Desenvolvimento e caracterização de compósitos de cinza de casca de arroz em matriz epóxi

A escassez de recursos naturais não renováveis e o aumento da poluição ambiental tem aumentado a necessidade de materiais com características específicas, e que ao mesmo tempo sejam atóxicos e sustentáveis. Neste sentido, a inserção de coprodutos, outrora resíduos industriais, em novos ciclos produtivos, contribui para minimização destas problemáticas. A casca de arroz é um resíduo amplamente gerado no Brasil e no mundo, é o principal subproduto do beneficiamento do arroz e tem sido utilizada como biomassa para geração de energia, o que reduz o impacto ambiental negativo causado pela sua destinação, porém gera grande quantidade de outro resíduo, a cinza de casca de arroz (CCA). A CCA é composta basicamente por sílica e carbono, além de outros componentes em menores quantidades. Pelo elevado teor de sílica, é um resíduo com potencial para ser transformado em coproduto para diversas indústrias. Uma aplicação importante é o uso como agente de reforço na produção de compósitos poliméricos. O polímero epóxi é um excelente material de matriz para compósitos e largamente utilizado em diferentes aplicações. Considerando que a sílica é uma das cargas mais comumente usadas em compósitos de matriz epóxi, o objetivo deste trabalho foi desenvolver e avaliar compósitos de CCA como carga em matriz epóxi em comparação com sílicas comerciais. Para isso, foi realizado primeiramente o beneficiamento e preparação de CCAs oriundas de distintos processos de combustão, por métodos de segregação granulométrica, moagem e lixiviação ácida. Após, as CCAs e sílicas foram caracterizadas utilizando análises de distribuição granulométrica, massa específica, área superficial, perda ao fogo, carbono total, análise química, pH, espectroscopia de infravermelho, análise termogravimétrica, microscopia eletrônica de varredura e difração de raios-X. Depois da determinação dos parâmetros mais adequados ao desenvolvimento dos compósitos, foi realizada a preparação e moldagem dos mesmos utilizando as CCAs e sílicas nos percentuais de 20, 40 e 60%. A avaliação das propriedades dos compósitos foi realizada por meio de ensaios de viscosidade, espectroscopia de infravermelho, análise termogravimétrica, calorimetria exploratória diferencial, microscopia eletrônica de varredura, ensaios mecânicos e absorção de água. O processo de lixiviação ácida utilizado nas CCAs mostrou-se efetivo na redução ou eliminação de Fe2O3, K2O, CaO, Cl e P2O5. Com relação à caracterização das cargas, várias das propriedades foram semelhantes para CCAs e sílicas, indicando a viabilidade de substituição da sílica por CCA para diversos tipos de materiais poliméricos. No entanto, as sílicas mostraram maior pureza e menor área superficial comparadas às CCAs. Quanto à produção dos compósitos, estes foram produzidos com sucesso, porém em escala laboratorial e o processo de moldagem utilizado mostrou dificuldade de remoção de bolhas para as misturas mais viscosas. Os valores obtidos para as temperaturas de transição vítrea dos compósitos após a cura foram satisfatoriamente elevados, em torno de 140°C, assim como as temperaturas de degradação térmica, que ficaram acima de 370°C para todas as amostras analisadas. Através das análises mecânicas e absorção de água, pode-se constatar que a CCA tem comportamento semelhante ao da sílica, podendo ser substituída sem maiores adversidades. Os ensaios de MEV revelaram que houve uma boa dispersão e distribuição das cargas na matriz polimérica, e que a interface de adesão entre as partículas e a matriz foi melhor para os compósitos de cinza. No entanto, a análise de viscosidade evidenciou que a viscosidade das misturas contendo CCA aumenta exponencialmente, podendo causar problemas de processamento, dependendo da aplicação.