estudo do aproveitamento da fuligem da queima do …

RODRIGO BERTELLI DINIZ

ESTUDO DO APROVEITAMENTO DA FULIGEM DA QUEIMA DO BAGAÇO DA CANA DE AÇÚCAR EM COMPOSTOS DE

BORRACHA (SOLADOS E PLACAS COMPACTAS)

D i s s e r t a ç ã o d e M e s t r a d o apresentada à Universidade de Franca, como exigência parcial para obtenção do título de Mestre em Ciências. Área de concentração: Química de Materiais.

Orientador: Prof. Dr. Paulo Sérgio Calefi

FRANCA2009

RODRIGO BERTELLI DINIZ

ESTUDO DO APROVEITAMENTO DA FULIGEM DA QUEIMA DO BAGAÇO DA CANA DE AÇÚCAR EM COMPOSTOS DE

BORRACHA (SOLADOS E PLACAS COMPACTAS)

Presidente:________________________________________________

Titular:____________________________________________________

Titular:____________________________________________________

Franca, 13 de Março de 2009.

i

Dedico este estudo aos meus pais, a quem devo tudo o que sou, e aos meus irmãos. A Glenda, que me ajudou neste trabalho, e ao Prof. Dr. Paulo Sergio Calefi, por ter me oferecido este desafio.

ii

AGRADECIMENTOS

Agradeço ao meu orientador Prof. Dr. Paulo Sérgio Calefi pelos

ensinamentos, dedicação e apoio durante toda a elaboração deste trabalho, ao meu

grande amigo Sidnei Eurípedes Andriani, que trabalhou com muito afinco para que o

desenvolvimento deste trabalho tivesse resultado positivo, e principalmente a Deus,

por sempre iluminar meu caminho e não deixar faltar recursos e perseverança para

a conclusão deste trabalho.

iiiLISTA DE FIGURAS

Figura 1 MBT (Mercaptobenzotiazol) 04

Figura 2 MBTS (Dissulfeto de dibenzotiazila) 04

Figura 3 TMTD (Dissulfeto de Tetrametiltiuram) 04

Figura 4 Estrutura da Sílica 08

Figura 5 Negro de fumo em pó (carvão) 08

Figura 6 Previsão do consumo mundial de material para solado 16

Figura 7 Fuligem seca. 20

Figura 8 Funcionamento do lavador de gases 21

Figura 9 Placas de borracha para retirada de testes de rasgo e ruptura 29

Figura 10 Corpos de prova para testes de abrasão 29

Figura 11 Placa composta com fuligem 30

Figura 12 Espectro de absorção no infravermelho para a fuligem seca e peneirada (>75 micra) 33

Figura 13 Análise térmica da fuligem (TG, DTG, DTA) 34

Figura 14 Placa com fuligem com partículas maiores que 300 micra 37

Figura 15 Placa com fuligem com partículas menores que 75 micra 37

Figura 16 Difratograma de raios X para a fuligem com partículas menores que 75 micra 39

Figura 17 Teste comparativo de densidade entre as cargas 41

Figura 18 Teste comparativo de dureza entre as cargas 42

Figura 19 Teste de abrasão comparativo entre as cargas 43

Figura 20 Solado composto com 20 phr de fuligem 44

Figura 21 Solado composto com 20 phr de fuligem 45

Figura 22 Curva TG comparativa entre compostos de borracha sem carga, com sílica, com caulim e com fuligem 45

Figura 23 Curvas DTG dos compostos de borracha sem carga, com sílica, com caulim e com fuligem 47

Figura 24 Curva DTA dos compostos de borracha sem carga, com sílica, com caulim e com fuligem 48

Figura 25 Espectro de absorção no infravermelho dos compostos de borracha sem carga, com sílica, com caulim e fuligem 49

Figura 26 Placa composto com bagaço de cana seco, utilizando determinados pigmentos para tonalidade de cor desejada 53

Figura 27 Placa composta com bagaço de cana seco, utilizando determinados pigmentos para tonalidade de cor desejada 53

vLISTA DE TABELAS

Tabela 1 Fórmula básica para composição da borracha 03

Tabela 2 Comparativo de custos das cargas mais utilizadas 11

Tabela 3 Fórmula usada na composição de solados 28

Tabela 4 Fórmula usada na composição de placas compactas 30

Tabela 5 Porcentagem de carbono, nitrogênio e hidrogênio contido na fuligem 35

Tabela 6 Análise granulométrica da fuligem seca 36

Tabela 7 Análise granulométrica da fuligem seca e moída no moinho de facas 36

Tabela 8 Características físicas da fuligem da usina Caeté 38

Tabela 9 Características físicas da fuligem produzida a 600ºC 39

Tabela 10 Comparativo de perda de massa entre as cargas 46

Tabela 11 Resultados obtidos nos testes da placa compacta 50

viLISTA DE SIMBOLOS E ABREVIATURAS

DTA Análise Térmica Diferencial

DTG Termogravimetria Derivada

IV Infravermelho

MBT Mercaptobenzotiazol

MBTS Dissulfeto de dibenzotiazila

TMTD Dissulfeto de Tetrametiltiuram

TG Termogravimetria

Phr Partes por cem de borracha

D D A Densidade, dureza e abrasão

viiSUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO.............................................................................................

1

1.1 A BORRACHA.............................................................................................

1

1.2 FORMULAÇÃO DE UM COMPOSTO DE

BORRACHA..............................

3

1.3 CARGAS.......................................................................................................

5

1.3.1 C a r g a s reforçantes.......................................................................................

6

1.3.1.1 Sílica.............................................................................................................

7

1.3.1.2 N e g r o d e fumo..............................................................................................

8

1.3.2 C a r g a s inertes..............................................................................................

9

1.3.2.1 Cargas inertes

pretas...................................................................................

9

1.3.2.2 Cargas inertes

brancas.................................................................................

10

1.4 PREPARAÇÃO DOS COMPOSTOS DE BORRACHA................................

11

1.5 TESTES FÍSICOS REALIZADOS NO COMPOSTO VULCANIZADO..........

13

1.5.1 DENSIDADE.................................................................................................

13

1.5.2 DUREZA.............................................................................................................

.....

13

1.5.3 ABRASÃO...............................................................................................

.....

14

1.5.4 CARGA DE RUPTURA E ALONGAMENTO................................................

15

1.6 CENÁRIO MUNDIAL....................................................................................

15

1.7 INDÚSTRIA DE CALÇADOS NO BRASIL...................................................

17

1.8 CANA-DE-AÇÚCAR COMO FONTE DE MATERIAIS E ENERGIA.............

18

1.8.1 ASPECTOS SÓCIO-ECONÔMICOS DO SETOR SUCROALCOOLEIRO..

18

1.8.2 GERAÇÃO DE VAPOR................................................................................

18

1.8.3 LAVADOR DE GASES.................................................................................

20

1.8.4 I M P A C T O S S Ó C I O -

AMBIENTAIS...............................................................

22

1.9 ESTUDOS JÁ REALIZADOS COM A FULIGEM DO BAGAÇO DE CANA............................................................................................................

23

2 JUSTIFICATIVA................................................................................................

.....

25

3 OBJETIVO....................................................................................................

26

4 MATERIAIS E

MÉTODOS...........................................................................

27

4.1 OBTENÇÃO DA AMOSTRA.................................................................................

27

4.2 PREPARO DOS COMPOSTOS DE BORRACHA CONTENDO AS CARGAS INERTES E FULIGEM..................................................................

27

4.3 EQUIPAMENTOS

UTILIZADOS...................................................................

30

5 RESULTADOS E

DISCUSSÃO...................................................................

33

5.1 ESPECTROSCOPIA DE ABSORÇÃO NO INFRAVERMELHO DA FULIGEM......................................................................................................

33

5.2 ANÁLISE TÉRMICA DA

FULIGEM.............................................................

34

5.3 ANÁLISE ELEMENTAR DA FULIGEM.........................................................

36

5.4 ANÁLISE GRANULOMÉTRICA DA FULIGEM.............................................

36

5.5 PROPRIEDADES TEXTURAIS....................................................................

38

5.6 DIFRAÇÃO DE RAIOS-X.............................................................................

39

6 USO DA FULIGEM DA QUEIMA DO BAGAÇO DE CANA COMO CARGA PARA ARTEFATOS DE BORRACHA (SOLADO) - ESTUDO D A V I A B I L I D A D E D O U S O D A S CARGAS......................................................................................................

41

6.1 ESTUDO DAS PROPRIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS DOS A R T E F A T O S D E B O R R A C H A U T I L I Z A N D O CARGAS..............................

45

6.1.1 Análise térmica.............................................................................................

45

6.1.2 Espectroscopia de absorção no infravermelho.............................................

49

6.1.3 FULIGEM DA QUEIMA DO BAGAÇO DE CANA COMO CARGA PARA ARTEFATOS DE BORRACHA (PLACAS COMPACTAS)...........................

50

6.1.4 APLICAÇÃO DA FULIGEM EM OUTRAS FORMULAÇÕES.......................

51

7 PERSPECTIVA DE PESQUISAS 528 CONCLUSÃO..........................................................................................

.....54

9 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS............................................................

55

RESUMO

Diniz, Rodrigo Bertelli. Estudo do aproveitamento da cinza da queima do bagaço da cana de açúcar. 2009. 79 f. Relatório de pesquisa apresentado ao Programa de Pós Graduação para realização do Exame de Qualificação como exigência parcial para obtenção do título de Mestre em Ciências

A fuligem da queima do bagaço da cana de açúcar tem apresentado aspectos ambientais muito negativos, causando sérios danos à saúde do homem, como problemas pulmonares. Na tentativa de minimizar estes danos, estudos com a fuligem estão sendo feitos para que a mesma possa ser reaproveitada da melhor maneira possível. O objetivo deste trabalho foi o desenvolvimento de compostos escuros de baixo custo, utilizando para isto a fuligem da queima do bagaço de cana de açúcar. Para que esse objetivo fosse atingido, a fuligem passou por tratamento térmico com posterior diminuição de sua granulometria, após tratamento, a fuligem foi utilizada como carga inerte, tendo como polímero a SBR 1502 (Borracha Estireno Butadieno). A fuligem foi obtida através da queima do bagaço de cana em caldeira, cinza esta cedida pela usina Caeté (Delta/MG). Testes comparativos foram desenvolvidos tendo como variável a carga inerte (caulim comum, caulim rosa, carbonato de cálcio e a fuligem do bagaço). As propriedades físico-mecânicas (densidade, dureza, abrasão) foram comparadas entre as cargas, após prensagem

dos compostos de borracha. Para melhor conhecimento dos constituintes da fuligem, análises foram feitas, dentre elas podemos citar algumas técnicas: análise térmica (termogravimetria e análise térmica diferencial), espectroscopia de absorção no infravermelho, propriedades texturais (medida de área superficial), difração de raio x. Os resultados permitiram identificar que o composto com melhor resultado foi aquele contendo a fuligem, devido à melhor resistência à abrasão (mm3), densidade (g/cm3) e dureza (Shore A).

Palavras-chave: cana de açúcar; cinza; borracha.

xABSTRACT

Diniz, Rodrigo Diniz Bertelli. Study of the use of ash from burning the bagasse of sugar cane. 2009. 77 f. Research report submitted to the Graduate Program for completion of the Qualifying Examination as partial requirement for obtaining the title of Master of Science

The soot from burning of the bagasse of sugar cane has made environmental issues very negative, and cause serious damage to human health, such as lung problems. In an attempt to minimize this damage, studies with soot are being made so that it can be reused in the best possible way. The objective of this work was the development of compounds dark low cost, using it for the soot of sugar cane bagasse. For this goal was reached, the soot came through heat treatment with subsequent reduction of its size, the soot after treatment was used as inert load, with the polymer SBR 1502 (styrene butadiene rubber). The soot was obtained by the burning of sugar cane bagasse in boilers, soot provided by this plant Caeté (Delta /

MG). Comparative compounds were developed with the variable to load inert (kaolin common, pink kaolin, calcium carbonate and soot of bagasse). The physical-mechanical properties (density, hardness, abrasion) were compared between loads, after pressing the rubber compound. For better understanding of the constituents of the soot, tests were made, among them we can mention a few techniques: thermal analysis (thermogravimetry and differential thermogravimetry), the absorption of infrared spectroscopy, textural properties (measurement of surface area), x-ray diffraction The results identified that the compound with the best result was that with the soot, due to better resistance to abrasion (mm3), density (g/cm3) and hardness (Shore A).

Key-words: sugar cane; soot; rubber.

xi

1

1 INTRODUÇÃO

1.1 A BORRACHA

A borracha é um polímero cuja principal característica recai sobre sua

elasticidade. Isto quer dizer que se esticarmos uma tira de borracha, ela distenderá

duas, três, cinco ou mesmo dez vezes o seu comprimento inicial sem que haja

rompimento e ao ser solta, voltará sua forma original [1].

A borracha chega para o fabricante de solas na forma de

macromoléculas enoveladas. Embora estes polímeros possuam uma considerável

elasticidade, sabe-se que, ao esticar uma borracha e fixar as suas extremidades,

suas cadeias poliméricas se alinharão e deslizarão umas sobre as outras, o que

causa permanente deformação no material. Este fenômeno é conhecido como

plasticidade da borracha [1]. Porém, esta plasticidade não interessa ao fabricante de

solas, e por isto torna-se necessário eliminar ou reduzir seus efeitos, o que é

conseguido fixando-se a estrutura polimérica enovelada em alguns pontos, de

maneira que, ao ser tracionado, não sofra deformação, pois as cadeias poliméricas

estão presas. Esta fixação é feita por meio da reação denominada por vulcanização.

A vulcanização baseia-se na reação do enxofre em determinados

pontos do polímero. Quimicamente, o enxofre reage nas ligações duplas do

polímero, ligando as cadeias poliméricas umas com as outras e forma, assim, uma

estrutura tridimensional.

Por meio da vulcanização, o fabricante de solas alia a elasticidade da

borracha com a resistência à deformação. Portanto, a borracha vulcanizada

representa um ótimo material para a fabricação de solas flexíveis, resistentes à

2

abrasão, resilientes e não deformáveis [2].

Obviamente, a formulação de um solado não contém somente enxofre

e borracha, outros aditivos são incorporados a esta mistura, cujo objetivo é melhorar

as características de resistência à abrasão, a flexibilidade, resistência ao rasgo,

ruptura, entre outras [1].

Existem no mercado dois tipos básicos de borracha: a natural e as

sintéticas. A borracha natural é obtida do látex natural extraído da seringueira e pode

ser comercializada na forma de látex ou na forma sólida, obtida pela coagulação

ácida. Nesta coagulação a proteína ao redor da partícula de borracha apresenta-se

com os grupos NH2 e COOH não ionizados. A partícula não possui carga elétrica, ao

ser adicionado o ácido (fórmico ou acético), a proteína ioniza-se e quando consegue

equilibrar as cargas positivas e negativas, coagula e separa a borracha da água. No

Brasil, a quase totalidade da borracha é extraída da Hevea brasiliensis [2].

A borracha sintética é constituída de monômeros como isopreno,

butadieno, estireno, cloropreno, etileno, acrilonitrila e o uso destes monômeros

resulta em propriedades especiais para a borracha. Na indústria de solas prensadas

utiliza-se com maior freqüência a borracha de estireno-butadieno (SBR 1502), que é

um polímero formado pelos monômeros butadieno e estireno, no qual

aproximadamente 25% de unidades estireno estão distribuídas entre 75% de

unidades de butadieno ao longo da cadeia molecular. SBR é uma borracha bastante

empregada na fabricação de solados por aliar as propriedades de resistência à luz,

resiliência, baixa deformação e boa flexibilidade, com baixo custo [2].

As propriedades físicas necessárias para um bom solado só são

alcançadas em composições de SBR reforçadas com “cargas” tais como, sílica e

negro de fumo. O solado de SBR apresenta menor desgaste que o solado de

3

borracha natural [2].

1.2 FORMULAÇÃO DE UM COMPOSTO DE BORRACHA

Na indústria de compostos de borracha uma grande quantidade de

componentes é adicionada à borracha para a formação do produto final. Por este

motivo, uma sola de borracha pode ser fabricada com quantidades diferentes, e,

portanto, apresenta custos e durabilidade diferentes. Todos os componentes que

entram na formulação da composição de borracha têm influência na qualidade

desta. Em uma composição de borracha, o tipo e a proporção dos componentes são

muito variáveis, de acordo com aquilo que se deseja obter. Uma formulação básica

para um composto de borracha é apresentada na tabela 1, com destaque para as

quantidades de borracha e cargas [2].

Tabela 1: Fórmula básica para composição da borracha

Componente PhrBorracha 100

Ativadores de vulcanização 1 – 5Agentes de vulcanização 1 – 4

Aceleradores de vulcanização 1 – 3Cargas 50 – 300

Plastificantes 5 – 100Auxiliares de processamento 5 – 10

Antioxidantes 1 – 3Pigmentos e corantes até 5

OBSERVAÇÃO: Para uma formulação de borracha utiliza-se o termo técnico phr (partes por cem de borracha).

Os agentes de vulcanização são substâncias que promovem ligações

cruzadas entre as cadeias poliméricas da borracha, o que proporciona menor

plasticidade ao produto. Para cada tipo de polímero emprega-se um tipo específico

de agente de vulcanização. Como agentes de vulcanização são utilizados o enxofre

4

puro ou compostos doadores de enxofre. Os doadores de enxofre são produtos

químicos que se decompõem em temperaturas elevadas e liberam enxofre [2,3].

A reação do enxofre com a borracha é muito lenta e tornaria

antieconômica a fabricação de artefatos de borracha, caso não fossem utilizados

aceleradores de vulcanização. Estes aceleradores melhoram as propriedades físicas

do produto. A escolha de um dado acelerador em detrimento de outro se baseia no

seu comportamento durante a vulcanização. Um acelerador pode produzir uma cura

lenta quando usado sozinho, mas pode ocasionar uma vulcanização mais rápida se

utilizado com pequenas quantidades de outro acelerador. Os aceleradores mais

usados são MBT (Mercaptobenzotiazol) , MBTS (Dissulfeto de dibenzotiazila) e

TMTD (Dissulfeto de Tetrametiltiuram) , cujas formulas estruturais são apresentadas

nas figuras 1, 2 e 3.

Figura 1: MBT (Mercaptobenzotiazol) [4] Figura 2: MBTS (Dissulfeto de dibenzotiazila) [5]

Figura 3: TMTD (Dissulfeto de Tetrametiltiuram) [5]

Os ativadores de vulcanização têm a função de ativar os aceleradores,

isto é, promover a ação dos aceleradores sobre o enxofre e a borracha para que se

tenha uma vulcanização mais rápida. O ativador mais utilizado é o óxido de zinco [3].

Plastificantes são óleos capazes de auxiliar no processamento da

borracha, tornando-a mais plástica. A escolha do plastificante depende do tipo de

elastômero como, por exemplo, em borrachas SBR devem ser usados como

5

plastificante os óleos naftênicos, já em borrachas nitrílicas são empregados ésteres,

enquanto que em borrachas naturais usam-se qualquer plastificante [2,3].

As mesmas ligações duplas que possibilitam a vulcanização com o

auxílio do enxofre podem reagir com o oxigênio. Esta reação é conhecida como

oxidação da borracha e causa degradação no material polimérico o que afeta as

propriedades físicas do produto acabado. Os antioxidantes são produtos químicos

capazes de proteger as moléculas de borracha do ataque do oxigênio às ligações

duplas [3].

Durante o processo de composição, corantes e pigmentos podem ser

adicionados à mistura de borracha para se obter, após a vulcanização, a cor

desejada. No entanto, recomenda-se que nas solas sejam usados preferencialmente

os pigmentos, pois os corantes podem migrar para superfície [3].

1.3 CARGAS

O termo “carga” é empregado como referencia aos materiais que são

adicionados aos elastômeros para alterar suas propriedades, tais como: resistência

mecânica, estabilidade térmica, estabilidade dimensional, atoxidez, já que são raros

os casos em que se usam elastômeros puros. Na preparação de artefatos de

borracha, a massa das cargas utilizadas chega a ser três vezes maior que a massa

de borracha [3].

Não se conhece nenhum material que satisfaça todos os requisitos

para que se tenha carga completa, já que são muitas as propriedades desejadas

(baixo custo, baixa densidade, estabilidade térmica, obtenção rápida e fácil,

neutralidade química, fácil manipulação, atoxidez)

6

As cargas podem ser divididas em dois grandes grupos: as reforçantes

e as inertes. As cargas reforçantes são as que conferem melhores propriedades

físico-mecânicas, como: rigidez, resistência à tração, compressão, deformação e

rasgamento. As cargas inertes (ou materiais de enchimento), por sua vez são as que

não melhoram as propriedades físico-mecânicas, pelo contrário, até comprometem,

mas em compensação, aumentam o volume do material o que reduz custos de

produção.

Tanto as cargas reforçantes como as cargas inertes podem ser

brancas ou coloridas. Dentre as cargas, merece destaque o negro de fumo (carga de

reforço) cujo uso consagrou a cor preta para artefatos de borracha.

