacidade de .impermeabilização â âgoa, em particular em ambientes expostos a humidade cariada, maior lenesa o resistência ao fogo, revelando comportamentos excecionais e diferenciados dos materiais atuaimento usados na engenharia em geral, A sua performance resulta da composição doe 60 mater1a is uti i izados e da metodo iog i a u.sada, do caso das aplicações em construção civil, acabamentos e/ou revestimentos de interiores e exteriores, os componentes vegetais pedem ser formulados para ao adequarem, a um. grande número de aplicações com várias formas, coros, tamanhos e nineis de 66 sus ?. en tebi i idade...

Este compósito apresenta elevada resistência mecânica, durabilidde e moInabilidade de forma e volume, permitindo ainda a soa reotiii ração e/ou reciclagem no fim de ciclo de vida útil. do produto. 7Ó Esto nono produto que MÃO bBRA EMISSÃO de compostos· orgânicos no lá tei s ÇCOVs). nem. de formaldeldo, sendo por isso um. produto ecologicamente limpo, pretende ser uma alternativa aos compósitos termoplást icos utilisados na construção civil, que são materiais com. uma estrutura feita em. polipropileno, a esta estrutura são 76 coladas montas de fibra de vidro impregnadas com ama resina tónico (ureia/f ormei.déido, fenòlicas ou poliuretanos) tenao--'endureço, vei, com emissão de compostos orgânicos voláteis (COVa) o formai dei doestes termoplásticos têm: custos elevados, baixa resistência ao co lor e às variações cl imatéri cas - Otilizam come matér ia "'prima o AÓ petróleo que é um. recurso natural limitado, caro, e prejudicial ao ambiente. Este produto ê ainda uma alternativa à madeira, a aos contraplacados de madeira consti tuido por várias laminas de madeira sobrepostas e coladas umas sobre os outras, normalmenta utilizam. uma resi.no toxica (ureia/formal doido, fenòlicas ou 55 poliuretanos) com emissão de compostos orgânicos voláteis (ciOfs) e .formaldeldo o que são contudo materiais porosos, e por isso, permeáveis à infiltração da água,

Ao nível da sustentabilidade social e humana# este novo produto fornece conforto e qualidade de vide aos seus utilizadores, âO considerando-se iguaimente importante, os aspetos estéticos.

Assim, este compósito, cujos constituintes básicos são desperdícios vegetais (serradura, acaras de madeira palha e casca de trigo, palha de milho, entra outros; e a hioresina, vêm contribuir para. o equilíbrio e preservação das florestas e da sua dS hiodiversida.de e ainda vem; dar resposta a algumas das Ia comas ma is criticas ao nível do sector do construção, entre outros, maior diirafoilida.de, maior resistência às variações climatéricas, nomeedamenté variações de temperatura e humidade reduzindo a permeabilidade à água, caraoteristicas ainda não encontradas nos 100 atuais materiais ditos compósitos existentes no mercado# nem. na madeira >

Mos compósitos estruturais a biorasina, sendo ura resina saturai., 2 biodegradável e termo-endoreoivei permite a consolidação das ai ferent.es fibras, originando ura produto cora grande flexibilidade 103 e, c o n s e gυeniemente, com: grande aplicaoíiidade..

De ata forna., a presente invenção insere-se no domínio da com:ração civil e outros materiais, com aplicação variada desde .ura simples peça. para mobiliário urbano (banco, passadi ço, movei a ou outros} a uma grande variedade de acabamentos de interiores e 110 exteriores, em particular, rodapés, portas, saneas, placas oo lâminas para revestimentos exteriores e interiores, pavimentos de eoslnha, casa de bando e pavimentos circundantes de pisei nas interiores e exteriores, podendo ainda serem desenvolvidas pegas espeeificamente para ut111 ração na reabilitação de edifícios o 115 facilmente spiiçáveis,nomeadamente na. auto-construção, A presente mvenoso vem; resolver as falhas dos materiais, nomeadamente .redusindo a permeabilidade â água; “ os produtos no fim do seu oleio de vida 120 útil, contribuindo paru a redução de desperdícios e aumentando a suá sustentabiiidade; - permitir aumentar a durabilidade dos materiais, cm particular diminuindo oa estragos causadas pela permeabilidade dí ôiigtx >ri ii aumentando a resxstêneia ao impacto; 125 - diminuir o peso dos materiais compósitos aumentando a sua versa 111 idade; me.Ib.orar o desempenho das ma.cr ires compósitas em particular na sua resposta ao fogo (pão inflamabilidade)> contribuir para a redução do impacto ambientai., nomea demente 130 reduaináo a desfiorestacão e a utilização de materiais poluentes usados actuai.men.te na produção de compósitos, como por exemplo pol.ieti.ieno, poi ipropileno e resinas termoplásticas, entre outros , - diminuir drasticamente os desperdícios vegetais provenientes das produções agricolas e das industrias de processamento de madeira 135 ou. agro-industriais: aumentando a aasrentabilidade das mesmas. 2, Estado da técnica

No documento Improvement oí physico-mechanioal properties of jute fiber remiorced poi.ypropylene composite by post-treatment, 140 Frogress 1 n Comoosites; Part ã 39, Ângust 2008, Fages 1730-1747 (Md. Eetaur Eanman, Md. Monimal Hugue, Md. Márrui Isiam, Mahbub Hasan) [31 descreve-se a produção de compósitos constituídos cor poriprópileno reforçados com fi.bras vegetais. Ma presente invenção atixira-se fibras vegetais impregnadas com. uma bi.or e si na 145 biodegradável< Este documento não concerne a ot.il inação do uma olores!nu na composição de materiais para a atilisacão em indústrias de construção oiv.il e mobiliária.

Do documento Poiymide-0/vsoetai fiber composite orepared by m ext ruslon and inlection molding, Progress In Compcsltes; Part ã 38, nngust .2007, Fages 2103 -2811. (Pauto A. Santos, Mareia o.3, Splnacé, Karen K.G. Ferem se li i, Marco-A, De Pa o 11.) [41 descreve-se a produção de compósitoa á base de fibras vegetais e ooi iamide-6. 3

Ha presente invenção utii isa-se fibras vegetais impregnadas com 155 uma bioresina biodegradável. Este documento não concerne a utilização de uma bioteaina na composição de materiais para a utiiisacão em indústrias da construção civil e mobiliária^ dg documento Preparation and properties of cecycied EDPE/natural 160 fifcer composlfes Prograss in Composites: Part h 38ç February 2007, Pages 1664-1674 íYong iai, Qinglin hu, Fai Yao, Yaníun Xu) . [6| descrevo-se a produção de compósitod â base de fibras naturais e resinas termoplásticas (poiietilend de alta densidade). da presente Invenção utiliza-se fibras vegetais impregnadas com. uma 155 bioresina biodegradável. Este documento não -concerne a utilização de uma pio resina na composição de materiais para & utii. inação em indústrias de construção civil e mobiliária. do documento Flama retardancy of ri.ce bcsk-filied high-density 170 polyethylene ecocompósites Progress in Composites Science and

Technology, volume 69, August 2009, Pages 2675-2681 (Qiang Lhao, Baoding Ehang, Bui Quan, Eichard C.M, Iam, Eichard K,K, Yuan, Rcoert K.Y, Li) [õ] descreve-se a produção de eco-compósitos de polietileno e fibras vegetais, Ha presente invenção utiliza-se 175 fibras vegetais impregnadas com uma bioresrna biodegradável., Este documento não concerne a atilisaçao de uma bioresina. na composição da materiais cama a. utii inação em industrias de eons tração civil e mobiliária. 160 Ho documento Estudo do r e p r o o e s a ene n t o da compósitos de polipropi i eno reforçado VI Congresso Brasileiro de Engenharia Química em iniciação Cientifica y.i bota, S,m da Luz, A,P.Del'Arco, Jr, A.B,óonçalves [ 1) avaliou-se a racioiaciiidude dos compósitos de poliprccilcnQ reforçado c om diferentes 1SS percentagens de bagaço da cana™de-açocar. Ha presente invenção utiliza-se fibras vegetais impregnadas com uma bioresina biodegradável v Este documento não concerne a uti iização do uma bioresina na composição de materiais para a utilização em indústrias da construção civil e mobiliária, 186 3, Suposição detalhada da invenção A presente invenção refere-se a um. compósito constituído por uma matris, culos constituintes básicos são fibras vegetais impregnadas numa resina natural termo-endorecivel e que permite a 195 consolidação das diferentes fibras., originando um: produto com grande flazibilidade com grande aplicabilidade nos vários sectores da construção oivi 1. e na indústria móbiliárlá,. entfe outros.

Os compósitos estruturais do fibras vegetais, incluem na sua composição, os componentes constituintes da matriz compósita, 200 uti1 irando matérias-primas naturais, renováveis e recicláveis, conhecidas por matemiais verdes. Estas matérias-prima constituam ass. subproduto da indústria de processamento de -madeira, ou de agro-industrias, em particular, serradura, lascas de madeira, palha de trigo, casca de milho, palha e casca de arroz o ainda a 4 205 vulgar cana do reino, entre outros, A junção destes materiais combina as propriedades positinas de cada um, podendo até eliminar algemas das propriedades negativas d os mal e r ia .1. s qu a ndo ui i .11 z a do s i n d t v i do a 1 men t e, O processo de .fabrico do compósito consiste numa fase iniciai de 2K) trituração das matérias--primas (fibras vegetais} por moinhos de rolos e de martelos pare assim obter um produto fina 1 com as oaracteristicas granuiooétricas inferiores a 1500 micros,

Segui ndo-" se a secagem das fibras, em estufa ou câmaras climáticas, ou ainda por circulação de ar, entre outras, utilizando orna 115 temperatura inferior a 5Q°C, durante o período de tempo necessário para permitir uma perde de humidade e de outros agentes hiodegradantes que pode variar entre 10 a 15% do seu peso bruto inicial, evitando problemas durante a mistura com a bioresina. a ser usada, 220 Para obtenção dos traços do compósito as diferentes fibras vegetais sâo misturadas em. silos em percentagens de 50 a 05%f de forma a obter uma -mistura homogénea. Seguindo-se a adição da resina, que se funde nas fibras vegetais, nesta fase pode ainda ser adicionado um ou sais pigmentos vegetais, extraídos de flores, 225 frutos, raizes, folhas entre outros, por çps&I<$a®r procooso de extração seletivo e que respeite o meio amtoie.ute, conferindo ao produto a cor desejada e por fim uma extrasâm e uma prensagem/moldagem do produto de prova, Dfotendo-se assim· um produto compacto de boa qualidade, com uniformidade dimensional e 250 com as dimensões, espessura e geometria em função da sua ap: 1z ca ça o,

Pretende-se com a presente invenção, que tem per oblectivo o fabrico da matriz compósita de fibras vegetais, pela adição de uma bioresina, aumentar o desempenho do mat@ri.al compósito, 235 pariicularmente ao nível da una capacidade de impermeebi 1 i z ação á água, levara, resistência ao impacte, resposta ao foge e versatilidade, entre entras,

Po case dás aplicações era construção civil, acabamentos e /ou revestimentos de interiores e exteriores, os componentes vegetais 240 podem ser formulados para se adequarem a um grande nume?; o de aplicações com várias formas, cores, tamanhos e níveis de sa s tentabi li da de,

Este compósito apresenta elevada resistência mecânica, durabilidade e meldabllidade de forma e volume, permitindo ainda a 245 sua reutilização e/ou reciclagem no fim do ciclo de vida sítil do produto, A percentagem de bioresina ií.e, resina natural} adicionada entre 5 a 501, assim como a percentagem das fibras vegetais entre 50 a 95% que compõem a matriz compósita e a granalometria (inferior a 250 1550 micros) das fibras vegetais, são variáveis que determinam as propriedades do material final, permitindo controlar a capacidade de impermeabilização â âgua, leveza, resistência ao impacto, resposta ao fogo s versatilidade, entre entras.

Uma vez que a porosidade dos materiais atualmente evtsteutes 255 (madeira e aglomerados) e a falta de impermeabilização à ãgua são 5 limitações e representam desafios críticos na construção civil atuai, a presente invenção vem colmatar estas lacunas que associada ãs suas caracteres t i. ca a ecológicas lhe confere alta sus t. então.·. 1 idade e com grande apl 1 caçuo na. oonstruçáo civil e na 170 industria mobiliária, sendo no caso da construção civil preferenclalm.ente aplicável como 'material de acabamento de Interiores e exteriores, nomeadamente revestimento de paredes, cháo, tetos, rodapés, sancas, placas ou lâminas para revestimentos exteriores e interiores, pavimentos de covinha, casa de banho c 27$ pavimentes circundantes de piscinas interiores e exteriores, podendo ainda serem desenvolvidas peças espoeificamento para utilimçlo na reabilitação de edifícios e facilmente aplicáveis, nomeadamente na auto-construção, entre outros, 280 4. Exposição do processo coastnitívo O processo de preparação dos compôsi tos estruturais de fibras vegetais com. a resina natural concerne na seguinte metodologias Paso- Primeiro caracter.L xa-se peia aplicação direta, nama percentagem variável (50-951:) , das diferentes fibras vegetais 285 (serradura, palha de trigo:, casca de trigo, cana do reino ou quaisquer outro material vegetal) devidamente triturado para assim obtermos um produto final: com a grannlometria inferior a 1500 micro,. De seguida a bi ores ma é incorporada nesta mistura, numa percentagem: variável (5-:50%} de forma, a obter um compôs i to 190 compacto, resistente à degradação ambiental e de boa qualidade estètiea:, podendo também: nesta fase ser adicionado rim ou ma is pigmentos naturais (extraído de flores, frutos:, ruises o folhas entre outros) que conferem ao produto a cor desejada, :ã extensão e no final c sistema de moldagem permitem adquirir um 285 compósito com. as dimensões, espessura, e geometria em função da sua aplicação, bete compésito demonstre melhorias signlfinativas ao nivel da impermsabilixação à água, isolamento térmico e resposta ao fogo, éntre out ras - 200 S > Aplicação da. invsmçfe O produto resultante deste invento apresenta um legue variado de aplicações caracterisado pelo elevado desempenho do material, pode ser aplicado na industria da construção civil nomeadamente no 305 acabamento de interiores e exteriores, em particular rodapés, sancas, placas ou: lâminas para revestimentos exteriores e anteriores, pavimentos: de eoxinha, casa de: banho e pavimentos c ir candentes de pi.se). nas interiores e exteriores:, podendo ainda serem desenvolvidas peças: espeoi.f icamerte para uti Ideação na .210 reabilitação de edificlos e faciImanta aplicáveis, nomeadamente na auto-construção, entro- outros o ainda na indústria mobiliaria, S, Referências bIteliográ.ficas 215 1, i\H. dota, S,d, da hum, id F, Deli a coo, ar. A»R,Gonçalves; Estudo do r o processamento de compósitos de poiiprcpi.Icno reforçado 8

