Obtenção e caracterização de compósito a base de poliuretano de mamona e rejeito de telha visando aplicação como isolante térmico

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA DISSERTAÇÃO DE MESTRADO OBTENÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DE COMPÓSITO A BASE DE POLIURETANO DE MAMONA E REJEITO DE TELHA VISANDO APLICAÇÃO COMO ISOLANTE TÉRMICO JOSÉ RENATO LIMA CÂMARA Orientador: José Ubiragi de Lima Mendes Natal/RN Junho de 2015 Dissertação n° XX/PPGEM JOSÉ RENATO LIMA CÂMARA ii OBTENÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DE COMPÓSITO A BASE DE POLIURETANO DE MAMONA E REJEITO DE TELHA VISANDO APLICAÇÃO COMO ISOLANTE TÉRMICO Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa de Pósgraduação em Engenharia de Mecânica da Universidade Federal do Rio Grande do Norte, como parte dos requisitos para a obtenção do título de Mestre em Engenharia de Mecânica. Orientador: Prof. Dr. José Ubiragi de Lima Mendes Natal/RN Junho de 2015 Dissertação de Mestrado PPGEM/ UFRN OBTENÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DE UM COMPÓSITO A BASE DE POLIURETANO DE MAMONA E REJEITO DE TELHA VISANDO APLICAÇÃO COMO ISOLANTE TÉRMICO DEDICATÓRIA iii A minha querida família: Francisco de Assis Barros Câmara (Pai), Anadélia Bilro Lima Câmara (Mãe), Luís Felipe Lima Câmara (Irmão) e Ana Beatriz Lima Câmara (Irmã), Ofélia Bilro Lima (avó), Ozélia Moura Bilro (tia-avó) e Melissa de Oliveira Araújo (Esposa), por sempre me incentivarem e me acolherem quando foi preciso. Dissertação de Mestrado PPGEM/ UFRN OBTENÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DE UM COMPÓSITO A BASE DE POLIURETANO DE MAMONA E REJEITO DE TELHA VISANDO APLICAÇÃO COMO ISOLANTE TÉRMICO iv AGRADECIMENTO Agradeço primeiramente a Deus, por me abençoar com saúde, sabedoria, força e muita fé para chegar a esse objetivo tão esperado. Ao meu orientador Prof. Dr. José Ubiragi de Lima Mendes, pela oportunidade e boa vontade de me orientar, passando conhecimentos e determinação. E sempre paciente durante o desenvolvimento do trabalho. A minha ilustríssima esposa MSc. Melissa de Oliveira Araújo pelo prestimoso apoio, compreensão, abdicação, dedicação e conselhos que foram fundamentais neste período. A amiga MSc. Renata Ferreira de Souza pela disponibilidade em ajudar nos ensaios, compreensão das análises e todo incentivo e apoio, sendo fundamental para esta conquista. Ao amigo MSc Ricardo Alex Dantas da Cunha pela ajuda e compreensão das análises mecânicas. Ao laboratório de mecânica dos fluidos da UFRN, por conceder os computadores para o desenvolvimento das pesquisas e espaço para experimentos e confecção dos corpos de prova. A todos os colegas, que fazem parte do laboratório de mecânica dos fluidos da UFRN, em especial MSc. Fabíola Fernandes da Silveira, Karllyammo Lennon de Souza e MSc. Álvaro Cesar Pontes Galvão. A todo quadro docente do PPGEM pelos ensinamentos e disponibilidade em ajudar; Aos amigos que sempre me deram apoio, incentivos, conselhos e forças. Ao amigo e antigo chefe Adeilton José da Silva, pela compreensão e ajuda para conciliar meu emprego e meu mestrado. Obrigado a todos! Dissertação de Mestrado PPGEM/ UFRN OBTENÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DE UM COMPÓSITO A BASE DE POLIURETANO DE MAMONA E REJEITO DE TELHA VISANDO APLICAÇÃO COMO ISOLANTE TÉRMICO v RESUMO Estudou-se um compósito a base de rejeito de telha e poliuretano de mamona, objetivando sua utilização como isolante térmico para o mercado consumidor. Na etapa experimental o rejeito de telha foi moído e peneirado à 200 mesh e caracterizado por fluorescência de raios-X (FRX), difração de raios-X ( DRX), Microscopia eletrônica de varredura (MeV) e granulometria a laser, para analisar os elementos constituintes, fases presentes, defeitos e tamanho do grão. Para a fabricação da espuma rígida do poliuretano de mamona puro, foram utilizados dois componentes poliméricos A e B (RESPAN-40) nas proporções de: 1 parte para componente A e 1,6 partes do componente B. Foram desenvolvidas seis formulações: FI, FII, FIII, FIV, FV e FVI (0%, 10%, 20%, 30%, 40%, e 50 % de rejeito de telha, respectivamente) para fabricação do compósito. As propriedades mecânicas foram determinadas através de ensaios de compressão e ensaio de dureza Shore A. As propriedades térmicas foram