dissertação
Chemical modification of pinus Kraft pulp with aluminum sulfate for fiber-cement
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Tonoli, Gustavo Henrique Denzin
Soares, Jenaina Ribeiro
Bufalino, Lina
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Universidade Federal de Lavras
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Departamento de Ciências Florestais
Programa de Pós-Graduação
Programa de Pós-graduação em Engenharia Florestal
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Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
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Objetivos de Desenvolvimento Sustentável
Dados abertos
Resumo
A indústria utiliza polpa celulósica Kraft branqueada para fabricação de compósitos cimentícios. No entanto, devido à degradação dessas fibras e incompatibilidade de alguns de seus componentes com a matriz cimentícia, este trabalho avaliou o efeito do sulfato de alumínio (modificação química) em celulose Kraft. O objetivo da pesquisa foi avaliar os efeitos do tratamento com sulfato de alumínio (AS) nas concentrações de 0%, 4% e 11% na superfície da polpa Kraft de Pinus sp. não branqueada refinada e fibrocimentos derivados aos 28 dias de cura e após 200 ciclos de envelhecimento acelerado. Foram avaliadas as propriedades da superfície das fibras, através das análises de microscopia de luz, microscopia eletrônica de varredura com espectroscopia por energia dispersiva (SEM/EDS), termogravimetria e sua derivada (TGA/DTG), espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) e valor de retenção de água (WRV). Os compósitos foram avaliados através de ensaios físicos, mecânicos e microestruturais. Os resultados das análises das fibras tratadas sugerem que o AS é um agente modificador superficial, ou seja, após sua hidrólise, em hidróxido de alumínio, será depositado de forma homogênea na superfície das fibras vegetais. O tratamento com AS reduziu a absorção de água (WA) em aproximadamente 3% e a porosidade aparente (AP) em aproximadamente 10%, dos compósitos cimentícios. Este efeito foi mais intenso após envelhecimento acelerado. Além disso, a presença de AS afetou as propriedades mecânicas dos compósitos antes e após envelhecimento acelerado, aumentando o módulo de ruptura (MOR), limite de proporcionalidade (LOP) e módulo elástico (MOE), devido à mineralização e a re-precipitação dos produtos de hidratação do cimento no interior dos espaços vazios, preenchendo os poros e, possivelmente, melhorando a interface entre a fibra e a matriz. Portanto, a modificação com AS parece intensificar a precipitação do cálcio superficialmente e no interior das fibras vegetais, desempenhando um papel importante na minimização da fragilização e melhoria da rigidez dos compósitos durante os 28 dias de cura e ciclos de imersão e secagem.
Abstract
The use of bleached Kraft cellulosic pulp in the manufacture of cementitious composites is used in industry; however, due to the degradation of these fibers and incompatibility of the cementitious matrix with some substances present in vegetable fibers, this work evaluated the effect of aluminum sulfate (chemical modification) on Kraft cellulose. The research aimed to understand treatment effects with aluminum sulfate (AS) at concentrations of 0%, 4%, and 11% on the surface of Kraft pulp of Pinus spp. unbleached refined and derived fiber-cement on the 28th curing day and after 200 cycles of accelerated aging. Fiber surface properties were evaluated through light microscopy analysis, scanning electron microscopy with energy dispersive spectroscopy (SEM/EDS), thermogravimetry and its derivative (TGA/DTG), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and water retention value (WRV). The composites were evaluated through physical, mechanical and microstructural tests. The results of the analyzes of the treated fibers suggest that the AS is a surface modifying agent, that is, after its hydrolysis, in aluminum hydroxide, it will be deposited homogeneously on the surface of the vegetable fibers. The treatment with AS is capable of reducing water absorption (WA) by approximately 3% and apparent porosity (AP) by approximately 10% of cementitious composites. This effect was more intense after accelerated aging. Furthermore, the presence of AS affected the mechanical properties of the composites before and after accelerated aging, increasing the modulus of rupture (MOR), the limit of proportionality (LOP), and the modulus of elastic (MOE), due to mineralization and re-precipitation of the cement hydration products inside the voids, filling the pores and possibly improving the interface between the fiber and the matrix. Therefore, modification with AS appears to enhance calcium precipitation both superficially and within the plant fibers, playing an important role in minimizing embrittlement and improving the stiffness of the composites during on the 28th curing day and soaking, and drying cycles.
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BORGES, I. O. Chemical modification of pinus Kraft pulp with aluminum sulfate for fiber-cement. 2023. 58 p. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Biomateriais)–Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2023.
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