CHARACTERIZATION AND EVALUATION OF SUGARCANE BAGASSE ASH FOR APPLICATION AS A FILLER IN POLYMER COMPOSITES

Abstract

Objective: The study aimed to characterize sugarcane bagasse ash (SCBA) regarding its chemical, physicochemical, thermal, structural, crystalline, and morphological properties, in order to evaluate its potential application as a mineral filler in polymer composites. Theoretical Framework: The literature highlights the relevance of agro-industrial residues as an alternative source of mineral fillers in polymers, mainly due to their availability, low cost, and sustainability aspects. SCBA is recognized for its high silica content, as well as metallic oxides that can influence mechanical and thermal properties (Barrera et al., 2021). Method: SCBA characterization was conducted using various techniques. Chemical composition was determined by XRF, while thermal stability was assessed by TGA. FTIR was employed to identify functional groups, and XRD determined the crystalline phases and degree of crystallinity of the material. Finally, particle morphology was examined using SEM. Results and Discussion: The results indicated that SCBA has a chemical composition dominated by SiO₂, followed by K₂O, Fe₂O₃, and CaO, with no toxic elements detected. Thermal analysis demonstrated high stability, while FTIR confirmed the predominance of silica. XRD revealed a crystallinity degree of 50.26%. SEM micrographs showed fibrous, rough, and porous particles, with preserved biomass structures, favoring dispersion and interfacial adhesion in polymer matrices. Overall, these results reinforce the feasibility of SCBA as an alternative mineral filler in sustainable composites. Research Implications: The findings confirm that SCBA exhibits chemical, structural, and morphological characteristics compatible with its use as a polymer filler. Its thermal stability and high silica content underscore its potential for developing sustainable materials with enhanced properties. Originality/Value: This work contributes to expanding knowledge on the use of SCBA as an alternative mineral filler, integrating different characterization techniques. Its originality lies in demonstrating its technical potential while aligning innovation, cost-effectiveness, and reduction of environmental impacts.

Alternate abstract:

Objetivo: O estudo teve como objetivo caracterizar a cinza de bagaço de cana-de-açúcar (CBC) quanto às suas propriedades químicas, físico-químicas, térmicas, estruturais, cristalinas e morfológicas, de modo a avaliar seu potencial de aplicação como carga mineral em compósitos poliméricos. Referencial Teórico: A literatura destaca a relevância de resíduos agroindustriais como fonte alternativa de cargas minerais em polímeros, principalmente pela disponibilidade, baixo custo e viés sustentável. A CBC é reconhecida por apresentar alto teor de sílica, além de óxidos metálicos que podem influenciar propriedades mecânicas e térmicas (Barrera et al., 2021). Método: A caracterização da CBC foi conduzida por diferentes técnicas. A composição química foi determinada por FRX, enquanto a estabilidade térmica foi avaliada por TGA. A técnica de FTIR permitiu a identificação de grupos funcionais, e determinou por DRX as fases cristalinas e o grau de cristalinidade do material. Por fim, a morfologia das partículas foi examinada por MEV. Resultados e Discussão: Os resultados indicaram que a CBC possui composição química dominada por SiO₂, seguida por K₂O, Fe₂O₃ e CaO, sem a presença de elementos tóxicos. A análise térmica mostrou elevada estabilidade, enquanto a FTIR confirmou a predominância de sílica. O DRX revelou um grau de cristalinidade de 50,26%. As micrografias de MEV evidenciaram partículas fibrosas, rugosas e porosas, com preservação de estruturas da biomassa, o que favorece a dispersão e a adesão interfacial em matrizes poliméricas. Em conjunto, esses resultados reforçam a viabilidade da CBC como carga mineral alternativa em compósitos sustentáveis. Implicações da Pesquisa: Os resultados confirmam que a CBC apresenta características químicas, estruturais e morfológicas compatíveis com seu uso como carga em polímeros. Sua estabilidade térmica e elevado teor de sílica reforçam o potencial para desenvolvimento de materiais sustentáveis e com propriedades melhoradas. Originalidade/Valor: O trabalho contribui para ampliar o conhecimento sobre o uso da CBC como carga mineral alternativa, integrando diferentes técnicas de caracterização. Sua originalidade está em evidenciar o potencial técnico, alinhando inovação, economia e redução de impactos ambientais.

Alternate abstract:

Objetivo: El estudio tuvo como objetivo caracterizar la ceniza de bagazo de caña de azúcar (CBC) en cuanto a sus propiedades químicas, fisicoquímicas, térmicas, estructurales, cristalinas y morfológicas, con el fin de evaluar su potencial aplicación como relleno mineral en compósitos poliméricos. Marco Teórico: La literatura destaca la relevancia de los residuos agroindustriales como fuente alternativa de rellenos minerales en polímeros, principalmente por su disponibilidad, bajo costo y carácter sostenible. La CBC se reconoce por su alto contenido de sílice, así como por óxidos metálicos que pueden influir en las propiedades mecánicas y térmicas (Barrera et al., 2021). Método: La caracterización de la CBC se realizó mediante diversas técnicas. La composición química se determinó por FRX, mientras que la estabilidad térmica se evaluó mediante TGA. La técnica de FTIR permitió la identificación de grupos funcionales, y por DRX se determinaron las fases cristalinas y el grado de cristalinidad del material. Por último, la morfología de las partículas se examinó mediante SEM. Resultados y Discusión: Los resultados indicaron que la CBC posee una composición química dominada por SiO₂, seguida de K₂O, Fe₂O₃ y CaO, sin presencia de elementos tóxicos. El análisis térmico mostró alta estabilidad, mientras que FTIR confirmó la predominancia de sílice. DRX reveló un grado de cristalinidad del 50,26%. Las micrografías de SEM mostraron partículas fibrosas, rugosas y porosas, con preservación de estructuras de la biomasa, lo que favorece la dispersión y adhesión interfacial en matrices poliméricas. En conjunto, estos resultados refuerzan la viabilidad de la CBC como relleno mineral alternativo en compósitos sostenibles. Implicaciones de la Investigación: Los resultados confirman que la CBC presenta características químicas, estructurales y morfológicas compatibles con su uso como relleno en polímeros. Su estabilidad térmica y alto contenido de sílice refuerzan el potencial para el desarrollo de materiales sostenibles con propiedades mejoradas. Originalidad/Valor: Este trabajo contribuye a ampliar el conocimiento sobre el uso de la CBC como relleno mineral alternativo, integrando diferentes técnicas de caracterización. Su originalidad radica en evidenciar su potencial técnico, alineando innovación, economía y reducción de impactos ambientales.