Compósitos de derivados da madeira e espuma poliuretânica expandida sob confinamento

Abstract

A utilização de espumas rígidas e semi-rígidas de poliuretano (RPUF) vêm crescendo nos últimos anos e a cada dia novas formulações e maneiras de fabricar este material são apresentados. Neste trabalho, RPUF foram sintetizadas utilizando-se um molde fechado para a expansão do material (isto é, sob confinamento) e se avaliou a inserção de duas cargas de origem vegetal (farinha de madeira provinda de resíduo industrial e nano celulose fibrilada (NFC)). O incremento de densidade foi avaliado, assim como o impacto nas suas características morfológicas, propriedades mecânicas (em compressão e tração), térmicas e dinâmico-mecânicas. A utilização de farinha de madeira proporcionou um decréscimo em propriedades mecânicas em compressão (cerca de 20% para resistência máxima e 15% para módulo) e tração (cerca de 40% para tensão máxima), além de promover aumentos de densidade aparente (cerca de 40% em relação ao polímero puro). Essas diferenças foram relacionadas principalmente ao tamanho de partícula da farinha em relação ao diâmetro celular das RPUF. Quanto à inserção de NFC, o menor tamanho foi capaz de incrementar de forma significativa as propriedades em compressão (cerca de 107% para resistência máxima e 180% para módulo) e tração (cerca de 90% para tensão máxima). Essas diferenças foram relacionadas à presença da NFC no interior celular, o que conferiu maior rigidez para a parede. Esse efeito também causou incrementos nas propriedades dinâmico mecânicas (cerca de 270% para módulo de armazenamento na região vítrea e 190% para região elastomérica), também incrementando a Tg (cerca de 12°C). Quando o confinamento foi utilizado juntamente com a NFC, as RPUF apresentaram incrementos ainda maiores nas propriedades mecânicas, com células mais arredondadas e com melhor formação aparente.

The use of rigid and semi-rigid polyurethane foams (RPUF) has been growing in recent years and every day new formulations and different ways to manufacture this material are presented. In this work, RPUF were synthesized using a closed mold for the expansion of this material (confinement) and the insertion of two fillers of vegetable origin (wood flour from industrial waste and nano fibrillated cellulose (NFC)) was evaluated. The density increase was evaluated, as well as the impact on its morphological, mechanical (in compression and tensile), thermal and dynamic-mechanical properties. The use of wood flour provided a decrease in mechanical properties in compression (about 20% for maximum strength and 15% for modulus) and tensile (about 40% for maximum strength), in addition to promoting increases in apparent density (about 40% compared to neat polymer). These differences were mainly related to the low affinity between the flour and the PU, due to the particle size. Regarding the use of NFC, the smaller size was able to significantly increase the properties in compression (about 107% for maximum strength and 180% for modulus) and tensile (about 90% for maximum strength). These differences were related to the presence of NFC inside the cell wall, which promoted a higher wall cell’s stiffness. This effect also caused increases in the dynamic mechanical properties (about 270% for the storage modulus in the vitreous region and 190% for the rubbery region), also increasing the glass transition temperature (about 12 ° C). When confinement was used with NFC, RPUF showed even greater increases in mechanical properties, with more rounded cells and better apparent cells formation. An increase in thermal stability was also observed, justified by the lower void content in the foams, which also led to a small increase in thermal conductivity for RPUF. Também foi observado aumento em estabilidade térmica, justificado pelo menor teor de vazios nas espumas, o que também levou a um pequeno aumento em condutividade térmica para as RPUF.