Sustainable development of composites reinforced with brewer's spent grain

Dissertação de Mestrado em Química apresentada à Faculdade de Ciências e TecnologiaAo longo dos anos, têm aumentado os esforços para tornar o mundo mais sustentável devido à crescente preocupação ambiental e escassez de fontes não renováveis, através do reaproveito de subprodutos industriais e produção de materiais ecológicos. As fibras lignocelulósicas devido à sua abundância e elevado potencial como fonte renovável têm gerado interesse para a produção de novos materiais sustentáveis. Assim, surge o interesse do aproveitamento do principal subproduto da indústria, o resíduo de cervejeira, como fibras lignocelulósica, para a produção de compósitos. Neste trabalho, numa primeira fase procedeu-se à caraterização de dois tipos de resíduos de cerveja com diferentes origens: resíduo cerveja Práxis e resíduo de cerveja Super Bock. Verificou-se que dependendo da origem de cerveja produzida, existe uma variação quantitativa na composição do resíduo de cerveja. As fibras lignocelulósicas podem conferir um reforço para compósitos, e por isso foram estudados compósitos com várias matrizes poliméricas e biopoliméricas reforçados com resíduo de cerveja. As matrizes utilizadas nos compósitos foram o polietileno de baixa densidade reciclado, polibutileno adipato co-tereftalato com amido termoplástico, poliácido láctico e polibutileno succinato, e foi estudada a influência da adição de várias proporções do resíduo de cerveja, nas propriedades físico-químicas do compósito. A matriz e o reforço são os componentes principais dos compósitos, sendo que o desempenho do compósito é influenciado pela interação matriz-reforço. Para garantir uma boa adesão e assegurar a compatibilidade foi avaliado a adição de um agente de acoplamento verde à base de óleo alimentar usado, o uso de um surfactante (o SDS), e o uso de PBS-AM. Para estudar as propriedades dos compósitos realizou-se análises de reometria de torque, ensaios mecânicos de tração onde se obteve a resistência à tração, deformação na rutura e módulo de Young , e testes de absorção e solubilidade em água. Os resultados revelam que compósitos com diferentes matrizes, têm diferentes interações com as fibras e mostram diferentes propriedades. A adição do agente de acoplamento verde aos compósitos melhora a interação matriz-fibra nos compósitos de polieteileno polietileno de baixa densidade reciclado, poliácido lático e no PBS.Over the last years, efforts have increased to make the world more sustainable due to the growing environmental concern and scarcity of non-renewable sources, through the reuse of industrial by-products and production of ecological materials. Due to their abundance and high potential as a renewable source, lignocellulosic fibers have generated interest in the production of new sustainable materials. Thus, there is an interest in using the industry's main by-product for beer industry, beer residue, such as lignocellulosic fibers, for the production of composites.In thea first phase of this work, two types of beer residues with different origins were characterized: Praxis beer residue and Super Bock beer residue. It was found that depending on the origin of the beer produced, there is a quantitative variation in the composition of the beer residue.Lignocellulosic fibers can provide reinforcement to reinforce composites, and therefore composites with various polymeric and biopolymeric matrices reinforced with beer residue have been studied. The matrices used in the composites are recycled low-density polyethylene, polybutylene adipate co-terephthalate with thermoplastic starch, polylactic acid and polybutylene succinate, and the influence of the addition of various proportions of beer residue on the physicochemical properties of the composite is was studied. The matrix and the reinforcement are main components of the composites, and the performance of the composite depends on the interaction between them, and to ensure good adhesion and ensure compatibility, the addition of a green coupling agent based on used cooking oil was evaluated. To study the properties of the composites, analyzes of torque rheometry, mechanical tensile tests were carried out, where the tensile strength, deformation at break and Young's modulus were obtained, as well as absorption and solubility water tests. The results reveal that composites with different matrices have different interactions with fibers. The improvement by adding the green coupling agent is seenwas observed in the composites of with recycled low density polyethylene, polyethylene, polylactic acid and PBS