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Valorização de resíduos de feijão na produção de materiais compósitos

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Resumo

A produção agrícolade feijão no Brasil é realizada em grande escala. Concomitante à alta produção industrial, há umagrande geração de resíduos. Face a este contexto, este trabalho teve como objetivo analisar o reuso de caules e vagens de feijão (Phaseolus vulgaris)na produção de três tipos de materiais compósitos: painéis aglomerados, compósitos de gesso e compósitos poliméricos. Para tanto, os resíduos da cultura de feijão foram primeiramente caracterizados in natura. Posteriormente, esses elementos lignocelulósicos foramincorporados nos painéis de madeira, produzidoscom adesivo a base de ureia-formaldeído, através de diferentes níveis de substituição em massa (0%, 25%, 50%, 75% e 100%)da madeira dePinus oocarpapor partículas do subproduto. Em compósitos de gesso de relação constante de água:gesso de 0,6, por outro lado, as partículas de resíduo de feijão foram incorporadas a matriz através de diferentes teores de substituição em massa (0%, 2,5%, 5%, 7,5%e 10%)do gesso pelos resíduos. Por fim, partículas de resíduos de feijão também foram incorporadas em compósitos poliméricos através de diferentes teores de substituição em massa (0%, 10%, 20%, 30% e 40%) depolietileno de baixa densidade (PEBD)reciclado por partículas de resíduos de feijão. Os impactos da presença de resíduos de feijão nos compósitos foram analisados a partir do resultado de testes físicos e mecânicos.Os resíduos de feijão apresentaram valores de densidade aparente de 0,24 g/cm³,e de teores de lignina de 8,13%, de holocelulose de 56,55%,de extrativos de 8,16% e de cinzas de 16,94%. Nos painéis aglomerados a incorporação de tais resíduosnão influenciou significativamentea densidade aparente nas amostras analisadas. Além disso, houve aumento nas propriedades derazão de compactação, absorção de água e de inchamento em espessurae redução nas propriedades mecânicas proporcionalmente ao maior teor de substituição da madeira de pinus pelos resíduos. Por outro lado, nos compósitos de gesso,houve um aumento no isolamento térmico e acústico nos compósitos com a presença de resíduos de feijão. Além disso, em teores de substituição de até 5,0% de gesso pelo material lignocelulósico, houve uma diminuição da umidade e aumento na maioria das propriedades mecânicas analisadas. Já nos compósitos poliméricos os resultados mostraram que o material lignocelulósico ocasionou uma diminuição da densidade e das propriedades mecânicas e aumento das propriedades de absorção de água após 24 h de imersão e teor de umidade; estes resultados foram correlacionados aos vazios, trincas e pontos concentradores de tensão encontrados nas micrografias realizadas. Além disso, no ensaio de inflamabilidade, os resíduos de feijão contribuíram para uma maior propagação de chamas. Dessarte, a pesquisa apresentou resultados importantes visando a propagação de processosde menor impacto ambiental e geração de produtos de maior valor agregado, principalmente nas indústrias moveleiras, de construção e de materiais pré-moldados como placas, decks, brises, dentre outros.

Abstract

Bean agricultural production in Brazil is large-scale. Concomitant with high industrial production, there is a significant generation of waste. Given this context, this study aimed to analyze the use of bean (Phaseolus vulgaris) stems and pods in the production of three types of composite materials: agglomerates, gypsum composites, and polymeric composites. To this end, bean crop residues were first characterized in their natural state. Subsequently, these lignocellulosic elements were incorporated into wood panels produced with a urea-formaldehyde adhesive, through different levels of mass replacement (0%, 25%, 50%, 75%, and 100%) of Pinus oocarpa wood with particles of the byproduct. In gypsum composites with a constant water:gypsum ratio of 0.6, on the other hand, bean waste particles were embedded in the matrix through different mass substitution rates (0%, 2.5%, 5%, 7.5%, and 10%) of gypsum by waste. Finally, bean waste particles were also incorporated into polymeric composites through different mass substitution rates (0%, 10%, 20%, 30%, and 40%) of recycled low-density polyethylene (LDPE) by bean waste particles. The impacts of the presence of bean waste on the composites were analyzed based on the results of physical and mechanical tests. The bean waste presented an apparent density of 0.24 g/cm³, and lignin contents of 8.13%, holocellulose of 56.55%, extractives of 8.16%, and ash of 16.94%. In particleboards, the incorporation of such residues did not significantly influence the apparent density of the samples demonstrated. Furthermore, there was an increase in compaction ratio, water absorption, and thickness inchage properties, and a reduction in mechanical properties proportionally to the higher pine wood replacement rate by residues. On the other hand, in gypsum composites, there was an increase in thermal and acoustic insulation in composites with the presence of bean residues. Furthermore, in theoretical substitutions of up to 5.0% of gypsum by lignocellulosic material, there was a decrease in moisture content and an increase in most of the proven mechanical properties. In polymeric composites, the results showed that the lignocellulosic material caused a decrease in density and mechanical properties and an increase in water absorption properties after 24 h of experimentation and moisture content; these results were correlated with voids, cracks, and stress concentration points found in the micrographs. Furthermore, in the flammability test, the bean residues developed greater flame propagation. Thus, the research presented important results evolving in the propagation of processes with lower environmental impact and generation of products with higher added value, mainly in furniture, construction, and precast materials industries such as plates, decks, brise-soleils, among others.

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MIRANDA, Eduardo Hélio de Novais. Valorização de resíduos de feijão na produção de materiais compósitos. 2025. 107 f. Tese (Doutorado em Engenharia de Biomateriais) – Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2025.

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