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Tipo do documento: Dissertação
Título: Desenvolvimento de um compósito eco-friendly de ABS reforçado com resíduos proveniente da fibra da palmeira para aplicação em impressão 3D
Título(s) alternativo(s): Development of an eco-friendly ABS composite reinforced with palm fiber residue for application in 3D printing
Autor: Marton, Alessandra Mara da Silva 
Primeiro orientador: Mulinari, Daniella Regina
Primeiro coorientador: Rosa, Derval dos Santos
Primeiro membro da banca: Saron, Clodoaldo
Segundo membro da banca: Ritter, Elisabeth
Resumo: No presente trabalho o objetivo é avaliar o potencial para valorizar os resíduos sólidos da palmeira real australiana para uso como reforço na matriz de acrilonitrila butadieno estireno (ABS) e desenvolver um filamento compósito que seja mais amigável ao meio ambiente. Os filamentos compósitos foram processados utilizando um misturador termocinético e depois processados por uma mini extrusora utilizando diferentes quantidades de fibras (5, 10, 15 e 20%). Foi avaliado o efeito do conteúdo de fibras sobre as propriedades morfológicas, químicas e térmicas, e foi realizada uma análise ambiental utilizando a avaliação do ciclo de vida (ACV). O ABS puro não apresentou porosidade, enquanto os filamentos compósitos apresentaram uma estrutura porosa devido à presença de fibras e maiores quantidades de fibras induziu poros com diâmetro menor que 50 μm. O ABS e os filamentos compósitos apresentaram espectros semelhantes de FTIR; no entanto, o coeficiente de ligação de hidrogênio indicou uma melhor interação fibra-matriz para a composição do ABS/15%Palmeira, aumentando 42% em comparação com o ABS. Os filamentos compósitos apresentaram uma leve diminuição na estabilidade térmica, o que não compromete sua temperatura de processamento, enquanto o Tg apresentou valores similares ao ABS puro. A avaliação do ciclo de vida demonstrou ganhos ambientais benéficos com a incorporação de fibras naturais à matriz de ABS. As categorias que mais apresentaram ganhos ambientais foram: ocupação de terrenos agrícolas, depleção da camada de ozônio, ocupação dos terrenos urbanos, esgotamento de água, formação de oxidantes químicos e depleção fóssil. Os resultados do ensaio de absorção de água apresentaram um aumento na taxa de absorção de água dos filamentos compósitos de acordo com a carga de fibra, a composição ABS/20%Palmeira teve o maior resultado na absorção de água. Os filamentos compósitos foram impressos com sucesso numa mini extrusora mostrando a viabilidade de usar os filamentos desenvolvidos, e novas aplicações podem ser promovidas. O ABS puro e os filamentos compósitos foram analisados para obter as propriedades mecânicas, tais como a resistência à tração, a deformação e o módulo de elasticidade, observou-se que ao aumentar o teor de fibras na matriz de ABS houve uma redução nas propriedades mecânicas dos filamentos compósitos. O teste de biodegradação dos corpos de prova do ABS puro e dos filamentos compósitos apresentaram uma perda de massa, confirmando que a incorporação de fibra na matriz foi favorável para que o material seja degradado, os filamentos compósitos obtiveram uma perda de massa de quase 25% quando comparado com o peso inicial. Assim, a valorização do uso das fibras de palmeira na matriz ABS apresenta uma alternativa de baixo custo para a produção de filamentos e poder expandir as aplicações de impressão 3D com materiais mais sustentáveis que permitiriam novas aplicações na área de fabricação de aditivos.
Abstract: In the present work, the objective is to evaluate the potential to valorize the solid waste of the Australian royal palm tree for use as reinforcement in the acrylonitrile butadiene styrene (ABS) matrix and to develop a composite filament that is more environmentally friendly. The composite filaments were processed using a thermokinetic mixer and then processed by a mini extruder using different amounts of fibers (5, 10, 15 and 20% wt). The effect of fiber contents on the morphological, chemical and thermal properties was evaluated, and an environmental analysis was performed using life cycle assessment (LCA). Pristine ABS presented no porosity, while the composite filaments showed a porous structure due to the presence of fibers and higher amounts of fibers induced pores with diameter less than 50 μm. ABS and filament composites presented similar FTIR spectra; however, the hydrogen bonding coefficient indicated a better fiber-matrix interaction for the ABS/15%Palm tree composition, increasing by 42%wt compared to ABS. The composite filaments presented a slight decrease in thermal stability, which does not compromise their processing temperature, while Tg presented similar values to pristine ABS. The life cycle assessment demonstrated beneficial environmental gains with the incorporation of natural fibers into the ABS matrix. The categories that showed the most environmental gains were: agricultural land occupation, ozone layer depletion, urban land occupation, water depletion, chemical oxidant formation, and fossil depletion. The results of the water absorption test presented an increase in the water absorption rate of the composite filaments according to the fiber loading, the ABS/20%Palm composition had the highest water absorption result. The composite filaments were successfully printed on a mini extruder showing the viability of using the developed filaments and new applications may be promoted. Pristine ABS and the composite filaments were analyzed to obtain the mechanical properties, such as tensile strength, strain and modulus of elasticity, it was observed that by increasing the fiber content in the ABS matrix there was a reduction in the mechanical properties of the composite filaments. The biodegradation test of the specimens of pristine ABS and the composite filaments presented a loss of mass, confirming that the incorporation of fiber in the matrix was favorable for the material to be degraded, the composite filaments obtained a mass loss of almost 25% wt, when compared to the initial weight. Thus, enhancing the use of palm fibers in the ABS matrix presents a low-cost alternative for filaments production and may expand 3D printing applications with more sustainable materials that could enable new applications in the area of additive manufacturing.
Palavras-chave: Environmental engineering
Thermoplastics
Plant residues
Plant fibers
Digital printing
Engenharia ambiental
Termoplásticos
Resíduos vegetais
Fibras vegetais
Impressão digital (Computação)
Área(s) do CNPq: ENGENHARIAS::ENGENHARIA SANITARIA::SANEAMENTO AMBIENTAL
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade do Estado do Rio de Janeiro
Sigla da instituição: UERJ
Departamento: Centro de Tecnologia e Ciências::Faculdade de Engenharia
Programa: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental
Citação: MARTON, Alessandra Mara da Silva. Desenvolvimento de um compósito eco-friendly de ABS reforçado com resíduos proveniente da fibra da palmeira para aplicação em impressão 3D. 2023. 108 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Ambiental) - Faculdade de Engenharia, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2023.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/19454
Data de defesa: 3-Mar-2023
Aparece nas coleções:Mestrado Profissional em Engenharia Ambiental

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