4 RESULTADOS E DISCUSSÃO
4.4 COMPARATIVO ENTRE VALORES EXPERIMENTAIS E DADOS
Realizou-se um comparativo entre o melhor resultado desse trabalho com os dados das espumas de vidro produzidas em outras pesquisas, as quais utilizaram diferentes matérias-primas e temperaturas de sinterização (tabela 12).
A partir da tabela 12 é possível verificar que as espumas de vidro produzidas nessa pesquisa possuem uma baixa temperatura de obtenção, quando comparada a outras metodologias de síntese de espuma, o que é importante no ponto de vista econômico (ganho energético) em uma produção industrial. Além disso, os valores de porosidade, densidade e condutividade térmica estão de acordo com outras espumas demonstradas.
Percebe-se que de uma maneira geral não houve variações significativas na condutividade térmica para mesmos valores de porosidade e/ou densidade. Isso indica que o tipo de resíduo (ou seja, a composição química do vidro) tem menor influência do que a contribuição dada pela fase gasosa que é resultante da porosidade que o material apresenta.
Tabela 12 – Comparativo entre as espumas de vidro obtidas nesse trabalho com outros resultados reportados (continua) Agente de expansão Vidro utilizado Temperatura de obtenção (oC) λ(25) (W/m.oC) PTotal (%) ρapt (g/cm3) ρgeométrica (g/cm3) Fonte
NaOH Soda-cal 750 0,046 92,37 0,172 0,135 Tese
CaCO3 Soda-cal 900 82,67 0,430 (1) Cascas de ovo Lâmpadas fluorescentes 700 87,30 (2)
SiC e KNO3 Soda-cal 950 0,170 (4)
Silicato de sódio Soda-cal 800 0,140 84,10 0,420 (19) Cinzas e CaCO3 Soda-cal 800 0,360 81,30 0,460 (26) NaOH Soda-cal 800 0,310 (35) CaMg(CO3)2 Soda-cal 1075 62,00 0,760 (36) Escória de basalto Soda-cal 1100 86,00 0,317 (38) Na2CO3 CRT(1) 750 0,218 (40) CaCO3 CRT(1) 795 0,050(2) 91,2 0,240 (41) Carvão e MnO2 CRT(1) 835 0,038(2) 0,116 (42) Cascas de ovo CRT(1) 700 89,8 0,290 (43) Li2CO3 Soda-cal 780 0,320 (45) AlN Soda-cal 950 0,091 94,00 (46) SiC CRT(1) 880 0,680 0,226 (48)
SiC e cinzas Soda-cal 950 81,55 0,267 (49)
Carvão e MnO2 CRT(1) 800 0,042(2) 0,131 (51) Cascas de ovo CRT(1) 800 0,280 (58) Cascas de ovo Garrafas 900 0,055 95,00 0,250 (59)
Tabela 13 – Comparativo entre as espumas de vidro obtidas nesse trabalho com outros resultados reportados
(conclusão)
Fontes: Inseridas no corpo da tabela. Notas:
(1) CRT se refere a tubos de raios catódicos.
(2) Medidas de condutividade feitas a 10 oC.
(3) NF se refere a negro de fumo
Com isso, é possível verificar que as espumas de vidro produzidas nessa pesquisa possuem uma baixa temperatura de obtenção, quando comparada a outras metodologias de síntese de espuma (tabela 12), o que é importante no ponto de vista econômico (ganho energético) em uma produção industrial. Além disso, os valores de porosidade, densidade e condutividade térmica estão de acordo com outras espumas demonstradas. Percebe-se que de uma maneira geral não houve significativas variações na condutividade térmica para mesmos valores de
Agente de expansão Vidro utilizado Temperatura de obtenção (oC) λ(25) (W/m.oC) PTotal (%) ρapt (g/cm3) ρgeométrica (g/cm3) Fonte MnO2 CRT(1) 810 0,053(2) 92,00 0,250 (62) Mn3O4 e NF(3) CRT(1) 817 93,00 0,164 (72) Cinzas Soda-cal 830 0,224 (121) Fe2O3 e NF(3) Soda-cal 850 0,061 93,40 0,164 (125) Fe2O3 e NF(3) CRT(1) 850 0,050 93,10 0,192 Cinzas CRT(1) 800 0,140 75,00 0,600 (133) AlN Soda-cal 850 0,470 (139) AlN CRT(1) 850 0,350 C CRT(1) 850 0,850 SiC CRT(1) 850 0,490 Óleo de refrigeração Soda-cal 900 0,048 0,206 (140)
Erva mate Garrafa 900 0,045 88,30 (141)
Conchas de ostras
porosidade e/ou densidade. Isso indica que o tipo de resíduo tem menor influência do que a contribuição dada pela fase gasosa que é resultante da porosidade que o material apresenta.
Além do ganho energético devido à temperatura de fabricação e da baixa condutividade obtida, é possível listar uma série de outros fatores positivos do material desenvolvido nessa pesquisa, tais como:
a) a de não liberar gases poluentes na sua fabricação, conforme foi demonstrado nesse trabalho;
b) a de utilizar um resíduo abundante e de fácil acesso em qualquer lugar do mundo (7-9) ;
c) os resíduos gerados na fabricação das espumas de vidro, além de inertes, podem ser reaproveitados como matérias-primas para um novo processo; d) o preço do agente de expansão é baixo;
e) a estabilidade química e térmica permitem uma vida útil elevada;
f) o descarte após sua utilização não provoca contaminação de água e solo e não promove acidentes caso venha ser depositado em aterros ou manuseados.
