Utilização de resíduos industriais para a produção de estruturas porosas para aplicação têxtil

Abstract

A produção de aerogéis a partir de resíduos e utilizando processos sustentáveis é uma alternativa aos métodos tradicionais de produção, uma vez que permite a obtenção de materiais com elevada aplicabilidade ao mesmo tempo que reduz a utilização de matérias-primas e reaproveita resíduos, que de outra forma seriam descartados. Uma das caraterísticas mais relevantes dos aerogéis é a sua baixa condutividade térmica, o que faz com o que seja um material com bom poder isolante. Neste trabalho foi desenvolvido um método de produção de aerogéis a partir de resíduos de algodão reciclado, com o objetivo de obter um material passível de ser incorporado num substrato têxtil, dotando-o de propriedades isolantes. Foram adaptados três métodos, reportados na literatura, a partir dos quais se definiram as variáveis de estudo e foi feita a otimização do processo, com vista à incorporação do aerogel num substrato têxtil. Durante o processo foram utilizados vários precursores, como tretaetilortosilicato (TEOS), silicato de sódio, metiltrimetoxisilano (MTMS) e etoxitrimetilsilano (TMES). Os aerogéis obtidos foram avaliados em termos de porosidade, densidade, condutividade térmica, resistência mecânica, resistência à lavagem e resistência à chama. Da otimização do processo decorreu a escolha de TEOS como precursor, TMES como co precursor e ácido oxálico como catalisador, resultando num aerogel com porosidade 93 %, densidade 0,068 g/cm3 e condutividade térmica 0,0008 W/m ℃. Este aerogel foi incorporado em dois substratos têxteis através de um processo de laminação, que resultou num material com porosidade 92 %, densidade 0,076 g/cm3 e condutividade térmica 0,0006 W/m ℃, demonstrado que a combinação dos dois materiais resultou numa melhoria das suas caraterísticas individuais, apresentando também potencial como isolante térmico. Os aerogéis obtidos, bem com o material híbrido resultante da incorporação dos aerogéis produzidos em substratos têxteis demonstraram resistência à chama, o que aumenta ainda mais a aplicabilidade do material obtido. Assim, os resultados obtidos no decorrer deste projeto podem ter uma importante contribuição para a exploração e desenvolvimento de estratégias mais sustentáveis na produção de aerogéis, uma vez que foi obtido um aerogel através de um processo sustentável e com caraterísticas desejáveis para aplicação na indústria têxtil, utilizando um resíduo industrial.

The production of aerogels from waste and using sustainable processes is an alternative to traditional production methods, since it allows the production of materials with high applicability while reducing the use of raw materials and reusing waste, which would otherwise be discarded. One of the most relevant characteristics of aerogels is its low thermal conductivity, which makes it a material with good insulating power. In this work, a method of production of aerogels from recycled cotton waste was developed, with the aim of obtaining a material that can be incorporated into a textile substrate, providing it with isolating properties. Three methods previously reported in the literature were adapted with a view to incorporating the aerogel into a textile substrate and from which the study variables were defined and optimized. During the process, several precursors were used, such as tretaethylorthosilicate (TEOS), sodium silicate, methyltrimethoxysilane (MTMS) and ethoxytrimethylsilane (TMES). The aerogels obtained were evaluated in terms of porosity, density, thermal conductivity, mechanical resistance, washing resistance and flame resistance. The optimization of the process resulted in the choice of TEOS as a precursor, TMES as co-precursor and oxalic acid as catalyst, resulting in an aerogel with 93 % porosity, density 0.068 g/cm3 and thermal conductivity 0.0008 W/m ℃. This aerogel was incorporated into two textile substrates through a lamination process, which resulted in a material with 92 % porosity, density 0.076 g/cm3 and thermal conductivity 0.0006 W/m ℃, demonstrating that the combination of the two materials resulted in an improvement of their individual characteristics, also presenting potential as thermal insulator. The aerogels obtained, as well as the hybrid material resulting from the incorporation of aerogels produced in textile substrates demonstrated flame resistance, which further increases the applicability of the obtained material. In summary, the porous materials obtained during this project may have an important contribution to the exploration and development of more sustainable strategies in the production of aerogels, since an aerogel was obtained through a sustainable process with desirable characteristics for application in the textile industry, using industrial waste (recycled cotton).