1.3.1 Cargas reforçantes

Para que uma carga seja reforçante, isto é, propicie melhoria nas

propriedades físico-mecânicas, suas partículas devem possuir algumas

características fundamentais:

- Granulometria: as partículas devem ser muito finas (no máximo 75

micra), pois o reforço está diretamente relacionado com a superfície específica.

- Estrutura: uma partícula fina considerada isoladamente não significa

nada, mas se a mesma se organiza com outras, de modo a formar estrutura

(corrente, colar, cacho) ela terá condições de comunicar ao elastômero algumas

modificações nas propriedades, mesmo porque essa estrutura é decorrente ou de

carga elétrica residual ou de reatividade química localizada, o que geralmente

encontrará ancoradouro na macromolécula.

- Facilidade de dispersão: está relacionada ao fator econômico, uma

vez que quanto mais fácil a dispersão, mais rápida a incorporação e menor o custo

7

de mistura. Isto implica em economia de energia e mão de obra, bem como aumento

de produção. De modo geral, quanto maior a partícula maior a dificuldade de

dispersão. Mas, em contrapartida, uma boa dispersão reflete na obtenção de boas

propriedades do composto. [3].

1.3.1.1 Sílica:

Há vinte anos atrás, a carga reforçante branca era, por excelência, o

carbonato de magnésio. Com o advento da sílica precipitada, houve um grande

avanço no que se refere à obtenção de produtos de borracha coloridos com boas

propriedades físico-mecânicas. Contudo, apesar de toda a excelência da sílica

precipitada, ainda não se chegou ao nível de reforço dos melhores negros de fumo,

razão pela qual a maior parte dos produtos de borracha continua a ser de cor preta.

As sílicas precipitadas são preparadas a partir do silicato ácido de

sódio. Por precipitação obtém-se o Durasil® que é o dióxido de silício, cujas

partículas chegam a ter o diâmetro de 16 nm. As sílicas precipitadas, amplamente

usadas na indústria da borracha, permitem obter produtos brancos ou coloridos com

excelentes propriedades mecânicas. A maior aplicação das sílicas precipitadas como

carga de reforço é verificada nos elastômeros SBR. No elastômero natural os

resultados não são dos melhores [3].

As sílicas são materiais que apresentam facilidade para serem

incorporadas aos elastômeros, e decorrente de suas características ácidas, tem

efeito retardante sobre o sistema de cura, motivo pelo qual costuma-se usar

paralelamente uma base orgânica (polietilenoglicol, por exemplo) para eliminar todo

resíduo ácido [3].

8

Figura 4: Estrutura da Sílica

1.3.1.2 Negro de fumo

Entre as cargas reforçantes o negro de fumo ocupa lugar proeminente

por diversas razões: (1) melhora sensivelmente as propriedades físico-mecânicas

dos artefatos; (2) torna a formulação da composição de elastômero mais econômica;

(3) não aumenta excessivamente a densidade em comparação com as cargas

inertes; (4) funciona igualmente como pigmento; (5) apresenta uma gama de tipos,

dos quais se podem obter uma série de variações nas propriedades físico-

mecânicas dos artefatos [3].

O negro de fumo utilizado nas indústrias de artefatos de borracha

(figura 5) é obtido por combustão incompleta do petróleo. O negro de fumo é uma

carga reforçante que permite ao artefato possuir propriedades que seriam difíceis de

serem obtidas com outro material.

9

Figura 5: Negro de fumo em pó (carvão)1.3.2 Cargas inertes

As cargas inertes (diluentes ou de enchimento) são materiais usados

com o fim precípuo de aumentar o volume do material e baixar custos, mesmo com

o sacrifício da qualidade.

As cargas inertes geralmente propiciam pequenos benefícios técnicos

e acarretam grandes prejuízos nas propriedades mecânicas dos artefatos, mas em

compensação permitem obter custos bem menores [2, 3].

O uso indiscriminado de cargas inertes tendo como único parâmetro a

redução dos custos tem sido responsável pela má qualidade de muitos tipos de

artefatos de borracha e pela perda de mercado. Em contrapartida, o uso criterioso

dessas cargas diluentes traz benefícios técnicos e econômicos e, para tanto, é

necessário conhecer esses materiais e saber quando, onde e quanto usar.

1.3.2.1 Cargas inertes pretas

- Asfalto: entre as cargas inertes pretas o asfalto ocupa um lugar de

importância. O asfalto é resíduo da refinação do petróleo e é constituído

basicamente por produtos naftalênicos. Após tratamento adequado, apresenta-se

sob forma sólida (asfalto oxidado), rígida e de cor preta brilhante. Quando submetido

ao calor passa de um sólido rígido para um líquido viscoso, apresentando certa

elasticidade que lhe valeu a denominação de mineral “rubber” [3]. É muito

compatível ao elastômero SBR, possui baixo preço, excelente processabilidade e

capacidade de plasticidade e por isso, apresenta amplo uso, sobretudo em

10

composições para tapetes;

- Pó de pneu: nas recapagens ou recauchutagens, os pneus, ao serem

preparados, são raspados e lixados de modo a sofrerem uma retificação, esse pó

apresenta granulometrias variadas, e o pó mais fino pode ser usado diretamente em

composições de borracha preta com alguma vantagem técnica e econômica [3]. A

incorporação é muito rápida e a dispersão é excelente. Os artefatos assim

compostos apresentam geralmente uma melhoria na resistência ao desgaste [3].

1.3.2.2 Cargas inertes brancas

- Caulim: o nome caulim deriva do chinês Kauling (Cume alto). O

constituinte principal do caulim é a caulinita, mineral constituído basicamente de

aluminossilicato [6]. Entretanto, a maioria dos caulins contém em maiores ou

menores proporções, outros compostos hidratados de alumínio como quartzo,

feldspatos, mica, entre outros [2,3].

É sabido que o caulim não é carga reforçante em borracha. De modo

geral, no que tange ao aspecto qualidade do artefato, a presença do caulim é

prejudicial, uma vez que normalmente compromete ao invés de melhorar as

propriedades físico-mecânicas do produto fabricado. Por outro lado, nem sempre se

exige qualidades excepcionais num artefato de borracha e o preço é, muitas vezes,

uma questão de sobrevivência. Desta forma uso intensivo do caulim é um fato

tecnicamente justificável, sobretudo em artigos sem maior responsabilidade.

Além de afetar a boa qualidade dos artefatos, os caulins ainda

apresentam o inconveniente de serem ácidos e, por isso retardam o tempo de cura.

Por esta razão costuma-se usar uma base orgânica (polietilenoglicol ou

trietanolamina) para neutralizar a acidez dos caulins, sobretudo quando usados em

11

grandes quantidades.

Além das desvantagens mencionadas sobre o uso do caulim em

formulações de borracha, enfatizam-se, também, algumas vantagens que o uso

desse material propicia. A primeira delas é, sem dúvida, a redução do preço da

composição, o que justifica plenamente o uso dessa matéria-prima. Outra vantagem

é a melhora nas propriedades de colagens quando a composição contém caulim, o

que pode ser explicado com base na absorção dos plastificantes pelas partículas de

caulim [2,3].

A facilidade de incorporação, sem liberar calor em grandes

quantidades, permite, por vezes, ser explorada para se efetuar a aceleração em

banbury, uma vez que a queda da temperatura do composto, determinada pela

adição de razoável porção de material, permite adicionar os aceleradores sem correr

risco de pré-vulcanização. Na tabela 2 podem-se comparar os preços das cargas

mais utilizadas no mercado de artefatos de borracha.

Tabela 2: Comparativo de custos das cargas mais utilizadas

Material Custo R$/KgSílica R$ 3,89

Negro de Fumo R$ 3,55Pó de Pneu R$ 0,70

Caulim Comum R$ 0,32Carbonato de Cálcio R$ 0,25

1.4 PREPARAÇÃO DOS COMPOSTOS DE BORRACHA

Depois de pesadas todas as matérias primas contidas na formulação,

tem início o processo de composição do composto de borracha.

Primeiramente essas matérias primas são levadas ao banbury, que

12

também é chamado de misturador fechado, depois de misturado o composto, a

próxima etapa é o cilindro.

Cilindro: também conhecido como moinho ou misturador aberto, onde

ocorrerá a homogeneização final do composto [2,3]. Nesta etapa é retirada uma

amostra do material para medições de tempo ótimo de cura do composto.

Rheometro: fornece o tempo ótimo de cura do composto. Na maioria

das vezes, faz-se a análise do T10 (inicio da vulcanização) e T90 (término da

vulcanização).

Depois de feito o teste de Rheometro, o material composto é levado

para extrusão. Nesta etapa, modelados são obtidos de acordo com o solado

(número e tamanho) que será prensado

- Extrusão: a extrusão ou trafilagem é um processo de conformação de

materiais que são forçados através de uma matriz, dando o formato desejado de

acordo com a matriz que foi colocada [2,3].

- Prensa: é onde ocorre a vulcanização do material, ou seja, é uma

reação química que transforma o material do estado plástico para o estado elástico.

A temperatura destas prensas deve ser rigorosamente controlada, pois isto define a

qualidade do produto final. A temperatura normalmente gira em torno de 165º C com

uma pressão em torno de 130 bar. A vulcanização ocorre durante o processo de

prensagem, isto é, a reação do enxofre com a borracha é ativada pelos aceleradores

e ativadores na presença de calor e pressão. A função da pressão é manter a forma

e as dimensões das lâminas [2].

13

1.5 TESTES FÍSICOS REALIZADOS NO COMPOSTO VULCANIZADO

Depois de vulcanizado, o artefato de borracha passa por

caracterizações para que sejam verificadas suas propriedades físico-mecânicas.

Estes testes são feitos por amostragem durante o processo produtivo. Os principais

testes são dureza, densidade e abrasão, também conhecidas por “DDA”. Além

destes, também é comum avaliar o rasgo e a ruptura.

1.5.1 DENSIDADE

A densidade de um composto tem uma função primordial, pois é por ela

que será determinada a quantidade de massa a ser colocada para preencher o

molde para formação da sola. Quanto menor a densidade menor será a quantidade

de material utilizada para preenchimento do molde. A densidade é medida em g/cm3

[2,3].

Para um melhor entendimento, cita-se a diferença entre um solado

usado em sapatos linha de conforto e um solado feito para chuteira. Normalmente

solados para linha de conforto possuem densidade menor (1,01 g/cm3) o que

proporciona maior leveza ao material, diferentemente de um solado feito para

chuteira, que possui uma densidade um pouco maior (1,15 g/cm3 ).

