AvaliaçÃo de aglomerados de pu rígido com adiçÃo de fibras de bananeira e celulose no desempenho acústico



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AVALIAÇÃO DE AGLOMERADOS DE PU RÍGIDO COM ADIÇÃO DE FIBRAS DE BANANEIRA E CELULOSE NO DESEMPENHO ACÚSTICO

M. V. Rizzo, N. Bortoluz, W. B. Ribeiro, M. Zeni, A. M. C. Grisa,

M. F. O. Nunes

Rua Francisco Getúlio Vargas, 1130, Petrópolis, Caxias do Sul/ RS.

mfonunes@ucs.br

Universidade de Caxias do Sul /CCET – Laboratório de Pesquisa em Materiais



RESUMO
O constante desenvolvimento da sociedade conduz a um crescimento na produção de resíduos poliméricos, sendo o poliuretano rígido um dos principais agravantes acumulando-se nos aterros sanitários. Levando em conta esse fato e também, o aumento dos ruídos causados pela expansão dos grandes centros urbanos, o presente trabalho tem como objetivo a reutilização de resíduos de poliuretano rígido provenientes da indústria calçadista na elaboração de chapas aglomeradas, com e sem a adição de fibras de bananeira e partículas de celulose (18-26%), visando à redução de ruído aéreo na construção civil. Os aglomerados foram caracterizados por densidade e ensaio acústico de ruído aéreo. A amostra contendo fibra de bananeira, que possui maior densidade, apresentou melhor desempenho na atenuação das frequências médias. Já a amostra de densidade intermediária, contendo partículas de celulose, foi mais eficiente nas frequências baixas. Contudo, a amostra sem adição de fibras, com menor densidade, evidenciou um melhor resultado nas altas frequências.
Palavras Chave: Reciclagem, Espuma Rígida de Poliuretano, Fibras Naturais, Isolamento Acústico ao Ruído Aéreo.


  1. INTRODUÇÃO

As características da indústria calçadista evidenciam a necessidade de segregar os resíduos sólidos resultantes de suas atividades, devido ao fato de estes materiais geralmente possuírem quantidade, tecnologia e preços que justificam sua separação para posterior reutilização ou reciclagem [1].

Dentre as matérias-primas utilizadas na indústria calçadista, tem-se o poliuretano (PU), material que assume a forma de espumas flexíveis, espumas rígidas e adesivas, dentre outros, podendo assumir diversos formatos e aparências [²].

Segundo Menegotto et al. (2010), a reciclagem e o reprocessamento de polímeros têm se mostrado economicamente viáveis. Uma das alternativas encontradas para se diminuir este efeito é a mistura de diferentes polímeros-compósitos, que tem por objetivo a produção de um material com propriedades superiores às propriedades dos materiais puros [3].

Atualmente a constante busca pela utilização de fibras naturais para reforço de materiais poliméricos tem encontrado diversas tendências, que além de reforçar o polímero, são biodegradáveis, possuem baixo custo, são leves e não possuem característica abrasiva. Além disso, as fibras naturais são provenientes de fontes renováveis e possuem propriedades mecânicas que podem aumentar as propriedades dos polímeros com elas aditivados [4,5].

O resíduo de madeira tem sido aproveitado em misturas com diferentes polímeros com o objetivo de fabricar novos materiais. Segundo Mukhopadhayay et al.(2009), a fibra de bananeira exibe boas propriedades mecânicas para sua utilização como reforço em compósitos poliméricos [6]. A utilização de fibras naturais é bastante ampla, como reforço ou em matrizes poliméricas, termoplásticas e termofixas, aplicações na indústria automobilística, na construção civil em isolamentos térmico e acústico [7].

Segundo Neves et al. (2008)[8],a sociedade dos nossos dias é cada vez mais exigente no que diz respeito às condições de conforto nos edifícios. Dentre elas destacam-se as condições de conforto térmico e acústico. O ruído no interior dos edifícios é uma das principais causas de reclamação por parte de seus habitantes, e sua atenuação demanda fechamentos com melhor desempenho acústico.

Espumas rígidas de PU já são amplamente empregadas no mercado da construção civil para isolamento acústico, sendo que algumas placas são também são constituídas de outros materiais poliméricos como espuma rígida ou expandida de poliestireno (PS); terpolímero de acrilonitrila, butadieno e estireno (ABS); polietileno (PE), borrachas de baixa densidade, além de fibras de madeira ou cortiça [9,10].

O presente trabalho tem como objetivo a preparação e caracterização de aglomerados de PU rígido com adição de fibras de bananeira e celulose para avaliação do desempenho acústico para utilização na construção civil.


  1. MATERIAIS E MÈTODOS




    1. Materiais

Os resíduos de solados de calçados de poliuretano rígido (PU) foram doados pelo Sindicato da Indústria de calçados de Três Coroas/RS; pré-polímero com base de resina poliéster saturado e difenilmetano de diisocianato (MDI), doado pela BASF Poliuretanos Ltda.; e desmoldante Spray de Silicone Jimo®.



Os pseudocaules de bananeira (Musa sp.) foram coletados no Município de Mata/RS. As tábuas de madeira de Eucalyptus grandis W. Hill ex-Maiden retiradas de plantios com aproximadamente 25 anos de idade foram doadas pela Fundação Estadual de Pesquisa Agropecuária – FEPAGRO FLORESTAS no município de Santa Maria/RS.
2.2 Obtenção de partículas de celulose
As tábuas de madeira foram serradas, obtendo-se blocos com 15x7x5 cm, as quais foram mantidas submersas em água por 15 dias e então processadas com o auxílio de um moinho de facas (flaker) ajustado para um corte de 0,55 mm de espessura. O material foi seco ao ar por 20 dias e reprocessado em um moinho de martelos com peneira de 8 mm de diâmetro. As partículas obtidas nessa etapa foram reduzidas com um moinho de facas MARCONI MA580®, equipado com peneira de orifícios de 4 mm de diâmetro.
2.3 Obtenção das fibras de bananeira

Os pseudocaules da bananeira foram reduzidos em secções de menor tamanho. Em seguida, as bainhas mais externas dos pseudocaules foram retiradas e descartadas. A obtenção das fibras foi realizada com o auxílio de um moinho de martelos sem peneira. As fibras obtidas foram submetidas à secagem em estufa com circulação forçada de ar, a 60ºC, por 24 horas. Em seguida as fibras secas foram novamente moídas em moinho de martelos, equipado com peneira de orifícios de 8,0 mm.
2.4 Obtenção dos sólidos granulares de PU
Os resíduos de PU foram moídos em um moinho de facas marca Marconi, modelo MA 580 e após o ensaio granulométrico foi realizado utilizando-se um de peneirador vibratório PRODUTEST®, segundo a norma NBR 7217.
2.5.Preparação dos aglomerados
O resíduo polimérico, a fibra natural de bananeira ou partícula de celulose, o pré-polímero e a água foi misturada em uma argamassadeira eletromecânica CONTENCO® por três minutos. A Tab1 apresenta as proporções dos reagentes utilizados.
Tabela 1. Massa utilizada para a preparação de aglomerados de PU




Aglomerado A (kg)

Aglomerado B (kg)

Aglomerado C (kg)

Poliuretano rígido

2,5 - 3

2 - 2,5

2 - 2,5

Fibra de bananeira

-

-

0,5 - 0,6

Partículas de celulose

-

0,5 - 0,6

-

Pré-polímero

0,5 - 0,8

0,5 - 0,8

0,5 - 0,8

Água

0,05 - 0,08

0,05 - 0,08

0,05 - 0,08

Após homogeneização, a mistura obtida foi vertida em uma prensa de molde de 89x50x1,2 cm, com uma força de compressão de 130 toneladas, pressão de 2066 N.m-2, temperatura constante de 40°C e por 2h e 20 min.


2.2 Métodos de Caracterização
2.2.1 Densidade aparente

Os ensaios de densidade aparente dos aglomerados de PU/fibras, foram realizados segundo norma NBR 14810-3:2006, em triplicata.

A densidade aparente foi determinada através da equação A:
 (A)

Onde: D = densidade aparente, em kg/m³; m = massa da amostra em kg; V = volume da amostra em m³.


2.2.2 Isolamento acústico ao ruído aéreo

O ensaio para determinação do isolamento acústico ao ruído aéreo foi realizado em duas câmaras em escala reduzida, seguindo a metodologia descrita por Toutonge [11]. As amostras foram posicionadas entre as duas câmaras, separando a câmara de emissão da câmara de recepção.



O microfone para captação do ruído foi localizado em três posições diferentes na câmara de recepção, e o ruído foi emitido por fontes sonoras em duas posições diferentes na câmara de emissão. As medições foram feitas nas frequências entre 100 e 3150 Hz.



  1. RESULTADOS E DISCUSSÃO


3.1. Análise Granulométrica
O tamanho médio das partículas de poliuretano rígido G foi 2,27mm e F 0,86mm, enquadrando essas granulometrias na designação de sólidos granulares. A disposição das partículas de celulose e fibra de bananeira após análise granulométrica aparece na tabela abaixo (Tab4 e Tab5).
Tab. 4. Análise granulométrica das partículas de celulose

Peneiras (Mesh)

Diâmetro médio (mm)

Frequência (%)

> 9

> 2

0,79

9/14

1,4-2

33,69

14/20

0,85-1,4

65,77


Tab. 5. Análise granulométrica da fibra de bananeira

Peneiras (Mesh)

Diâmetro médio (mm)

Frequência (%)

> 9

> 2,00

30,92

9/20

1,4165

41,87

20/28

0,0711

7,73

28/35

0,0503

7,73

35/fundo

0,02085

11,75


3.2. Densidade
O ensaio para a determinação da densidade aparente dos aglomerados de PU foi realizado em triplicata para cada amostra produzida (Tab6).
Tab. 6. Densidade aparente dos aglomerados e coeficiente de variação




Aglomerado A

Aglomerado B

Aglomerado C

Densidade (kg.m-3)

380,47 ± 12%

402,06 ± 10%

427,03 ± 10,7%

A densidade é um dos fatores que tem influência na capacidade de isolamento acústico de um material. O aglomerado C possui menor densidade em relação aos outros, possivelmente pelo fato de ter maior compactação e adesão dos sólidos que por consequência diminuem a quantidade de câmaras de ar presentes no aglomerado tornando mais denso.

Já o aglomerado A possui menor densidade, possivelmente por conter somente poliuretano. Materiais com menor densidade costumam ser melhores absorvedores de ruído, uma vez que conforme a densidade diminui, aumenta a proporção de células abertas, pois o aumento no tamanho da célula significa uma diminuição na espessura da parede celular [12].

3.3. Isolamento Acústico ao ruído aéreo



A análise dos resultados do teste acústico foi realizada pela comparação entre a curva de nível sonoro das câmaras sem divisória e das câmaras com cada aglomerado testado. Na primeira análise foram comparados os níveis de ruído medidos, e os resultados com menores valores em dB indicam maior isolamento acústico.

Na Fig. 1, nota-se que os aglomerados reduziram o ruído em todas as frequências analisadas, sendo que as maiores reduções ocorreram nas altas frequências, a partir de 1.000Hz. Essa redução nas altas frequências caracteriza os materiais com maior eficiência para o isolamento acústico de sons agudos.




Fig. 1. Comparativo entre os níveis sonoros com os aglomerados e sem divisórias entre as câmaras
A segunda análise acústica foi das diferenças de nível entre os aglomerados e as câmaras sem divisórias. Nessa análise as maiores diferenças de nível em dB representam maior isolamento acústico dos materiais.

A Fig. 2 ilustra a diferença de nível de ruído entre as placas de aglomerado, e a amostra A teve melhor isolamento nas frequências a partir de 1.600Hz. Nas frequências médias, as amostras B e C apresentaram melhor isolamento acústico indicando maior eficiência para o isolamento de sons decorrentes da comunicação oral entre pessoas.



Fig. 2. Comparativo entre as diferenças de níveis sonoros com os aglomerados e sem divisórias entre as câmaras




  1. CONCLUSÂO

O valor da densidade do aglomerado A se mostrou menor, sendo que a adição de celulose e fibra de bananeira influenciou na densidade.

Os painéis aglomerados confeccionados com partícula de madeira, fibra de bananeira e sólidos granulares de PU podem ser utilizados no isolamento acústico de ambientes. O uso de PU na confecção de aglomerados de madeira e fibra de bananeira, podendo obter melhorias nas características tecnológicas e a redução na quantidade de passivos ambientais.
AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem a FAPERGS, a empresa BASF, o Sindicato da Indústria de calçados de Três Coroas/RS e a Universidade de Caxias do Sul (UCS).


