Compósitos de polipropileno com fibra de resíduo de guaraná

Abstract

ABSTRACT: The search for sustainable solutions has driven research aimed at reusing industrial waste to reduce environmental impact and promote the circular economy. In this context, this work investigates the production and characterization of polypropylene (PP) composites reinforced with guaraná waste fibers, a by-product of the aroma extraction industry, which would normally be discarded, thus contributing to the reduction of environmental impact. The fibers were used in two conditions: untreated and after an alkaline mercerization treatment. The influence of fiber content (10, 15, and 20%) and chemical treatment on the mechanical properties of the composites was evaluated through a 2² factorial statistical design. A formulation with 12.3% untreated fiber was obtained after optimization of the results, maximizing both the Properties and the fiber content in the composite. The results showed that chemical treatment did not have a significant influence on the properties, and for this reason, untreated fibers were chosen to produce the optimal point, eliminating one step in the composite production process. The results demonstrated that the addition of fibers maintained the stiffness and tensile strength of the composites virtually unchanged, with the elastic modulus reaching 70.1 MPa and 22.6 MPa, respectively. Impact resistance decreased compared to the reference material, reaching 66.9 J/m. Flexural strength remained stable, around 32.1 MPa, and water absorption was low, below 0.1%, even with the presence of fiber. The optimized formulation was used in the injection molding of plastic caps for cosmetic packaging. During industrial testing, it was observed that the fiber concentration had to be reduced to 6.15% to avoid thermal degradation during the forming process. The final material maintained dimensional properties within the required tolerances, demonstrating feasibility for commercial applications. The results indicate that the incorporation of guaraná waste fibers can represent a sustainable and efficient alternative for the development of new reinforced polymeric materials, combining mechanical performance and industrial viability

RESUMO: A busca por soluções sustentáveis tem impulsionado pesquisas que visam o reaproveitamento de resíduos industriais para reduzir o impacto ambiental e promover a economia circular. Neste contexto, este trabalho investiga a produção e caracterização de compósitos de polipropileno (PP) reforçados com fibras de resíduo de guaraná, um subproduto da indústria de extração de aromas, que normalmente seria descartado, contribuindo para a redução do impacto ambiental. As fibras foram utilizadas em duas condições: sem tratamento e após um tratamento alcalino de mercerização. A influência do teor de fibra (10, 15 e 20%) e do tratamento químico nas propriedades mecânicas dos compósitos foi avaliada por meio de um planejamento estatístico fatorial 2². A formulação com 12,3% de fibra sem tratamento foi obtida após a otimização dos resultados, maximizando as propriedades e a porcentagem de fibra no compósito. Os resultados apontaram que o tratamento químico não teve uma influência significativa nas propriedades e por esse motivo as fibras sem tratamento foram escolhidas para produzir o ponto ótimo, reduzindo um processo na produção dos compósitos. Os resultados demonstraram que a adição de fibras manteve a rigidez e o limite de resistência à tração dos compósitos praticamente inalterados, com o módulo elástico atingindo 70,1 MPa e 22,6 MPa, respectivamente. A resistência ao impacto reduziu em relação ao material de referência, atingindo 66,9 J/m. A resistência à flexão permaneceu estável, em torno de 32,1 MPa, e a absorção de água foi baixa, inferior a 0,1%, mesmo com a presença da fibra. A formulação otimizada foi utilizada na injeção de tampas plásticas para embalagens de cosméticos. Durante os testes industriais, observou-se a necessidade de reduzir a concentração de fibra para 6,15%, evitando degradação térmica durante o processo de conformação. O material final manteve as propriedades dimensionais dentro das tolerâncias exigidas, demonstrando viabilidade para aplicações comerciais. Os resultados indicam que a incorporação de fibras de resíduo de guaraná pode representar uma alternativa sustentável e eficiente para o desenvolvimento de novos materiais poliméricos reforçados, conciliando desempenho mecânico e viabilidade industrial