1.5.2 DUREZA

14

Para os produtos de borracha, a dureza é definida como a medida da

resistência por um instrumento de dimensões determinadas e sob carga também

determinada. Os índices numéricos de dureza podem representar a profundidade da

penetração.

São todas calibradas na mesma escala arbitrária, de 0 (mole) até 100

(dura) [2,3].

Para um melhor entendimento cita-se a diferença entre um solado

usado em sapatos linha de conforto e um solado feito para chuteira. O primeiro por

ser mais macio apresenta dureza de 52 shore A, enquanto o segundo, mais duro

apresenta dureza de 74 shore A.

1.5.3 ABRASÃO

Denomina-se resistência à abrasão, a resistência apresentada pelas

composições de borracha ao desgaste pelo contato com superfícies abrasivas em

movimento. A resistência à abrasão é medida sob condições definidas de carga e

velocidade, sendo expressa em percentagem após comparação com uma

composição padrão.

Os métodos para verificar a resistência dos elastômeros vulcanizados à

abrasão encontram-se descritos nas ASTM D394 E D 1630. Ambas as máquinas, a

Du Pont D394 e National Bureau of Standards (D1630), comprimem o corpo de

prova, sob carga determinada, contra um abrasivo (geralmente esmeril ou papel de

lixa) montado num disco ou tambor rotativo. A superfície abrasiva gira a uma

velocidade especificada, prosseguindo a prova durante determinado tempo. A

unidade de medida é mm3 [2,3].

15

Para um melhor entendimento pode-se citar a diferença entre um

solado usado em sapatos linha de conforto e um solado feito para chuteira. Por ser

um solado usado em ocasiões no qual se tem um forte impacto com o solo é

necessário que o solado usado em chuteiras apresente uma Abrasão mais baixa, em

torno de 100 mm3, diferentemente do solado usado na linha de conforto, em torno de

220 mm3.

1.5.4 CARGA DE RUPTURA E ALONGAMENTO

Carga de ruptura é a força aplicada por unidade de seção reta inicial de

um corpo de prova, no momento da ruptura. Alongamento ou deformação elástica é

o esticamento entre dois traços de referência marcados no corpo de prova e

produzidos pela aplicação de força. É comumente medida como percentagem da

distância inicial entre esses dois traços. O alongamento final é o alongamento no

momento da ruptura. Mede-se em kg por centímetro quadrado a ruptura e em % o

alongamento [3].

Para um melhor entendimento cita-se a diferença entre um solado

usado em sapatos linha de conforto e um solado feito para chuteira. O solado usado

na linha de conforto, por ser mais macio, apresenta uma elasticidade maior em

comparação ao solado usado em chuteira, que é mais duro.

1.6 CENÁRIO MUNDIAL

Além dos materiais citados para a fabricação dos solados, têm-se

ainda, TPU (material termoplástico), PVC (Policloreto de Vinila), os materiais

16

celulósicos e a madeira. Na figura 6 pode-se visualizar a participação mundial de

cada material utilizado na produção de solados.

Figura 6: Previsão do consumo mundial de material para solado [7]

Ao longo da década de 90, a produção mundial de calçados cresceu a

taxas relativamente altas. Essa tendência de crescimento estável e relativamente

elevado foi influenciada pelo bom desempenho da China, que entre 1993 e 1998 e

início do século 21, aumentou sua produção em 78%, seguida da Índia (com 66%) e

do México (com 56%). A produção mundial de calçados nesse mesmo período

cresceu 10% [7].

Em 1998, a produção mundial de calçados atingiu o volume de 10.979

milhões de pares, sendo a China o principal produtor, com uma participação de 50%

(5.520 milhões de pares), seguida pela Índia (6% – 685 milhões de pares), Brasil

(5% – 516 milhões de pares), Itália (4% – 425 milhões de pares) e Indonésia (3% –

316 milhões de pares). Os principais produtores latino-americanos (excluindo o

Brasil) foram o México (2,5% – 270 milhões de pares), Argentina (0,8% – 80 milhões

de pares), Colômbia (0,6% – 60 milhões de pares), Venezuela (0,2% – 25 milhões

17

de pares) e Chile (0,2% – 21 milhões de pares) [7].

1.7 INDÚSTRIA DE CALÇADOS NO BRASIL

O setor calçadista nacional é composto por aproximadamente quatro

mil empresas, que geram 260 mil empregos, e apresenta capacidade instalada

estimada em 560 milhões de pares/ano, destes, 70% destinados ao mercado interno

e 30% à exportação, e faturamento de US$ 8 bilhões/ano. Com esses números o

Brasil se coloca como o terceiro maior produtor mundial de calçados, com 4,7% de

participação na produção total, que em 1998 foi de 10.979 milhões de pares,

conforme se pode observar na figura anterior [7].

O Vale dos Sinos, região formada por 18 cidades do Rio Grande do

Sul, produz 178 milhões de pares/ano, aproximadamente 40% da produção

nacional, e participa com 75% das exportações totais, enquanto a cidade de Franca,

no estado São Paulo, produz cerca de 29 milhões de pares/ano, ou seja, 6% da

produção nacional, e responde por 3% das exportações totais. Outras importantes

regiões produtoras são os pólos de Jaú e Birigui, ambos em São Paulo, assim como

a região Nordeste, que tem atraído novos investimentos do setor e já é responsável

por cerca de 15% das exportações totais brasileiras. A Azaléia (Rio Grande do Sul),

maior fabricante de calçados do Brasil e uma das cinco maiores do mundo, lidera a

produção de calçados femininos do país (30 milhões de pares/ano) e detém cerca

de 15% do mercado, enquanto Democrata e Sândalo (São Paulo) lideram a

produção de calçados masculinos de couro [7].

18

1.8 CANA-DE-AÇÚCAR COMO FONTE DE MATERIAIS E ENERGIA

1.8.1 ASPECTOS SÓCIO-ECONÔMICOS DO SETOR SUCROALCOOLEIRO

Uma das atividades agrícolas mais importantes do Brasil é a cana-de-

açúcar que cultivada desde 1532, ocupa, atualmente, segundo Instituto Brasileiro de

Geografia e Estatística - IBGE (2006), 6.718.373 de hectares do território brasileiro,

com uma produção, em 2006, de mais de 450 milhões de toneladas. A cana tem

como principais produtos finais o álcool e o açúcar e, mais recentemente a energia

elétrica [8].

O Estado de São Paulo é o maior produtor de cana-de-açúcar do

mundo, com cerca de 3,2 milhões de hectares de seu território dedicados ao plantio

dessa cultura, o que representa quase metade da área plantada de cana-de-açúcar

do país, o que o torna responsável por 58,5% da produção nacional (263.250

milhões de toneladas). Essa produção é responsável por 15,73 milhões de toneladas

de açúcar e 9,89 bilhões de litros de álcool. Dos R$ 114 bilhões gerados pelo setor

agrícola no país em 2004, R$ 24 bilhões, ou 21% do total, são provenientes do

açúcar e do álcool [9].

1.8.2 GERAÇÃO DE VAPOR

Logo que chega a usina, a cana-de-açúcar passa por um processo de

extração do caldo que gera grande quantidade de bagaço. Para cada tonelada de

19

cana moída são produzidos aproximadamente 300 kg de bagaço, com cerca de 50%

de umidade.

Em muitas usinas, o bagaço que sai da moenda com muito pouco

açúcar e com umidade de 50%, é transportado para as caldeiras, onde é queimado

para gerar o vapor que se destina a suprir todas as necessidades que envolvem o

acionamento das máquinas pesadas, geração de energia elétrica e o processo de

fabricação de açúcar e álcool. O bagaço é muito importante na unidade industrial,

porque é o combustível para todo o processo produtivo [10].

A cana-de-açúcar é composta de 1/3 de caldo e 2/3 de compostos de

biomassa (palha e bagaço) e compostos inorgânicos, como a sílica. Considera-se

como palha toda a matéria que é retirada da cana antes do processo de moagem:

folhas secas, folhas verdes e o ponteiro (ponta) da planta.

O poder calorífico de 1 tonelada de cana é superior ao de um barril de

petróleo. Na safra 2006/2007, o Brasil moeu 458 milhões de toneladas de cana-de-

açúcar correspondentes a 550 milhões de barris de petróleo.

Isto torna a indústria sucroalcooleira auto-sustentável em energia, já

que esta é proveniente da queima dos resíduos da cana-de-açúcar em caldeiras que

geram vapor para a produção de calor ou movimentação de geradores de

eletricidade necessários aos processos industriais. Para cada tonelada de cana que

é levada a caldeira é gerada 6 kg de fuligem seca [11]. Por isso, o objetivo preliminar

na política de energia de paises tropicais, como o Brasil, passa pela produção de

energia por meio da biomassa e do controle de poluição ambiental. Nesse aspecto,

tem-se a indústria sucroalcooleira brasileira como o maior sistema de produção de

energia comercial oriunda da biomassa no mundo. A figura 7 apresenta a foto de

uma amostra da fuligem fornecida pela usina Caeté (Delta/MG).

20

Figura 7: Fuligem seca do bagaço de cana.

Como subproduto da queima do bagaço da cana-de-açúcar tem-se as

cinzas que sobram da combustão chamada por fuligem. Fatores ambientais

determinam que todas as usinas possuam sistemas que impeçam que a fuligem seja

eliminada na atmosfera. Um dos sistemas de grande utilização é o sistema de

lavador de gases.

1.8.3 LAVADOR DE GASES

Para não agredir o meio ambiente, uma das maneiras de evitar que a

fuligem seja dispersa na natureza é a instalação de lavadores de gases. O lavador

de gases é um equipamento instalado antes do exaustor e que faz a retenção dos

resíduos sólidos por meio de uma lavagem com água. Essa tecnologia já é

plenamente dominada e atualmente procura-se diminuir o consumo de água

utilizada para a lavagem [12].

Após a lavagem, a fuligem passa por uma prensa desaguadora vertical,

que além de separar as impurezas, produz água limpa para retornar aos lavadores,

que seca a fuligem e produz uma torta com baixa umidade, o que reduz gastos com

transporte e custos.

21

A prensa é composta basicamente de duas partes: uma horizontal e

uma vertical. A parte horizontal recebe a água da lavagem dos gases com todas as

impurezas em uma bica de alimentação e distribuidora (foto 1). Em seguida estas

águas vão para um deck onde ocorre a drenagem por gravidade, com uma vazão

aproximada de 300 m3/hora. É utilizada uma tela continua de nylon para reter a

fuligem na face superior da tela (foto 2). A água limpa filtrada (foto 3) retorna ao

processo. Os dados de retenção deste processo simples de filtração são

satisfatórios [12].