REFERÊNCIAS


  1. NAIME, R.; ROBINSON, L. C. A tendência de produção de calçados ecológicos através da biodegradabilidade. InGEPRO, Santa Maria, v.1, n. 7, set. 2009.

  2. TECNOLOGIA DOS MATERIAIS. Poliuretano. Disponível em: . Acesso em: 20 jul. 2011.

  3. MENEGOTTO, A.N., NUNES, M.F.O. Avaliação de material com resíduos de EVA na redução do ruído de impacto em pisos. In: XXIII Encontro da Sociedade Brasileira de Acústica, 2010, Salvador. Anais... Salvador, 2010.

  4. RODOLFO JR., A. Estudo da processabilidade e das propriedades de PVC reforçado com resíduos de Pinus, Dissertação de Mestrado, Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, Brasil (2005).

  5. ISHIZAKI, M. H.; VISCONTE, L. L. Y.; FURTADO, C. R. G.; LEITE, M. C. A. M.; LEBLANC, Jean L.. Caracterização Mecânica e Morfológica de Compósitos de Polipropileno e Fibras de Coco Verde: Influência do Teor de Fibra e das Condições de Mistura. Polímeros: Ciência e Tecnologia, Rio de Janeiro, v. 16, n. 3, p.182-186, 2006.

  6. MUKHOPADHAY, S.; FANGUEIRO, SHIVANKAR, R.;VIJAY, V.Variability of Tensile Properties of Fibers from Pseudostem of Banana Plant. Textil Research Journal 79, 5, 387-393,2009.

  7. MARINELLIi, A.L. Desenvolvimento de compósitos poliméricos com fibras naturais da biodiversidade. Polímeros: Ciência e Tecnologia, 18, 2, 92-99, 2008.

  8. NEVES, A. A., NOSSA, A.. Resultados experimentais da rigidez dinâmica de Materiais usados sob pavimentos flutuantes. Anais In: Acústica, 2008, Coimbra, Portugal.

  9. BISTAFA, S. R. Acústica aplicada ao controle do ruído. São Paulo: E. Blücher, 2006.

  10. NUNES, M. F. O.; ZENI, M.; GRISA A. M. C.; ZATTERA, A. J.; MENEGOTTO, A. N.; VERGARA E. F.; PAIXÃO, D. X.: Avaliação de material com resíduos poliméricos na redução do ruído de impacto em pisos. Anais In: XIII Encontro Nacional de Tecnologia do Ambiente Construído. 2010, Canela, RS, ENTAC, 2010.

  11. TOUTONGE, J. A. Projeto e construção de câmaras reverberantes em escala reduzida para o estudo das características de perda de transmissão de divisórias confeccionadas a partir de materiais regionais. 2006. 121 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) – Universidade Federal do Pará, Belém, 2006.

  12. KLEMPNER, D.; FRISCH, K. C.. Handbook of polymeric foams and foam technology. Munich; Hanser Publishers, 1991.



EVALUATION OF HARD PU PARTICLEBOARDS WITH FIBER BANANA AND CELLULOSE PARTICLES ACOUSTIC PERFORMANCE
Marcos Vinicius Rizzo, Nathália Bortoluz, Willian Belincanta Ribeiro, Mára Zeni, Ana Maria Coulon Grisa, Maria Fernanda de Oliveira Nunes
The constant development of society leads to an increase in the production of polymeric residues, being rigid polyurethane one of the leading aggravates accumulating in landfills. Considering this fact and also the increase in noise caused by the expansion of large urban centers, this paper aims to reuse waste rigid polyurethane form the shoe industry in the development of particleboards, with and without the addition of banana fibers and particles of cellulose (18-26%), in order to reduce airborne noise in construction. The agglomerates were characterized by density and acoustic testing of airborne noise. The sample containing banana fiber, which has a higher density, has improved performance in the attenuation of medium frequencies. The sample of intermediate density, containing cellulose particles was more efficient at low frequencies. However, the sample without addition of fibers having lower density showed better results at higher frequencies.
Keywords: Recycling, Rigid Polyurethane Foams, Natural Fibers, Acoustic Insulation to Airborne Sound.




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