determinadas a partir de ensaios de condutividade térmica, calor específico, difusividade térmica. Os ensaios tecnológicos foram: Absorção de água, massa especifica e porosidade Os resultados morfológicos do compósito apresentaram aglomerados de poros fechados, o que pode ter contribuído para a redução da resistência e da massa específica mecânica, principalmente da formulação FVI. Percebeu-se que o aumento do teor de rejeito de telha na matriz do poliuretano não modificou as propriedades termofisicas do material. Contudo, o rejeito de telha contribuiu para diminuição da quantidade de poliuretano usado na fabricação de componentes térmicos. Os valores das propriedades apresentadas do compósito (rejeito de telha + poliuretano) foram similares nas formulações FIII, FIV e FV. O compósito obtido pode ser aplicado como isolante térmico, podendo contribuir na questão ambiental, por ser um material biodegradável devido à utilização do rejeito de telha como matéria prima e reduzindo custos de fabricação. Palavras-Chaves: Poliuretano de Mamona, Compósitos, Rejeito de Telha, Isolante Térmico. Dissertação de Mestrado PPGEM/ UFRN OBTENÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DE UM COMPÓSITO A BASE DE POLIURETANO DE MAMONA E REJEITO DE TELHA VISANDO APLICAÇÃO COMO ISOLANTE TÉRMICO vi ABSTRACT Studied a composite reject the base tile and castor oil polyurethane, aiming their use as insulation for the consumer market. In the experimental stage the reject tile was ground and sieved at 200 mesh and characterized by fluorescence X-ray (XRF), diffraction X-ray (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and laser granulometry, to analyze the constituent elements, phases present, defects and grain size. For the manufacture of rigid foam polyurethane pure castor two polymer components A and B were used (40-Respan) in the proportions of 1 part to component A and 1.6 parts of component B. six formulations were developed: FI, FII, FIII, FIV, FV and FVI (0%, 10%, 20%, 30%, 40% and 50% reject tile, respectively) for the manufacture of the composite. The mechanical properties were determined by compression testing and hardness testing Shore A. Thermal properties were determined from test thermal conductivity, specific heat, thermal diffusivity. The technological tests were water absorption, bulk density and porosity of the composite Morphological results showed clusters of closed pores, which may have contributed to the reduction of the mechanical strength and density, especially of IVF formulation. It was noted that increasing the tile waste content in the polyurethane matrix did not change the thermophysical properties of the material. However, the waste tile contributed to decreasing the amount of polyurethane used in the manufacture of thermal components. The values presented the composite properties (tailings tile + polyurethane) were similar in formulations FIII, FIV and FV. The obtained composite can be applied as an insulator and may contribute to the environmental issues because it is a biodegradable material due to the use of tile as raw material waste and reducing manufacturing costs. Keywords: Castor polyurethane, composites, Tile reject, Thermal Dissertação de Mestrado PPGEM/ UFRN OBTENÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DE UM COMPÓSITO A BASE DE POLIURETANO DE MAMONA E REJEITO DE TELHA VISANDO APLICAÇÃO COMO ISOLANTE TÉRMICO vii Sumario 1. INTRODUÇÃO.06 1.1. Objetivo Geral .07 1.2. Objetivos Específicos.07 2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA.09 2.1. Rejeito de Telha .09 2.2. Poliuretano .10 2.2.1. Espumas Rígidas de Poliuretano (PUR’s).11 2.3. Óleo de Mamona .13 2.4. Compósito .15 2.4.1. Classificação dos Compósitos.16 2.4.2. Propriedades dos Compósitos .17 2.4.3. Processo de Fabricação dos Compósitos.17 2.5. Propriedades Térmicas .17 2.5.1. Calor Específico .18 2.5.2. Difusividade Térmica.19 2.5.3. Condutividade Térmica.19 2.6. Isolantes Térmicos .20 3. MATERIAIS E MÉTODOS .24 3.1. Materiais.24 3.2. Métodos.25 3.3. Caracterização do Rejeito de Telha e da Espuma do Poliuretano.28 3.3.1. Análises Termogravimétrica(ATG) e Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC) .29 3.3.2. Fluorescência de Raios X (FRX) .29 3.3.3. Difração de Raios X (DRX) .29 Dissertação de Mestrado PPGEM/ UFRN OBTENÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DE UM COMPÓSITO A BASE DE POLIURETANO DE MAMONA E REJEITO DE TELHA VISANDO APLICAÇÃO COMO ISOLANTE TÉRMICO viii 3.3.4. Análise Granulométrica .30 3.4. Análises das Propriedades Termofísicas do Compósito .30 3.4.1. Ensaio de Densidade Volumétrica .30 3.4.2. Massa Específica.31 3.4.3. Absorção de Água .32 3.4.4. Porosidade Aparente .33 3.4.5. Ensaios de Resistência à Compressão.33 3.4.6. Ensaio de Dureza Shore A .34 4. RESULTADOS E DISCUSSÃO .37 4.1. Fluorescência de Raios X (FRX) do Rejeito de Telha .37 4.2. Fluorescência de Raios X (FRX) da Espuma do Poliuretano de Mamona .38 4.3. Difração de Raios X (DRX) do Rejeito de Telha .39 4.4. Microscopia eletrônica de varredura (MEV) do rejeito de telha e da espuma do poliuretano (PU) e das formulações.40 4.5. Análise Granulométrica à Laser do Rejeito de Telha .43 4.6. Análises Térmicas (ATG/DSC) .44 4.7. Condutividade Térmica, Calor Específico e Difusividade Térmica. .49 4.8. Massa Específica.52 4.9. Ensaios de Dureza Shore A.53 4.10. Resistência à Compressão .54 4.11. Porosidade .55 4.12. Absorção de Água .56 5. CONCLUSÕES E SUGESTÕES DE TRABALHOS FUTUROS.59 REFERÊNCIAS .61 Dissertação de Mestrado PPGEM/ UFRN OBTENÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DE UM COMPÓSITO A BASE DE POLIURETANO DE MAMONA E REJEITO DE TELHA VISANDO APLICAÇÃO COMO ISOLANTE TÉRMICO ÍNDICE DE ILUSTRAÇÕES ix Figura 2.1- Rejeito de Telha.09 Figura 2.2- Reação de Poliadição.10 Figura 2.3- Mecanismos da caracterização da espuma: (a) Mistura inicial; (b) Nucleação; (c) Crescimento das bolhas; (d) Estabilização dasbolhas.12 Figura 2.4- Triglicerídeo do ácido ricinoléico.14 Figura 2.5- Obtenção do Óleo de Mamona: (a) Mamona, (b) Semente seca de mamona, (c) Óleo de mamona, (d) espuma de poliuretano utilizado em processo térmico.15 Figura 3.1- Rejeito de Telha: (a) Não cominuido e (b) Processado e peneirado a 200 mesh.24 Figura a 3.2- RESPAN D-40: Componente A e Componente B.25 Figura 3.3- Preparação das amostras: (a) Componente A + Rejetito de telha e Componente B; (b)Mistura dos componentes e (c) Colocação da mistura no molde.26 Figura 3.4- Processo de fabricação dos corpos-de-prova: (a) poliuretano puro e (b) poliuretano com o rejeito de telha.27 Figura 3.5- Fluxograma do processo experimental.28 Figura 3.6- Análise das propriedades térmicas em um dos corpos de prova.31 Figura 3.7- Amostra de 1g do corpo de prova: (a) Pesagem e (b) Corpos de prova para imersão de água.32 Figura 3.8- Corpos de prova no ensaio de compressão.33 Figura 3.9- Ensaio de dureza Shore A nos corpos de prova.34 Figura 4.1- Análise Mineralógica obtida por Difração de Raios X (DRX) do rejeito de telha.39 Figura 4.2- Micrografia: (a) Rejeito de telha e (b) Espuma do poliuretano de mamona.40 Figura 4.3- Analise microestrutural dos corpos de prova nas diferentes formulações, com ampliação de 50x.41 Figura 4.4- Análise microestrutural dos corpos de prova nas diferentes formulações com ampliação de: 100x FII, 250x FIII, 100x FIV, 200x FV e 100 FVI.42 Dissertação de Mestrado PPGEM/ UFRN OBTENÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DE UM COMPÓSITO A BASE DE POLIURETANO DE MAMONA E REJEITO DE TELHA VISANDO APLICAÇÃO COMO ISOLANTE TÉRMICO x Figura 4.5- Distribuição granulométrica das partículas do rejeito de telha.43 Figura 4.6- Curvas TG/DSC do rejeito de telha.44 Figura 4.7- Curvas TG/DSC da espuma do poliuretano de mamona.45 Figura 4.8- Curvas TG/DSC da formulação FII.46 Figura 4.9- Curvas TG/DSC da formulação FIII.47 Figura 4.10- Curvas TG/DSC da formulação FIV.47 Figura 4.11- Curvas TG/DSC da formulação FV.48 Figura 4.12- Curvas TG/DSC da formulação VI.48 Figura 4.13- Gráfico da condutividade térmica dos corpos de prova.50 Figura 4.14- Gráfico do calor específico dos corpos de prova.51 Figura 4.15- Gráfico da difusividade térmica dos enfocar la importancia de la producción mediática de los niños en su descubrimiento del mundo, sobre todo utilizando el periódico escolar y la imprenta. Asimismo las asociaciones de profesores trabajaron en esta línea e incluso la enseñanza católica se comprometió desde los años sesenta realizando trabajos originales en el marco de la corriente del Lenguaje Total. Páginas 43-48 45 Comunicar, 28, 2007 En el ámbito de los medios, también desde el principio del siglo XX