A massa de impurezas retida na face superior da tela horizontal vai

para a parte vertical (foto 5) ,onde se efetua a secagem mecânica da fuligem por

meio de uma seqüência de rolos (Foto 6). Essa torta é facilmente transportada em

caminhões do tipo caçamba para descarte ou pode ser incorporada à torta de lodo e

retornar à lavoura, onde será usada como fertilizante (Foto 7), o que também

contribui para a redução de custos [12]. A figura 8 mostra todo o processo do lavador

de gases.

Figura 8: Funcionamento do lavador de gases

22

1.8.4 IMPACTOS SÓCIO-AMBIENTAIS

Não obstante aos benefícios para o país apresentados pelo setor

sucroalcooleiro, alguns aspectos precisam ser melhorados, e entre tantos, cita-se a

faceta ambiental relacionada com a atuação do setor, com ênfase na prática da

queimada da palha da cana realizada antes do corte e para a fuligem eliminada das

caldeiras após a queima na geração de energia, o que apresenta um alto potencial

de impacto ambiental [13].

As nuvens da fumaça destas queimadas formam gases tóxicos nocivos

à população e a fuligem, além da sujeira no meio ambiente urbano, causa prejuízo à

saúde das pessoas [15,16].

A fuligem que sai da caldeira em usinas que não possuem sistemas de

retenção (como lavador de gases), são lançadas na atmosfera e prejudicam a

qualidade de vida e o meio ambiente, trás diversos problemas de saúde. As

partículas mais finas são as que trazem maior prejuízo à saúde, pois são levadas

para dentro dos pulmões e muitas vezes causam infecções pulmonares e agravam a

situação dos que sofrem de asma, bronquite, enfisema pulmonar e doenças do

coração [14].

Outro aspecto negativo é que a fuligem aumenta o consumo de água,

pois é recomendável o uso da mesma para a sua remoção, pois se evita assim que

o carvão da fuligem seja respirado.

Devido a todos esses problemas, desenvolver processos no qual se

consiga aproveitar este material proveniente da queima do bagaço da cana de

açúcar seria de um grande apelo ecológico, e um ganho em relação à saúde do

homem. [13,14].

23

1.9 ESTUDOS JÁ REALIZADOS COM A FULIGEM DA QUEIMA DO BAGAÇO DE CANA

Na tentativa de se encontrar uma aplicação para a fuligem da queima

do bagaço da cana de açúcar, vários estudos tem sido feitos, inclusive com apoio da

fapesp.

Esta fuligem tem grande potencial para geração de energia elétrica,

produção de biocombustível e fabricação de produtos como bioplásticos, carvão

para siderúrgicas e até cimento. Uma das linhas de pesquisa, conduzida no

Departamento de Engenharia de Materiais da Universidade Federal de São Carlos

(UFSCar), resultou na obtenção do carbeto de silício, um versátil material sintético, a

partir da sílica da palha da cana [17].

Experimentos realizados nos laboratórios da Faculdade de Ciências

Tecnológicas (FCT) da Universidade Estadual Paulista (Unesp), em Presidente

Prudente, no interior de São Paulo, deram origem a um novo composto cerâmico

com potencial de aplicação na construção civil. Trata-se de uma massa cerâmica

cuja matéria-prima principal é a areia extraída da fuligem da cana-de-açúcar. [11]

Segundo Freitas, a maior experiência brasileira na área de reciclagem

de resíduos gerados por outras indústrias na produção de materiais de construção

civil é a conduzida pela indústria cimenteira [18]. O referido estudo tenta a

incorporação da fuligem no cimento, mas para o uso da mesma é necessário um

melhor controle na usina, afim de que o bagaço empregado na caldeira possa estar

livre de contaminantes, como areia. Além disto, é preciso um controle sobre a área

de estocagem desta fuligem, para que outros materiais provenientes da limpeza da

usina não sejam incorporados a ela.

24

2 JUSTIFICATIVA

A indústria sucroalcoleira vem apresentando grande crescimento em

todo país e as perspectivas para os próximos anos apontam para um crescimento

ainda maior. Em 2007/2008, a colheita da cana-de-açúcar no Brasil ultrapassou 460

milhões de toneladas, 10% acima do volume projetado para 2006/2007. O mix de

produção deverá ser de até 52% para o álcool e 48% para o açúcar. A expectativa é

de que a produção de cana atinja 700 milhões de toneladas em 2012 no país, e

destas 200 milhões estarão na região oeste de São Paulo [19].

Na usina de cana de açúcar, o bagaço gerado é levado à caldeira para

gerar a energia que movimenta a indústria e isto leva a uma grande produção de

resíduos (fuligem). E, por ser um material ainda sem utilização, há vários estudos

em cursos que estão sendo realizados cujo objetivo visa o seu possível

reaproveitamento [15].

Por outro lado, as indústrias de artefatos de borracha procuram

materiais que possam reduzir o custo do produto final. Nos dias de hoje são

utilizados para isso cargas inertes (caulim, carbonato de cálcio, caulim rosa, pó de

madeira). Diante do exposto, a cinza, por apresentar uma pequena granulometria e

ser rica em carbono, pode ser utilizada como carga na composição de artefatos de

borracha.

25

3 OBJETIVO

O objetivo deste trabalho foi o estudo da utilização da cinza da queima

do bagaço da cana de açúcar como carga para artefatos de borracha. Para tanto

foram estabelecidas as seguintes metas:

- Caracterizar a cinza;

- Estudar a incorporação da cinza como carga em formulações já

utilizadas para a obtenção de solados e placas para calçados.

- Realizar os testes físico-mecânicos (DDA) para os artefatos obtidos;

- Caracterizar os artefatos obtidos por análises térmicas e

espectroscopia de absorção no infravermelho.

26

4 MATERIAIS E MÉTODOS

4.1 OBTENÇÃO DA AMOSTRA

A fuligem foi fornecida pela Usina Caeté. O material apresentou-se na

forma úmida, e por isso, foi necessário retirá-la para que os testes no composto de

borracha fossem feitos. A retirada da umidade foi realizada em estufa a uma

temperatura de 110 ºC, por um período de 4 h. Depois de retirada a umidade o

material foi levado a um moedor de facas para diminuição do tamanho. O material foi

levado a uma peneira vibratória, ficando retida na peneira as partículas maiores, o

material utilizado para realização dos testes, foi aquele que ficou no prato de fundo

que possuía granulometria menor que 75 micra, comumente usado em artefatos de

borracha.

4.2 PREPARO DOS COMPOSTOS DE BORRACHA CONTENDO AS CARGAS

INERTES E FULIGEM

Foi realizado um estudo comparativo na tentativa de substituição das

cargas inertes já utilizadas no mercado pela fuligem. Para tanto, inicialmente foram

preparados corpos de prova com 100 % de uma única carga (caulim comum, caulim

rosa, carbonato de cálcio e a fuligem). Posteriormente foram preparados corpos de

prova mesclando a carga de reforço (BS 175– Sílica moída da Rhodia) com cada

uma das cargas inertes, variando a proporção de 10 a 50 % de carga inerte.

A fórmula utilizada para o teste encontra-se descrita na tabela 3:

27

TABELA 3: Fórmula usada na composição de solados

Componentes phrSBR 1502 100Carga 50Oxido de zinco 2Auxiliar de fluxo 3Vaselina 2Trietanolamina 4KSM 1Óleo Plastificante 23Prozone 1Acido esteárico 1,5Enxofre 2,7MBTS 2,5T-1 0,1

Depois de pesado, o material foi misturado em um misturador fechado

(banbury), por um período de 5 min., e os aceleradores foram adicionados nos

últimos 30 s. Ao término desta etapa, o composto foi colocado em um

homogeneizador aberto (cilindro), durante mais 5 min. A prensagem dos corpos de

prova foi feita em prensa a uma temperatura constante de 166 º C durante o tempo

de 12 min.

Para a análise físico-mecânica dos compostos, foram feitos os

seguintes testes: 1) densidade em g/cm3 (Norma NBR 14737), 2) dureza (Norma

NBR 14454), que consiste em submeter em corpo de prova a ação de um

penetrador de aço; o registro da dureza é medido em função da penetração. A leitura

da dureza foi feita imediatamente depois de estabelecido o contato entre a base de

pressão e o corpo de prova, usou-se para realização deste teste, um durômetro

28

Shore A, 3) abrasão (Norma DIN 53516), que consiste em ver a resistência de um

composto de borracha em contato com uma superfície móvel e abrasiva.

A figura 9 abaixo apresenta fotos de algumas placas utilizadas para

retirada dos corpos de prova para os testes de rasgo e ruptura e a figura 10

apresenta corpos de prova preparados para testes abrasão.

a) Composto com fuligem b) Composto com caulim c) Composto com sílica

Figura 9: Placas de borracha para retirada de testes de rasgo e ruptura

Figura 10: Corpos de prova para testes de abrasão

Posteriormente, para confirmação do resultado foi feito um composto

para placas compactas (figura 11), por meio do mesmo processo descrito

anteriormente acima, com variação apenas na formulação, como pode ser visto na

tabela 4.

29

Figura 11: Placa composta com fuligem

Tabela 4: Fórmula usada na composição de placas compactas.

Componente phrOxido de zinco 3Banox H 3Borr. regenerada. 100Master CHC 26Breu 8Negro de Fumo 8Carga Inerte 50CBS 2Desmoldante 2,5Enxofre 3Resina S6 H 17Pó de lixadeira 99Vaselina 1

Como os resultados foram promissores, a etapa seguinte do trabalho

consistiu-se no estudo das propriedades físico-químicas da fuligem pura e dos

artefatos de borracha com a fuligem como carga inerte. Foram preparados corpos de

prova por meio da formulação para solados já descrita, sendo incorporada uma

única carga. Após a vulcanização, os materiais foram caracterizados por análises

térmicas (TG/DTG e DTA) e espectroscopia de absorção no infravermelho.

4.3 EQUIPAMENTOS UTILIZADOS

30

As análises por Termogravimetria (TG), Termogravimetria Diferencial

(DTG), Análise Térmica Diferencial (DTA) das amostras foram obtidas em um

equipamento SDT Q600 com análises simultâneas (TG/DTA/DTG), em cadinho de

alumina de 90 µL, em atmosfera de nitrogênio com taxa de aquecimento de 20ºC/

min.

Os espectros de absorção na região do infravermelho da amostra de

fuligem foi obtido na Universidade de Salamanca com auxílio do Prof. Dr. Miguel A.