Engenharia. Qu.imica em Iniclaçao

Vi Congresso Brasileiro <ie Ciêntifica, 2« Marcelo Geraldo Teixeira; Aplicações de conceitos ca ecologia 320 iMu.stri.al para a produção de materiais eeoihgíeos; 0 -exemplo do reeiduo de cadeira, tese de castrado. Cniversidade Federai da Bahia, 2005. 3-x Md, Resaur Eaiimsp*: Md, Moaimul Hugos, Md, Hazrui Islam, Mahbub hásan; Improvemenr o£ phystco-mechanioal proporties of lute fiber 325 reínforced polypropylene oomposite by past-treatmeht, Progress is Coaspeeites, 2008, Part A 39 p, 1739-1747, 4. Paolo A, Santos, Mareia A, S, Bpinaeé, Earen K,G, Fermoselli, Marco-A, De Paoli; Poiynu.de-6/vegetal fiber corrspesite prepared by extrnsion and i.o ject ion coldiog, Progress in Composites. 2007, 330 Pari 1 38; p. 2404-2411, 3. Qiang Ghao, Baoginq lhano, Hui Qnanr Bichard C,M, Ya??p Richartí K,K, Yuen, Rohert K, Y, Li; Fisms retardanoy of rica huak-fiiled M.gh-densi.ty pciyethyleue ecDCSTapositss, Progress in Cooposi. i es Science and Technology, 2009, Volume 69, p, 2675-2681, 335: 6, Yong Ler, Clinglin Wn, Fe I ia o, Yan jun Xuí Preparation and properti.es of recycied HDPE/natural fiber composites, Progress in Composi. tes, 2007 , Part A 38, p, 1664-1674, 17-4-2012 340 Lisboa,

Claims (2)

1. i* Compósitos estrMorais de fibras vegetais e Mores1na , caracteri sado por conter resíduos vegetais numa penuv.ni.ugen entre 50~9S% (serradora, lascas cie madeira, palha de trigo, casca de milho, palha e casca de arror e ainda a valsar cana do reino, entre outros materiais vegetais} mistotaoos coo oma bioresina cuja percentagem podé variar entre 5% a. S#%. do peso da matrie carnpéaifa.
2. 2* Cosipósiros de fibras vegetars e bioresina. de acordo coru a rei vindicaçào 1 cor acter .U-ado por o bioresina poder der extra ida. do lenho, de folhas, eesaentes e p r i n c i pa 1 me n t e de casca de algumas espécies vegetais, como per exeínplo milho, coisa e batata ehbre outras espéMpó vegetais. Compósitos do librar Vegetai a e bioresina, de acordo coo a reiviodxcaçáo 1 a 2 caracteri sado por, as matérias primas poderem ser adicionadas, com » granuloMstria inferior a 1500 saicros. â s 0 c I. ;. i s aça o dor compôsitos de l ibr as vegeta ia e bioreMna, dé acordo com as reivindicações 1, 2 e 3, c&r set eriçada, por ser apricada na indústria de construção civil e na industria mobiiiiiid. :bisboa:,: 00:1.2