hay ciertas corrientes de conexión. Pero es a lo largo de los años sesenta cuando se constituyeron asociaciones de periodistas apasionados por sus funciones de mediadores, que fomentaron la importancia ciudadana de los medios como algo cercano a los jóvenes, a los profesores y a las familias. Así se crearon la APIJ (Asociación de Prensa Información para la Juventud), la ARPEJ (Asociación Regional de Prensa y Enseñanza para la Juventud), el CIPE (Comité Interprofesional para la Prensa en la Escuela) o la APE (Asociación de Prensa y Enseñanza), todas ellas para la prensa escrita Estas asociaciones fueron precedidas por movimientos surgidos en mayo de 1968, como el CREPAC que, utilizando películas realizadas por periodistas conocidos, aclaraba temas que habían sido manipulados por una televisión demasiado próxima al poder político y realizaba encuentros con grupos de telespectadores. cipio del siglo XX, y nos han legado textos fundadores muy preciados, importantes trabajos de campo y muchos logros educativos y pedagógicos. La educación en medios ha tenido carácter de oficialidad de múltiples maneras, aunque nunca como una enseñanza global. Así la campaña «Operación Joven Telespectador Activo» (JTA), lanzada al final de los años setenta y financiada de manera interministerial para hacer reflexionar sobre las prácticas televisuales de los jóvenes, la creación del CLEMI (Centro de Educación y Medios de Comunicación) en el seno del Ministerio de Educación Nacional en 1983, la creación de la optativa «Cine-audiovisual» en los bachilleratos de humanidades de los institutos en 1984 (primer bachillerato en 1989) y múltiples referencias a la educación de la imagen, de la prensa, de Internet. La forma más visible y rápida de evaluar el lugar de la educación en medios es valorar el lugar que se le ha reservado en los libros de texto del sistema educa- 2. Construir la educación en los medios sin nombrarla El lugar que ocupa la edu- La denominación «educación en medios», que debería cación en los medios es muy ambiguo, aunque las cosas están cambiando recientemente. entenderse como un concepto integrador que reagrupase todos los medios presentes y futuros, es a menudo percibida En principio, en Francia, co- por los «tradicionalistas de la cultura» como una tendencia mo en muchos otros países, la educación en los medios no es hacia la masificación y la pérdida de la calidad. una disciplina escolar a tiempo completo, sino que se ha ido conformado progresivamente a través de experiencias y reflexiones teóricas que han tivo en Francia. Una inmersión sistemática nos permi- permitido implantar interesantes actividades de carác- te constatar que los textos oficiales acogen numerosos ter puntual. Se ha ganado poco a poco el reconoci- ejemplos, citas, sin delimitarla con precisión. miento de la institución educativa y la comunidad es- colar. Podemos decir que ha conquistado un «lugar», 3. ¿Por qué la escuela ha necesitado casi un siglo en el ámbito de la enseñanza transversal entre las dis- para oficilializar lo que cotidianamente se hacía en ciplinas existentes. ella? Sin embargo, la escuela no está sola en esta aspi- Primero, porque las prácticas de educación en me- ración, porque el trabajo en medios es valorado igual- dios han existido antes de ser nombradas así. Recor- mente por el Ministerio de Cultura (campañas de foto- demos que no fue hasta 1973 cuando aparece este grafía, la llamada «Operación Escuelas», presencia de término y que su definición se debe a los expertos del colegios e institutos en el cine ), así como el Minis- Consejo Internacional del Cine y de la Televisión, que terio de la Juventud y Deportes que ha emprendido en el seno de la UNESCO, definen de esta forma: numerosas iniciativas. «Por educación en medios conviene entender el estu- Así, esta presencia de la educación en los medios dio, la enseñanza, el aprendizaje de los medios moder- no ha sido oficial. ¡La educación de los medios no apa- nos de comunicación y de expresión que forman parte rece oficialmente como tal en los textos de la escuela de un dominio específico y autónomo de conocimien- francesa hasta 2006! tos en la teoría y la práctica pedagógicas, a diferencia Este hecho no nos puede dejar de sorprender ya de su utilización como auxiliar para la enseñanza y el que las experiencias se han