Dissertação
Uso da lignina kraft de eucalipto oxidada como composto plastificante em concreto
The use of the oxidized Eucalyptus spp. kraft lignin as a concrete plasticizing compound
Registro en:
ALBERTASSI, Dalila Batista. Uso da lignina kraft de eucalipto oxidada como composto plastificante em concreto. 2019. 104 f. Dissertação (Mestrado em Ciência Florestal) - Universidade Federal de Viçosa, Viçosa. 2019.
Autor
Albertassi, Dalila Batista
Institución
Resumen
A crescente busca pela ampliação da produção das fábricas de celulose kraft incentiva pesquisas para encontrar alternativas e tecnologias avançadas que permitam mitigar as limitações de produção, principalmente com relação à capacidade das caldeiras de recuperação e dos fornos de cal. O aproveitamento de uma parcela da lignina presente no licor negro para geração de subprodutos ganha destaque por permitir o aumento de produção de fibras sem prejudicar a recuperação de químicos na caldeira, o abastecimento de energia e de vapor para as fábricas. Diversos estudos estão sendo feitos para desenvolvimento de novos produtos, sendo um deles a transformação da estrutura da lignina para produção de plastificante de concreto. Já foram realizados estudos sobre oxidação alcalina com oxigênio molecular para ligninas soda, porém para a lignina kraft os estudos ainda são recentes. Por isso, esse trabalho teve como objetivo realizar uma modificação na estrutura da lignina kraft de eucalipto a partir da oxidação alcalina com oxigênio molecular e analisar o resultado dessa modificação nas propriedades dispersantes de partícula de cimento, comparando o efeito plastificante dessas ligninas modificadas no concreto com um lignossulfonato, aditivo plastificante comercial. A dissertação foi dividida em três capítulos. O Capítulo 1 apresenta uma revisão atualizada sobre a lignina kraft, o seu potencial de utilização como plastificante de concreto e a transformação de sua estrutura a partir da oxidação alcalina com oxigênio molecular. Apresenta, também, uma revisão sobre concreto e os tipos de aditivos empregados atualmente na indústria de construção civil. O Capítulo 2 apresenta um estudo de produção de aditivos plastificantes pela oxidação da estrutura da lignina kraft de eucalipto com oxigênio molecular. O Capítulo 3 avalia o efeito plastificante da adição da lignina modificada no concreto, comparando-o a um lignossulfonato. Para produção dos aditivos, as ligninas foram submetidas ao processo de oxidação em um reator PARR 4555-85, série 5G & 10L, com capacidade de 20 litros. A concentração de lignina, a concentração de oxigênio, a temperatura e o tempo de reação foram variados para estudo de otimização. Esses parâmetros foram avaliados segundo a determinação do pH e da quantidade de grupos carboxílicos formados. Para análise do desempenho plastificante, foram produzidos concretos e pastas com e sem aditivos plastificantes. Os concretos frescos foram analisados segundo a consistência inicial eo teor de ar incorporado. Os concretos endurecidos foram analisados quanto à resistência à compressão axial e à difratometria de raios-X. As pastas foram avaliadas quanto ao tempo de pega e vida-útil. De forma geral, o aditivo que obteve melhores resultados para utilização como plastificante no concreto foi o produzido com 20% de lignina, tratado a 90˚C com 40% de oxigênio em peso de lignina, durante 60 min de reação. Esse aditivo apresentou o maior resultado de abatimento do tronco de cone, o menor tempo de pega (não afetando essa propriedade) e baixa incorporação de ar. Apesar de diminuir a resistência à compressão axial, há grande potencial em utilizá-lo para redução de água na produção do concreto. Palavras-chave: Lignina Kraft. Concreto. Plastificante. Cimento. The growing search for the expansion of production of kraft pulp mills encourages research to find alternatives and advanced technologies that allow the mitigation of the production constraints, especially with regard to the capacity of recovery boilers and lime kilns. The use of part of the lignin of the black liquor for the generation of by-products gains importance by allowing the increase of fiber production without jeopardizing the recovery of chemicals in the boiler, the power and the steam supply to the industries. Several studies are being carried out for the development of new products. The transformation of the lignin structure to the production of concrete plasticize is a possible use of the lignin. Studies have been carried out on alkaline oxidation with molecular oxygen for soda lignin, but for the Kraft lignin the studies are still novel. The present study aimed to make a change in the structure of the kraft lignin of Eucalyptus spp. from the alkaline oxidation with molecular oxygen and to analyze the result of this modification in the dispersant properties of the particle cement, comparing the plasticizer effect of the modified lignin on the concrete with a lignossulfonate commercial plasticizer additive. The dissertation was divided into three chapters. Chapter 1 presents an updated review of the kraft Lignin, its potential for use as a concrete plasticizer additive and the transformation of its structure from alkaline oxidation with molecular oxygen. It also presents a review on concrete and the types of additives currently employed in the construction industry. Chapter 2 presents a study of the production of plasticizers additives by oxidation of the structure of the kraft lignin of eucalyptus with molecular oxygen. Chapter 3 evaluates the plasticizing effect of the addition of the modified lignin in the concrete, comparing it to a lignossulfonate. In the production of additives, the lignins were subjected to the oxidation process in a Parr 4555-85 reactor, 5g & 10L series, with a capacity of 20 liters. Lignin concentration, oxygen concentration, temperature and reaction time were varied for optimization study. These parameters were evaluated according to the determination of pH and the amount of carboxylic groups formed. For the analysis of plasticizers performance, concrete and pastes with and without plasticizers were produced. Fresh concrete was analyzed according to the initial consistency and the incorporated air content. The hardened concretes were analyzed for resistance to axial compression and X-ray Diffractometry. The folders wereevaluated for the time taken and useful life. In general, the additive that obtained the best results for use as plasticizer in concrete was produced with 20% lignin, treated at 90 ˚ C with 40% of oxygen in lignin weight, during 60 min of reaction.. This additive presented the highest result of reduction of the cone trunk, the shortest time of grip (not affecting this property) and low incorporation of air. Despite decreasing the resistance to axial compression, there is great potential to use it to reduce water in concrete production. Keywords: Kraft Lignin. Concrete. Plasticizer. Cement. CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior