Aplicação de Fibras a base de Celulolose em Resinas
Poliuretanas para produção de solados de Calçados
Application of Fiber found Cellulose in polyurethane resins for production of shoe
soles
Monteiro Bastos, Thayná; Graduando; Faculdades Integradas Teresa D’Ávila (FATEA)
[email protected]
Batista Ribeiro, Rosinei; Dr; Faculdades Integradas Teresa D’Ávila (FATEA); Escola de
Engenharia de Lorena (EEL-USP); Centro Universitário de Volta Redonda (UNIFOA)
[email protected]
Yokosawa, Mary; Dra. Faculdades Integradas Teresa D’Ávila (FATEA)
[email protected]
Resumo
Os compósitos com fibra natural têm sido usados nos mais diferentes mercados pela sua
diversidade na produção e no desenvolvimento de projeto de produto. Este trabalho pretende
avaliar a aplicação da resina poliuretana com celulose a 10, 20, 30, 40 e 50% de carga e
verificar seus potenciais para a aplicação em solados de calçados, utilizando conceitos de
design sustentável.
Palavras Chave: Nanocompósiitos, Design de Produto, Engenharia de Materiais,
Abstract
The composites with natural fibers have been used in many different markets by its diversity
in production and development of product design. This work wants to consider the application
of polyurethane resin with cellulose in 10, 20, 30, 40, and 50% of load and check their
potential for application in shoes soles, using concepts of sustainable design.
Keywords: Nanocomposites, product design, materials engineering
Aplicação de Fibras a base de Celulose em Resinas Poliuretanas para produção de solados de Calçados
Introdução
É necessário uma integração entre design e engenharia de materiais garantindo já na
concepção da metodologia de projeto de produtos soluções que viabilizem fatores positivos a
indústria e aos consumidores. É de capacidade da engenharia de materiais, atuar na área de
pesquisa e desenvolvimento de materiais estudando a estrutura, propriedades, desempenho,
processamento e aplicação dos materiais na indústria, orientado a obter o melhor desempenho
para sua aplicabilidade.
Essa inovação de materiais que vivenciamos sugere uma abertura de possibilidades e
otimização de recursos, tornando a escolha dos materiais quase ilimitada. Para os designers
quanto ao projeto de produto isso sugere utilizar os materiais e métodos de fabricação como
fatores de inovação. Os materiais devem ser vistos como um estímulo á criatividade em sua
aplicação, podendo ser utilizado como uma forma de sedução ao produto. A escolha dos
materiais e dos processos de fabricação torna-se caracterizador do conceito do produto e não
somente se limitando a um problema de engenharia gerando possibilidades e inovação com
referência ao design (LESKO 2004).
No meio acadêmico, conceitos como ecodesign e análise do ciclo de vida (ACV) têm
promovido uma releitura nas técnicas de concepção, projeto e produção industrial de bens
(BYGGETH; BROMAN; RÒBERT, 2007).
Através do Ecodesign, - Design for enviroment (DfE), busca determinar a menor
interferência sobre o meio, aumentando o uso de fontes renováveis a sua produção(SILVA
2005).
Para Venzke (2002), ecodesign é uma técnica de projeto de produto em que objetivos
tradicionais, tais como desempenho, custo da manufatura e confiabilidade, surgem
conjuntamente com objetivos ambientais, tais como redução de riscos ambientais, redução do
uso de recursos naturais, aumento da eficiência energética e da reciclagem. Uma das práticas
de ecodesign constitui na escolha de materiais de baixo impacto ambiental.
Os calçados que se incluem ao desenvolvimento sustentável, estão no mercado em sua
minoria, mas verificamos um crescimento gradual de usuários que se interessam por esses
produtos (SILVA 2005).
Em muitos trabalhos tem-se observado o desenvolvimento de produtos a partir das
fibras celulósicas (resíduos vegetais) de juta, sisal, linho, banana, bambu, madeira, palmeira,
coco em reforço em polímeros termorrígidos ou termoplásticos, conforme a característica do
produto e da região (FUNG et al., 2003; MATTOSO, 1999; HERRERA-FRANCO e
VALADEZ-GONZÁLEZ, 2004).
Dentre estes polímeros os quais são empregados reforços de fibras usa-se o
poliuretano com grande demanda na produção de solados de calçados, devido à alta
resistência à abrasão, flexão e rasgo, elasticidade e flexibilidade mesmo em temperaturas
baixas, são termofixos e isolantes térmicos de baixa densidade que permite injeção direta em
cabedais. Além dessas propriedades o processo de fabricação é simples, pois utiliza-se apenas
intermediários líquidos e caracteriza-se por moldar formas complexas.
O principal objetivo de estudo ultimamente é a produção de compósitos derivados de
biopolímeros e fibras naturais, criando assim materiais totalmente biodegradáveis. Assim, a
classe dos biocompósitos pode ser considerada como o novo material do século 21,
representando a solução parcial para muitos problemas ambientais. (MOHANTY, 2005)
A atratividade para os usos das fibras e possíveis estudos dos nanocompósitos traduz
nas estruturas dos produtos e nas características dos materiais as seguintes possibilidades:
redução do custo do produto por meio da combinação com material de baixo custo, atuando
como enchedor, com material de custo elevado, desenvolvimento de materiais com conceito
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de sustentabilidade e passíveis de reciclabilidade; e produzir um material compósito que
determine alta resistência e propriedades específicas superiores aos componentes isolados
(ABU-SHARKH e HAMID, 2004).