Vicente, em um espectrofotômetro Perkin-Elmer 1730 com transformada de Fourier,

por meio da técnica de pastilhas de KBr. Enquanto que para as amostras de

borracha, os espectros de IV das amostras de borracha foram realizadas na

Universidade de Franca em equipamento Nicolet IR200 FT-IR, pelo do Prof. Dr.

César Alexandre Mello.

A análise elementar de C, N e H foi realizada no Instituto de Química

da USP na fuligem em um equipamento Perkin-Elmer CHN 2400.

As medidas de área superficial foram realizadas em um aparelho

ASAP 2020, Micromeritics, na Universidade de Franca. As amostras foram

submetidas a tratamento térmico, a 200 ºC por 8 h, para que os compostos

orgânicos e resíduos de água, possivelmente presentes nas amostras, pudessem

ser removidos, já que esses interferem na análise.

As análises por difração de raios-X foram obtidas em um equipamento

Siemens D-500, em 40kV e 30mA (1200W), por meio do emprego de radiação

filtrada Cu Kα e houve variação do ângulo de obtenção entre 2-65º. Estas medidas

foram realizadas na Universidade de Salamanca, Espanha, com a colaboração do

31

prof. Dr. Miguel A. Vicente. (convênio de colaboração bi-lateral Brasil-Espanha,

CAPES-MECD 110/06).

Os testes físico-mecânicos foram realizados na Empresa Amazonas

Produtos para Calçados Ltda, com a colaboração do químico responsável, Sr.

Alexandre Iara, que disponibilizou para a realização dos testes os seguintes

aparelhos: Abrasímetro Maqtest, Durômetro shore A, Dinamômetro Maqtest e

equipamentos para determinação da densidade.

32

5 RESULTADOS E DISCUSSÃO

5.1 ESPECTROSCOPIA DE ABSORÇÃO NO INFRAVERMELHO DA FULIGEM

Para detecção dos prováveis constituintes existentes na fuligem da

queima do bagaço da cana-de-açucar, foi feita espectroscopia de absorção no

infravermelho (fig12).

Figura 12: Espectro de absorção no infravermelho para a fuligem seca e peneirada (75 micra).

No espectro de absorção na região do infravermelho (fig.12), podem-se

observar bandas de fraca absorção na região de 1100 cm-1 que foram atribuídas à

ligação Si-O que indica a provável presença de sílica. Também é observada uma

banda na região de 3500 cm-1 que foi atribuída ao estiramento de ligações (que

33

ligações) possivelmente decorrente da presença de água ou SI-OH. Foi também

observada uma banda na região de 1600 cm-1 estiramento de ligação atribuída ao

C=C. Foram também observadas bandas de absorção nas regiões de 790 cm-1 e

2900 cm-1, atribuídas ao C-H, o que indica a provável presença de carbono no

material estudado.

A presença da sílica na fuligem se mostra como um fator muito

importante, pois a mesma é utilizada nas indústrias de artefatos de borracha como

carga de reforço. Assim, esta quantidade de sílica presente na cinza pode fornecer

propriedades físico-mecânicas melhores aos artefatos, quando comparadas com as

outras cargas inertes já existentes. A presença de sílica na fuligem foi previamente

descrita por Cordeiro [20].

5.2 ANÁLISE TÉRMICA DA FULIGEM

A análise térmica é um conjunto de técnicas que permite medir as

mudanças de uma propriedade física ou química de uma substância ou material em

função da temperatura ou tempo, enquanto a substância é submetida a uma

programação controlada de temperatura [21,22]. As curvas TG, DTG e DTA da

fuligem podem ser visualizadas na figura 13.

34

Figura 13: Análises térmicas da fuligem (TG, DTG, DTA).O curva TG indica 2 estágios de perda de massa (TG). No primeiro, a

fuligem apresenta perda inicial de massa de 4% entre 33 ºC e 107 ºC,

possivelmente ocorrida devido a eliminação de água. Em um segundo estágio, entre

396 ºC e 539 ºC, percebe-se uma perda de massa em torno de 27%, provavelmente

ocasionado pela perda de toda a matéria orgânica, a uma temperatura acima de

540ºC houve uma estabilização do material, não havendo mais perda, ficando assim

apenas a matéria inorgânica, que apresenta em sua totalidade 69% de material

inorgânico (sílica e óxidos metálicos).

A curva DTG indicou que o estágio relativo à eliminação da matéria

orgânica, com temperatura de perda máxima de massa de 467ºC, se inicia em

386ºC e termina em 578 ºC. Isto possibilita afirmar que não ocorrerão problemas

térmicos quando a cinza for incorporada na borracha, já que a temperatura utilizada

na prensagem de compostos é em torno de 165ºC.

A curva DTA mostra que o estágio de eliminação da matéria orgânica é

exotérmico, confirmando que a mesma ocorre por pirolise.

5.3 ANÁLISE ELEMENTAR DA FULIGEM

35

Por meio da análise elementar de C, H e N indicou que a quantidade

deste último é desprezível na fuligem (tabela 5).

Tabela 5: Resultados da análise elementar de C, H e N para a fuligem.

% Carbono N%

Hidrogênio

H%

Nitrogênio24,39 0,06 0,3524,64 0,02 0,46

Os resultados da análise elementar mostram uma relação molar C:H

de aproximadamente 6:1, indicando que a matéria orgânica não está na forma de

hidrocarboneto e sim, provavelmente, na forma de um “carvão” como o negro de

fumo, conforme sugere cor escura do material.

5.4 ANÁLISE GRANULOMÉTRICA DA FULIGEM

A análise granulométrica é usada para a determinação do tamanho das

partículas que constituem o material. Nesta análise foi verificado o tamanho das

partículas contidas na amostra da fuligem seca, e na amostra da fuligem seca que

foi moída no moinho de facas. Para realização desta análise foi usada uma peneira

vibratória tipo mesh Tyler. A porcentagem de fuligem que ficou retida nas peneiras

pode ser vista nas tabelas 6 e 7.

Tabela 6: Análise granulométrica da fuligem seca

Peneira mesh tyler Diâmetro (µm) Massa (g) %

16 1000 1,37 2,4632 500 4,33 7,7748 300 6,75 12,11

36

80 180 8,10 14,53100 150 4,75 8,52200 75 8,96 16,07

Prato de fundo 0 21,51 38,5855,76

Tabela 7: Análise granulométrica da fuligem seca e moída no moinho de facas

Peneira mesh tyler Diâmetro (µm) Massa (g) %

16 1000 0,00 0,0032 500 0,11 0,1948 300 1,72 2,9280 180 6,04 10,24

100 150 3,51 5,95200 75 10,89 18,47

Prato de fundo 0 36,70 62,2458,97

Após passar pelo moinho de facas, houve um aumento da quantidade

de partículas no prato de fundo devido à diminuição da granulometria da fuligem.

Considera-se que quanto menor a granulometria do material, melhor será sua

dispersão e mais fácil será sua incorporação no composto de borracha, este fato

permitiu um melhor aproveitamento da fuligem, com 38,58% no primeiro processo e

62,24% no segundo processo.

Para que se chegasse à granulometria ideal da fuligem a ser

incorporada, foram realizados alguns testes, com granulometrias diferentes. Depois

de ser peneirada a fuligem seca moída no moinho de facas, pegou-se para

realização dos testes os materiais contendo partículas maiores que 300 e menores

que 75 micra.

Foi identificado que a fuligem com partículas maiores que 300 micra

não apresentava boa incorporação na borracha, pois apresentava uma espécie de

37

cristais visíveis (figura 14) quando a placa de borracha era cortada. Entretanto

partículas menores que 75 micra dispersaram homogeneamente na borracha (figura

15).

Figura 14: Placa com fuligem (< 300 micra) Figura 15: Placa com fuligem (> 75 micra)

Mesh é uma palavra inglesa que significa malha, e freqüentemente utilizada na

determinação da composição granulométrica. Por exemplo, uma amostra de um

caminhão de amendoim pode ser colocada em cima de uma malha com 5 milímetros

de abertura; quando a malha é agitada, pequenos pedaços quebrados e pó passam

através da malha, e ficam retidos na malha os pedaços maiores [23].

5.5 PROPRIEDADES TEXTURAIS

A tabela 8 abaixo apresenta a área superficial, volume e diâmetro de

poro para a fuligem com partículas menores que 75 micra.

Tabela 8: Características físicas da fuligem da usina Caeté.

CARACTERISTICA VALORÁrea Superficial BET 77,33 m2/g

Volume de poro 0,07526 cm3/gDiâmetro de poro 38,9 Å

38

Dependendo da maneira como é queimada, a fuligem pode apresentar

variações no tamanho de sua superfície específica. A tabela abaixo mostra a

diferença entre a fuligem queimada à 600º e a fuligem utilizada neste estudo

proveniente da usina Caeté.

Conforme estudo feito por Filho e Fairbairn [24] o valor apresentado

para a superfície específica (BET) da fuligem queimada a 600º C é característico

para fuligem de origem celular (tabela 9) e com elevado teor de sílica amorfa, ou

seja, um material também muito fino.

Tabela 9: Características físicas da cinza produzida a 600ºC [21]

CARACTERISTICA VALORUmidade (%) 2,1

Massa especifica (Kg/m2) 2569Superfície especifica, BET (m2/Kg) 11887

Cor em 600 ºC CinzaResíduo, peneira 325 mesh (%) 8,27

5.6 DIFRAÇÃO DE RAIOS-X

A cristalinidade da fuligem foi investigada por difração de raios-x. A Figura 16

apresenta o difratograma para a fuligem com partículas menores que 75 micra.

39

Figura 16: Difratograma de raios X para fuligem com partículas menores que 75 micra.

O difratograma apresenta um halo entre 20º e 35º (valores de 2θ) que é

característico de sílica amorfa. Além desta substância, é evidenciada a presença de

materiais cristalinos, que segundo Donadel [25] e Paula [26] os picos correspondem

a quartzo e cristobalita, conforme indicado na figura.

40

6 USO DA FULIGEM DA QUEIMA DO BAGAÇO DE CANA COMO CARGA PARA ARTEFATOS DE BORRACHA (SOLADO) - ESTUDO DA VIABILIDADE DO USO DAS CARGAS

Estes resultados promissores nos levaram a depositar um pedido de

patente de Invenção, registrada com o nº. 074950 em nome de ACEF S/A, depósito

este feito em 12 de novembro de 2007, com o título: Aperfeiçoamento em processo

para a produção de artefatos de borracha e artefatos de borracha assim obtidos.

Documento apresentado no anexo 1.

Após prensagem, todos os corpos de prova foram submetidos a testes

de densidade, dureza e abrasão em todos os compostos de borracha, como pode

ser visto nas figuras 17, 18 e 19 respectivamente.