multiplicado desde el prin- aprendizaje en otros dominios de conocimientos tales Páginas 43-48 46 Comunicar, 28, 2007 como los de matemáticas, ciencias y geografía». A pe- mente en todas las asignaturas. Incluso los nuevos cu- sar de que esta definición ha servido para otorgarle un rrículos de materias científicas en 2006 para los alum- reconocimiento real, los debates sobre lo que abarca y nos de 11 a 18 años hacen referencia a la necesidad no, no están totalmente extinguidos. de trabajar sobre la información científica y técnica y En segundo lugar, porque si bien a la escuela fran- el uso de las imágenes que nacen de ella. cesa le gusta la innovación, después duda mucho en Desde junio de 2006, aparece oficialmente el tér- reflejar y sancionar estas prácticas innovadoras en sus mino «educación en medios» al publicar el Ministerio textos oficiales. Nos encontramos con una tradición de Educación los nuevos contenidos mínimos y las sólidamente fundada sobre una transmisión de conoci- competencias que deben adquirir los jóvenes al salir mientos muy estructurados, organizados en disciplinas del sistema educativo. escolares que se dedican la mayor parte a transmitir Este documento pretende averiguar cuáles son los conocimientos teóricos. La pedagogía es a menudo se- conocimientos y las competencias indispensables que cundaria, aunque los profesores disfrutan de una ver- deben dominar para terminar con éxito su escolaridad, dadera libertad pedagógica en sus clases. El trabajo seguir su formación y construir su futuro personal y crítico sobre los medios que estaba aún en elaboración profesional. Siete competencias diferentes han sido te- necesitaba este empuje para hacerse oficial. nidas en cuenta y en cada una de ellas, el trabajo con Aunque el trabajo de educación en los medios no los medios es reconocido frecuentemente. Para citar esté reconocido como disciplina, no está ausente de un ejemplo, la competencia sobre el dominio de la len- gua francesa definen las capa- cidades para expresarse oral- La metodología elaborada en el marco de la educación en mente que pueden adquirirse con la utilización de la radio e, medios parece incluso permitir la inclinación de la sociedad incluso, se propone fomentar de la información hacia una sociedad del conocimiento, como defiende la UNESCO. En Francia, se necesitaría unir el interés por la lectura a través de la lectura de la prensa. La educación en los medios las fuerzas dispersas en función de los soportes mediáticos y orientarse más hacia la educación en medios que al dominio adquiere pleno derecho y entidad en la sección sexta titulada «competencias sociales y cívi- técnico de los aparatos. cas» que indica que «los alum- nos deberán ser capaces de juz- gar y tendrán espíritu crítico, lo que supone ser educados en los las programaciones oficiales, ya que, a lo largo de un medios y tener conciencia de su lugar y de su influencia estudio de los textos, los documentalistas del CLEMI en la sociedad». han podido señalar más de una centena de referencias a la educación de los medios en el seno de disciplinas 4. Un entorno positivo como el francés, la historia, la geografía, las lenguas, Si nos atenemos a las cifras, el panorama de la las artes plásticas : trabajos sobre las portadas de educación en medios es muy positivo. Una gran ope- prensa, reflexiones sobre temas mediáticos, análisis de ración de visibilidad como la «Semana de la prensa y publicidad, análisis de imágenes desde todos los ángu- de los medios en la escuela», coordinada por el CLE- los, reflexión sobre las noticias en los países europeos, MI, confirma año tras año, después de 17 convocato- información y opinión rias, el atractivo que ejerce sobre los profesores y los Esta presencia se constata desde la escuela mater- alumnos. Concebida como una gran operación de nal (2 a 6 años) donde, por ejemplo, se le pregunta a complementariedad (2000) Structure and mechanism of the aberrant ba3-cytochrome c oxidase from Thermus thermophilus. EMBO J 19: 1766–1776. 9. Hunsicker-Wang LM, Pacoma RL, Chen Y, Fee JA, Stout CD (2005) A novel cryoprotection scheme for enhancing the diffraction of crystals of recombinant cytochrome ba3 oxidase from Thermus thermophilus. Acta Crystallogr D Biol Crystallogr 61: 340–343. 10. 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