A celulose pode ser utilizada como matéria-prima para produção de um grande
número de derivados de produtos e acessórios. A função da celulose é realizar a acetilação
heterogênea da fibra de linho para diminuir a alta polaridade das fibras naturais, visando seu
uso como reforço estrutural ( FRISONI et. al., 2001; FALES e ACEVEDO, 1998).
A lignina é o componente que dá rigidez à planta, o que pode ser explicado pelo alto
teor de aromáticos em sua complexa estrutura. Ela age como impermeabilizante e controla a
passagem de água pela parede celular, além de proteger contra ataques biológicos, impedindo
penetração de enzimas. A lignina é a “cola” que une as fibras celulósicas, conferindo à
madeira rigidez e resistência ao impacto. É um copolímero termoplástico de elevado peso
molecular, com temperatura de transição vítrea (Tg) próxima a 90°C. Não é hidrolisada por
ácidos, mas é solúvel em álcali aquecido (MOHANTY, 2005) (WOOL, 2005).
Metodologia
Planejamento das Misturas, variando a composição de PU Lignina e Celulose a 10, 20,
30, 40, 50 % de carga no Laboratório de Biotenologia EEL-USP;
Preparação Materialográfico que será realizada no Laboratório de Microscopia de
Materiais EEL-USP em parceria com o Laboratório de Análise de Imagens de
Materiais do Departamento de Tecnologia e Materiais FEG-UNESP;
Microscopia Eletrônica de Varredura foi realizada no Laboratório de Microscopia
Eletrônica no Departamento de Engenharia de Materiais – EEL-USP. Os objetivos da
microscopia foram: caracterização da morfologia dos nanocompósitos, distribuição
das partículas, fração volumétrica e quantidade.
Microdureza - O ensaio tem como objetivo relacionar as mudanças microestruturais
induzidas pela diferente composição química dos compósitos reforçados pelas fibras
naturais, serão realizados no Laboratório de Microscopia de Materiais –
Departamento de Engenharia de Materiais -EEL-USP,
Ensaios de Flexão serão realizados sob velocidade de 2,8mm.mim-1 com no mínimo 5
corpos de prova, com dimensões de 13mm de largura, 130mm de comprimento e 6,0
mm de espessura. O método adotado será o de 4 pontos de carregamento a ¼ do
ponto.
Ensaios de cisalhamento “short-beam” será realizado numa maquina universal de
ensaios com velocidade de 1,3 mm.mim.-1 e com dimensões do corpo de prova com
espessura o de 3,2mm, comprimento de 19,2mm e largura de 6,5mm. O ensaio visa
determinar os modos de falhas dos compósitos e o comportamento interlaminar, de
acordo com a norma ASTM D 2344-2000.
Metodologia de Projeto de Produto, de acordo com a análise de similares, a
composição adequada do material, estudos ergonômicos, conceitos de ecodesign e
design para Montagem, será desenvolvido um solado que atenda aos requisitos
funcionais, estéticos e que garanta conforto ao usuário.
Modelamento 3D, Será relizado o estudo de modelagem 3D no Laboratório de
Materiais, Texturas e Modelamento da Faculdades Integradas Teresa D’Ávila
(FATEA) por meio do uso do programa SolidWorks com a aplicabilidade da
ferramenta Cosmos e o desenho técnico.
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Resultados
Foi realizado um estudo exploratório de planejamento das misturas da resina PU com
variações de celulose e lignina em 10, 20, 30, 40, 50% de carga em função das propriedades e
microestrutura, os resultados preliminares obtidos pela microscopia eletrônica de varredura
foram: 20% lignina apresenta mudanças na morfologia, que contribui na maleabilidade do
material, em contrapartida a mistura com a celulose a partir de 30 % em sua composição
proporciona alterações significativas em sua forma estrutural (morfologia da partícula)
ocasionando o aumento na maleabilidade e ductilidade do material, a lignina junto com a
celulose a 20% misturado ao PU gera uma mistura com melhores propriedades quanto a
maleabilidade apresentando menos fraturas no material.
Percebe-se que a função do design também é de gerar aplicações para os novos
materiais que a engenharia de materiais proporciona, e trabalhar sinergicamente essas duas
áreas de desenvolvimento possibilitando inovação técnico-cientifica para a sociedade. Assim
há indícios que a utilização deste material para a confecção de solados seja plenamente
atendidas ao design proposto, que será um solado para calçado visando conforto, no caso
temos como similares chinelos e rasteiras.
Dessa forma verifica-se que o maior desafio do design atual é aliar materiais, métodos
de produção que levem em conta o conceito de sustentabilidade, sem deixar cair o padrão de
qualidade que os usuários já estão habituados quanto aos produtos que utilizam relacionado a
conforto, qualidade, beleza e tendência.
Figura 6- Resultado preparação das misturas: (I) PU e Lignina 20%carga (II) PU e Celulose 20%carga (III) PU
Figura 3 - Microscopia Eletrônica de Varredura do compósito a base de resina PU com 20% carga Lignina
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Figura 4 - Microscopia Eletrônica de Varredura do compósito a base de resina PU com 30% carga Celulose
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