41

Teste de densidade comparativo entre as cargas

Figura 17: Teste comparativo de densidade dos artefatos de borracha com diferentes cargas.

Percebe-se que a fuligem é menos densa que as cargas mais

comumente empregadas. Por possuir densidade menor, a quantidade de composto

utilizada para preencher o molde, que dará formato a sola, será menor, o que

implicará em um ganho econômico.

42

Figura 19: Teste comparativo de dureza dos artefatos de borracha com diferentes cargas.

Com relação à dureza do material pode-se observar que a fuligem

apresenta maior dureza que as outras cargas. Neste caso, dependendo da

formulação pode-se reduzir a quantidade de carga de reforço, o que reduziria esta

dureza à propriedade igual a das outras cargas. Sendo assim, novamente haveria

um ganho devido ao custo mais elevado da carga de reforço.

43

Figura 23: teste de abrasão comparativo entre as cargas

Figura 19: Teste de abrasão comparativo entre as cargas

O teste de abrasão é considerado o mais importante dentre os

existentes na indústria de borracha, pois é por ele que será sabido qual o desgaste

do material composto.

Este teste foi o que apresentou maior diferença entre as cargas. Como

pode ser visto figura 19, o composto feito com 100% de fuligem apresentou

diferença de 38 pontos com relação à melhor carga (caulim rosa) e 117 pontos em

relação à pior carga (carbonato de cálcio). Vale salientar que a abrasão obtida com

44

100% de fuligem, apesar de apresentar o melhor resultado (487 mm3), não possui

propriedade ideal para um artefato de borracha, pois uma abrasão ideal gira em

torno de 230 mm3.

Com a variação das proporções de carga de reforço e carga inerte, a

fuligem ainda se mostra com os melhores resultados em comparação às demais

cargas.

Com base nos resultados obtidos, foi realizado teste em produção com

20 phr de fuligem, que proporcionou uma abrasão em torno de 225 mm3. Todavia,

esta proporção pode ser aumentada ou diminuída de acordo com a fórmula a ser

utilizada. Estes solados prensados em produção são apresentados nas figuras 20 e

21 [27].

Figura 20: Solado composto com 20 phr de fuligem

45

Figura 21: Solado composto com 20 phr de fuligem.

6.1 ESTUDO DAS PROPRIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS DOS ARTEFATOS DE BORRACHA UTILIZANDO CARGAS

6.1.1 Análise térmica

Na figura 22 são apresentadas as curvas TG, comparativa dos

compostos de borracha.

Para análise térmica foram feitos compostos de borrachas sem carga,

contendo 100% de sílica, 100% de caulim comum e 100% de fuligem.

Figura 22: Curva TG comparativa entre compostos de borracha sem carga, com sílica, com caulim e com fuligem

46

A curva nos mostra 3 estágios (tabela 10) acentuados de perda de

massa para todas as cargas analisadas. Pode-se perceber que a placa contendo

fuligem apresenta uma perda de massa inicial (6,637 %), sílica (9,77 %) e ao caulim

(6,38 %). No segundo estágio onde ocorre a perda de todo o material orgânico

existente nas placas, não há grandes diferenças entre as cargas, caulim (53,29 %),

sílica (52,96 %) e fuligem (53,68 %).

Já no terceiro estágio percebe-se novamente diferença de valores

entre as cargas. Neste caso, a sílica apresenta uma perda final de massa menor

(11,64 %) em relação às outras cargas caulim (13,29 %) e fuligem (16,47 %).

Tabela 10: Comparativo de perda de massa entre as cargas

% perda de massa % perda de massa % perda de massa ResíduoArtefato

Borracha1º Estágio 2º Estágio 3º Estágio

Sem carga 8,51 76,62 13,95 0,92Caulim 6,38 53,29 13,29 27,04Fuligem 6,63 52,96 18,47 21,94

Sílica 9,77 53,68 11,64 24,91

O primeiro estágio de perda de massa (abaixo de 300ºC) foi atribuído

aos materiais com menor peso molecular, tais como óleos plastificantes,

antioxidantes, aceleradores, auxiliares de processo e ácido esteárico. O segundo

estágio de perda de massa (entre 300ºC e 450ºC) foi atribuído aos elastômeros

(SBR), o terceiro estágio de perda de massa (entre 450ºC e 550ºC) atribuído à perda

de massa de materiais constituídos de carbono (negro de fumo, por exemplo), após

47

este estágio (acima de 550ºC), o que resta são os resíduos inorgânicos como cargas

e óxidos metálicos [27].

Através da curva TG pode-se concluir que a sílica, quando incorporada

no material, fornece uma estabilidade melhor como um todo, pois apresenta uma

variação bem menor em relação às outras cargas no decorrer da análise por TG. Tal

fato é decorrente de uma estrutura que possibilita uma interação maior com a

borracha, ao contrário da fuligem e do caulim.

É interessante notar que existe uma diferença no 3º estágio de análise

por TG, no qual se verifica uma perda maior do composto com fuligem (18,47%), em

relação ao composto com sílica (11,64%) e o composto com caulim (13,29%),

ocasionada pela presença de uma porcentagem de negro de fumo.

Na figura 23 encontra-se a curva DTG comparativa entre os compostos

de borracha sem carga, com sílica, com caulim e com fuligem.

Figura 23: Curva DTG comparativa entre compostos de borracha sem carga, com sílica, com caulim e com fuligem

48

Pôde-se observar que a sílica e a fuligem apresentaram início de perda

de massa idêntico em torno de 385º C. Já o caulim teve um início de perda de

massa a uma temperatura maior, em 400ºC. O caulim apresentou retardo no início

da perda de massa devido aos vários constituintes pelo qual é formado [28].

A placa sem carga apresentou dois picos maiores de perda máxima de

massa, um em 416º C e outro em 443ºC. A placa com sílica apresentou dois picos

maiores de perda máxima de massa, um em 421º C e outro com 440º C. A placa

com caulim apresentou apenas um pico maior de perda máxima de massa, em 443º

C, e a placa com fuligem apresentou picos maiores de perda máxima de massa, em

421º C e 448º C.

A fuligem apresentou perda final de massa a uma temperatura maior

(542ºC) em relação à sílica (526ºC) e ao caulim (516ºC), provavelmente pela

presença de negro de fumo.

Na figura 24 encontra-se ver a curva DTA comparativa entre as cargas analisadas

Curva DTA comparativa

49

Figura 24: Curva DTA comparativa entre compostos de borracha sem carga, com sílica, com caulim e com fuligem

Todas as cargas em análise apresentaram picos exotérmicos, mas com

algumas diferenças. A placa sem carga apresentou dois picos mais intensos: um em

455º C e outro em 542ºC. A placa com sílica também apresentou dois picos maiores,

um em 465º C e outro com 518º C, a placa com caulim apresentou dois picos, um

em 474º C e outro com 518º C e a placa com cinza apresentou picos em 453º C e

537º C.

A curva DTA mostra que o estágio de eliminação da matéria orgânica é

exotérmico, confirmando que a mesma ocorre por pirolise.

6.1.2 Espectroscopia de absorção no infravermelho

Para detecção dos prováveis constituintes existentes nos compostos

de borracha sem carga, com 100% de sílica, 100% de caulim e 100% de fuligem, foi

feita espectroscopia de absorção no infravermelho (fig. 25).

50

Figura 25: Espectro de absorção no infravermelho dos compostos de borracha sem carga, com sílica, com caulim e fuligem.

O espectro apresenta uma banda de absorção em 692 cm-1, atribuída

à presença de sílica tipo quartzo. Pode-se perceber por meio do espectro que a

fuligem apresentou um pico com intensidade maior nesta região. As bandas em 1110

cm-1 foram atribuídas à presença de quartzo amorfo. Neste caso, a sílica apresenta

um pico mais intenso em relação às outras cargas [29]. O espectro apresenta

bandas mais intensas em 2850 e 2920 cm-1, atribuídas ao estiramento de ligações

C-H, que caracterizam o polímero (SBR).

6.1.3 FULIGEM DA QUEIMA DO BAGAÇO DE CANA COMO CARGA PARA ARTEFATOS DE BORRACHA (PLACAS COMPACTAS)

Para confirmação dos resultados obtidos no teste anterior, foi realizado

mais um teste, desta vez com uma formulação de placas compactas, foram feitos

três compostos variando a carga (caulim comum, caulim rosa e fuligem). A fórmula

pode ser vista na página 30.

51

O processo utilizado foi o descrito anteriormente, diferindo apenas

quanto à formulação. Os resultados obtidos podem ser vistos na tabela 11.

TABELA 11: Resultados obtidos nos testes da placa compacta.

Cargas Densidade (g/cm3) Dureza Shore A Abrasão (mm3)

Fuligem 1,24 89 448

Caulim rosa 1,27 88 454Caulim comum 1,28 89 479

Pode-se perceber que o composto feito com fuligem apresentou propriedades

físico mecânicas melhores que as do caulim comum e o caulim rosa, conforme

descrita nas páginas 41, 42 e 43.

6.1.4 APLICAÇÃO DA FULIGEM EM OUTRAS FORMULAÇÕES

Além dos estudos realizados em parceria com a indústria de artefatos

de borracha Amazonas, que cedeu os equipamentos para a análise dos corpos de

prova, outras empresas de artefatos de borracha se interessaram pela cinza e

realizaram alguns testes. O anexo 2 apresenta o laudo emitido pela MSM, e o anexo

3 os laudos emitidos pelo SENAI, conforme solicitação da empresa Aspa do Brasil

Ltda – Adidas. Os resultados apresentados por estas empresas também são muito

satisfatórios, e os ajustes necessários aos parâmetros de DDA poderão ser

conseguidos por meio de variações nas formulações

52

7 PERSPECTIVA DE PESQUISAS

Apesar do ótimo resultado obtido com a incorporação da fuligem em

compostos de borracha, novos estudos podem vir a serem realizados para

aprimoramento e melhoria da qualidade do material. Estudos térmicos podem ser

feitos para verificar qual a calcinação ideal da fuligem, para um melhor

aproveitamento da sílica contida na mesma. Vale salientar que a sílica usada como

carga de reforço apresenta-se em estado amorfo. Descobrindo-se uma temperatura

ideal no qual se pudesse conservar esta sílica em seu estado ideal, possibilitaria a

realização de novos testes em compostos de borracha.

53

Pode-se ainda tentar funcionalizar esta funcionalizar para que ocorra

uma ligação mais ativa entre suas moléculas e as moléculas da borracha, que

atualmente ocorre de forma parcial.