De acordo com o valor de densidade e condutividade térmica o melhor resultado obtido se enquadra dentro das normas americanas como um bloco tipo I, grau 16 (143). Porém, para ser classificada dessa forma, também se necessita reduzir a permeabilidade além de se verificar as propriedades mecânicas quanto à compressão e flexão.
A partir dos resultados obtidos pode-se inferir que as espumas de vidro a base de vidro soda-cal, utilizando hidróxido de sódio como agente de expansão e bórax como agente de fluxo possuem um grande potencial para fabricação de materiais para isolamento térmico.
5 CONCLUSÕES
A formulação composta por vidro soda-cal, hidróxido de sódio e bórax pentahidratado permite a obtenção de espumas de vidro com potencial para diferentes aplicações.
Nesse trabalho, primeiramente foi investigado o mecanismo reacional que ocorre no processo de espumação. Verificou-se que com o aumento da temperatura inicialmente se tem a desidratação do bórax.
Quando se atinge a temperatura de transição vítrea do material, em 587 oC, ocorre uma redução da rigidez estrutural, permitindo a cristalização de uma nova fase hidratada (Na2CaSi2O6.2H2O) a partir da reação entre o hidróxido de sódio com o vidro soda-cal. Essa cristalização é responsável por uma retração nas dimensões apresentadas nessa faixa de temperatura e posteriormente pela liberação do gás por desidratação, a qual propicia a espumação.
Ao atingir a temperatura de amolecimento dilatométrico, por volta de 686 oC, o material apresenta uma viscosidade suficientemente baixa que permite que a pressão do gás liberado provoque a sua expansão.
As análises permitiram verificar que uma nova fase cristalina (devitrita) é formada durante a espumação, ficando estável dentro da estrutura amorfa até o final do aquecimento.
Também foi possível confirmar que vapor de água é o único gás envolvido no processo de formação da espuma, corroborando com a produção ecologicamente correta.
O estudo das variáveis de processamento via experimentos fatoriais, permitiram verificar que o aumento na proporção do hidróxido de sódio possibilitou a redução na densidade das espumas de vidro, devido a uma maior quantidade de vapor de água gerado. Dessa forma, aumenta a porosidade aparente e reduz a porosidade fechada devido à maior pressão de vapor gerada, criando assim a interconectividade no interior do material pelo rompimento das células.
O bórax em menores proporções mostrou-se eficiente como agente de fluxo, entretanto, quando utilizado em maiores proporções, ao mesmo tempo em que aliado a pouca proporção do agente de expansão provocou a densificação e fechamento dos poros da espuma.
O acréscimo na temperatura de patamar de queima elevou a porosidade aberta da espuma por facilitar a liberação de gases durante a sinterização, porém o intervalo estudado não possibilitou verificar sua interferência na densidade e porosidade fechada.
Os demais parâmetros analisados não apresentaram relevância dentro do intervalo estatístico para as variáveis estudadas. Porém, verificou-se visualmente que maiores tempos de moagem reduziram o tamanho das células e permitiram uma maior homogeneidade de sua distribuição.
As medidas de microscopia eletrônica de varredura permitiram verificar que as amostras que continham maiores proporções de agente de expansão apresentaram os maiores tamanhos de poros, devido à maior quantidade de gás gerado durante a sinterização. Quando se tem maiores viscosidades do fundido, as porosidades intra e interporos são observadas, enquanto que para uma menor viscosidade os poros intersticiais são predominantes devido à nucleação de novas bolhas.
Todas as composições se apresentaram inertes a testes de dissolução em água e em ácidos diluídos, contudo a composição contendo 10% de hidróxido de sódio e 10% de bórax foi suscetível ao ataque de ácido clorídrico e de ácido nítrico concentrado. As demais composições tiveram perdas de massa inferior a 1%, mesmo em soluções concentradas.
Os ensaios de condutividade térmica demonstraram que o comportamento das espumas foi linear na faixa de temperaturas analisadas, sendo influenciado pela variação da densidade. Os tipos de poros e a composição da fase sólida não influenciaram nos resultados da condutividade, sendo apenas o aumento na porosidade responsável pela redução na condutividade térmica.
O modelo Schuetz-Glicksman foi ineficiente para simular o comportamento das espumas, fornecendo valores superiores aos dados experimentais. A discrepância entre os resultados tornou-se mais acentuada conforme se aumentavam as densidades. O menor valor de condutividade obtido foi de 0,046 W/m.oC à 25 ºC, ficando esta medida muito próxima ao valor das espumas de vidro comerciais.
A comparação dos resultados dessa pesquisa com dados fornecidos na literatura são semelhantes com os de outras espumas de vidro que apresentam
densidades semelhantes, independentemente do tipo de vidro ou agente de expansão utilizado.
Finalmente, as espumas de vidro obtidas apresentaram uma baixa temperatura de obtenção quando comparadas com a maioria dos agentes de expansão convencionais. Esse fator aliado ao baixo custo das matérias-primas e ao apelo ecológico de não se eliminar nenhum gás poluente durante a fabricação, além de retirar um passivo dos aterros, indicam que o produto desenvolvido apresenta grande potencial para utilização como isolante térmico em aplicações como em placas isolantes, dentro da construção civil.
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