O uso do bagaço proveniente das usinas de cana de açúcar pode ser

de grande interesse para as indústrias de artefatos de borracha em compostos de

cor clara, pois o leque de cores que existe nestas indústrias é muito grande

(composto vermelho, amarelo, verde, caramelo, entre outros). Atualmente, com os

testes já realizados neste trabalho, só é possível usar a fuligem em compostos de

cor preta e marrom.

Já foi iniciado um estudo na tentativa de se utilizar o bagaço de cana

seco em compostos de borracha, mas é necessário um maior aprofundamento,

principalmente na tentativa de diminuir a granulometria do bagaço, que ainda se

encontra com partículas grandes (em torno de 48 mesh). As figuras 26 e 27 mostram

as primeiras experiências feitas com o bagaço da cana seco.

Figura 26: Placa composto com bagaço de cana seco, utilizando determinados pigmentos

54

para tonalidade de cor desejada.

Figura 27: Placa composto com bagaço de cana seco, utilizando determinados pigmentos para tonalidade de cor desejada.

8 CONCLUSÃO

Com os resultados obtidos pôde-se comprovar que a fuligem produzida

pelas usinas de cana de açúcar pode ser usada como carga inerte em compostos de

borracha e que em comparação com os caulins o uso da cinza do bagaço promove

uma melhora evidente em relação à densidade do composto, ou seja, ele se torna

mais leve, utilizando-se assim uma quantidade menor de material em uma

determinada prensagem. Fica evidenciado também que em relação à abrasão há

uma melhora, ocorrendo assim um menor desgaste do material vulcanizado. Já com

relação a dureza os resultados foram praticamente idênticos.

55

Através de todos os testes que foram realizados pode-se citar como

pontos positivos do uso da fuligem para uso nas indústrias de borracha em relação

as outras cargas inertes:

1) Possui melhor resistência à abrasão em relação à todos os caulins

existentes no mercado, além de ser menos denso; 2) Devido a sua cor preta e por

possuir uma área superficial pequena, pode substituir o negro de fumo em até 20%;

3) Em compostos no qual se quer apenas tonalidade preta pode ser usado 100% do

material, sem a necessidade de se usar óxido de ferro preto ou negro de fumo; 4)

Cerca de 60 milhões de toneladas disponíveis por ano; 6) Grande apelo ecológico

(produto antes jogado na natureza podendo ser aproveitado com ganho). 7) Pode

ser incorporado em compostos de borracha como solados, placas compactas,

cimento entre outros.

9 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] Grobocopatel. A.; Wist. C. E.; Silvério. C. R. H, Ritter. J. M.; em Solados para Calçados. CTCCA/Núcleo de informação de Tecnologia no Setor de Couros, Calçados e Afins. PADCT/MIC/Secretaria de Tecnologia Industrial, 1987

[2] Grison. E. C.; Hoinacki. E.; Mello. J. A. B.; Em Curso de Tecnología da Borracha, ABQ – Associação Brasileira de Química, Vol. 1, 1984

[3] Grison. E. C.; Hoinacki. E.; Mello. J. A. B.; Em Curso de Tecnología da Borracha, ABQ – Associação Brasileira de Química, Vol. 2, 1984.

[ 4 ] h t t p : / / p o r t u g u e s e . a l i b a b a . c o m / p r o d u c t - f r e e /Accelerator_M_MBT_-10319096.html, acessada em fevereiro de 2009.

[5] www.nordchemie.com.br/pdfs/data_sheet/MBTS-DS-Pt.pdf, acessada em fevereiro de 2009.

http://portuguese.alibaba.com/product-free/Accelerator_M_MBT_-10319096.html




http://www.nordchemie.com.br/pdfs/data_sheet/MBTS-DS-Pt.pdf

http://www.nordchemie.com.br/pdfs/data_sheet/MBTS-DS-Pt.pdf

56

[6] Araujo. J. C. A.; Assis. J. T. A.; Monine. V. I. M..; Bertolino. L. C., Caracterização da Microestrutura de Caulinitas pela Difração de Raios X, 2006.

[7] Pessoa. J. E. A.; Corrêa. A. R.; Panorama da Indústria mundial de calçados, com ênfase na América Latina, 2001.

[8] Andrade. J. M. F.; Diniz. K. M., Monografia, Impactos Ambientais da Agroindústria da Cana-de-açúcar: Subsídios para a Gestão, Universidade Luiz de Queiroz (SP), 2007.

[9] Brito. Agnaldo. Em Canaviais de SP devem eliminar queimada até 2014. O Estado de S. Paulo, 2007.

[10] Faria, S. C., Série Meio Ambiente e Empresa, Responsabilidade ambiental em Usinas de Açúcar e álcool, vol.1, Brasília, 2006.

[11] www.agencia.fapesp.br, acessada em fevereiro de 2009.

[12] www.jornalcana.com.br/pdf/134/tecindl.pdf, acessada em fevereiro de 2009.

[13] Alves. F. J. C. Em Corte de cana crua: talvez haja luz no meio da fumaça. Teoria e Pesquisa, 1995.

[14] Ribeiro. H., Artigo, Queimadas de cana-de-açúcar no Brasil: efeitos à saúde respiratória, Departamento de Saúde Ambiental, Faculdade de Saúde Pública, Universidade de São Paulo. São Paulo, SP, Brasil, 2008.

[15] Zancul. Almir. Em O efeito da queimada da cana-de-açúcar na qualidade do ar na região de Araraquara. Dissertação de Mestrado, EESC-USP, 2008.

[16] http://www.usinaester.com.br/Produtos/produtos.html, acessada em janeiro 2009.

[17] http://www.revistapesquisa.fapesp.br, acessada em fevereiro de 2009.

[18] Freitas. E. S.; Dissertação de Mestrado, Caracterização da cinza do bagaço da cana de açúcar do município de Campos dos Goytacazes para uso na construção Civil, Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro – UENF – Campos dos Goytacazes – RJ, 2005.

[19] Gomes. D. M.; Guerra. A. D., Da ilegalidade da queima da palha na colheita da cana-de-açúcar, 2008.

[20] Cordeiro, G. C.; Artigo, Caracterização de cinza do bagaço de cana de açúcar para emprego como pozolana em materiais cimentícios, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Brasil, 2006.

http://www.agencia.fapesp.br

http://www.agencia.fapesp.br

http://www.jornalcana.com.br/pdf/134/tecindl.pdf

http://www.jornalcana.com.br/pdf/134/tecindl.pdf

http://www.usinaester.com.br/Produtos/produtos.html


57

[21] Mothé. G. G.; Coelho. G. L. V.; LAMEIRA, C. P., Anais do 16º. Congresso Brasileiro Ciência e Tecnologia de Alimentos, SP, Brasil, 1996.

[22] Cheila, G.; Azevedo. M. A. D., Análise Térmica de Materiais, IEditora, pg.115, 2002.

[23] http://en.wikipedia.org/wiki/Mesh_(scale), acessada em fevereiro de 2009.

[24] Artigo: CORDEIRO,Guilherme Chagas, FILHO, Romildo Dias Toledo, FAIRBAIRN, Eduardo de Moraes Rego, Caracterização de cinza do bagaço de cana-de-açúcar para emprego como pozolana em materiais cimentícios, 2006.

[25] Donadel. K., Anais do 51º Congresso brasileiro de cerâmica, Processamento e caracterização de espumas cerâmicas de microfibras de sílica amorfa obtida pelo método de réplica, 2006.

[26] Paula. M. O., Dissertação de Mestrado, Potencial da cinza do bagaço da cana de açúcar como material de substituição Parcial de cimento Portland”, Universidade Federal de Viçosa/MG, ano de 2006.

[27] Anjos. M. R. O., Dissertação de Mestrado, Universidade do Rio de Janeiro, Emprego de borrachas SBR utilizadas em solas de calçados pretos de uso da Marinha do Brasil, 2007.

[28] Carneiro. B. S.; Scheller. T.; Castro. E. A. S.; Neves. R. F., Artigo, Caracterização mineralógica e geoquímica e estudo das transformações de fase do caulim duro da região do Rio Capim, Pará, Brasil, 2003.

[29] Martin. S.; Teixeira. S. R.; , Lanfredi. S.; Nobre. M. A. L., Artigo, Análise via Espectroscopia no Infravermelho da Sílica proveniente da Pirólise do Bagaço de Cana-de-açúcar, Universidade Estadual Paulista (UNESP) – Presidente Prudente/SP, 2007.

[30] Silva. F. A. N. G., Dissertação de Mestrado, Estudos de Caracterização Tecnológica e Beneficiamento do Caulim da Região Borborema Seribó/RN”, Universidade Federal do Rio de Janeiro, 2007.

[31] Toutorski.I.A. AND Tkachenko T.E., Structural and Chemical Modification of Polydiene Latexes by Gel Derived Silica, 1998.

[32] Artigo: Lima. M. M. T. M.; Camarini. G., Artigo, Método de Determinação da Sílica Cristalina na Poeira dos Processos de Fabricação de Revestimentos Cerâmicos, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo,Universidade Estadual de Campinas - UNICAMP/FE, 2006.

[33] Debnatha. S., Renade. R., Interface effects on mechanical properties of particle-reinforced composites, 2003.

http://en.wikipedia.org/wiki/Mesh_(scale)

http://en.wikipedia.org/wiki/Mesh_(scale)

58

[34] Akiba. M. and Hashim. A. S. Vulcanization and Crosslinking in Elastomers” School of Industrial Technology, University Sains Malaysia, Minden, 11800 Penang, Malásia, 1997.

[35] Costa. H. M.; Visconte. L. L. Y.; Nunes. R. C. R.; Furtado, C. R. G., Artigo, Aspectos históricos da vulcanização”, Grupo de Polímeros, Instituto de Química, UERJ, 2003.

[36] http://www.revistapesquisa.fapesp.br, acessada em fevereiro de 2009.

[37] http://www.usinaester.com.br/Produtos/produtos.html, acessada em janeiro 2009.

[38] http://quimicanova.sbq.org.br/spec/qn/pt_BR/normas.php, acessada em fevereiro de 2009.

16 ANEXOSAnexo 1: Comprovante de Depósito do pedido

http://www.revistapesquisa.fapesp.br

http://www.revistapesquisa.fapesp.br



http://quimicanova.sbq.org.br/spec/qn/pt_BR/normas.php

http://quimicanova.sbq.org.br/spec/qn/pt_BR/normas.php

60

Anexo 2: Laudo emitido pelo laboratório da industria MSM para análise da incorporação da fuligem como carga

61

Anexo 3: Laudos emitidos pelo laboratório do SENAI para análise da incorporação da fuligem como carga pela empresa Aspa do Brasil Ltda – Adidas

estudo do aproveitamento da fuligem da queima do …

Documents