ESTUDO DO EFEITO DO USO DE AGENTE … · A introdução de cargas minerais no polímero provoca uma...
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ESTUDO DO EFEITO DO USO DE AGENTE COMPATIBILIZANTE EM COMPÓSITOS DE PEAD REFORÇADOS COM CARGA VEGETAL E MINERAL Karine Grison, Lisete Scienza, Ademir J. Zattera Laboratório de Polímeros (LPOL) – Centro de Ciências Exatas e Tecnológicas (CCET) – Universidade de Caxias do Sul - UCS Introdução Tabela 1 :Formulações utilizadas para os diferentes compósitos. Tabela 2 – Propriedades mecânicas dos compósitos. Figura 2: micrografia MEV de (a) Compósito A10 e (b) Compósito A12 -Matriz polimérica: Polietileno de alta densidade (PEAD), grade ES-6004, fornecido pela BRASKEM. -Agente compatibilizante: Polietileno de alta densidade graftizado com anidrido maleico (PEADgMA), grade Polybond 3029, fornecido pela Chemtura. - Agentes de reforço: -Pó de madeira de Pinus (Pinus taeda), cedido por uma madeireira de Caxias do Sul. -Alumina calcinada A-2, fornecida pela ALCOA. Desenvolvimento de compósitos termoplásticos de Polietileno de alta densidade (PEAD) reforçados com carga vegetal (pó de madeira) e carga mineral (alumina) com e sem o uso de agente de acoplamento anidrido maleico e análise das propriedades mecânicas e morfológicas dos compósitos produzidos. Componentes Compósitos A6 A8 A10 A12 PEAD 89% 91% 79% 81% Pó de madeira 0% 0% 19% 19% Alumina 9% 9% 0% 0% PEADgMA 2% 0% 2% 0% Propriedades mecânicas FORMULAÇÕES A6 PEAD + 9% Alumina + 2% AM A8 PEAD + 9% Alumina + 0% AM A10 PEAD + 19% Pinus + 2% AM A12 PEAD + 19% Pinus + 0% AM Resistência Flexão (MPa) 17,33 19,62 28,4 26,04 Módulo elástico (MPa) 697,1 892,1 1418 1551 Deformação máxima (%) 6,72 6,44 6,47 6,27 Resistência Tração (MPa) 23,3 22,4 28,5 23,9 Módulo elástico (MPa) 573,5 562,3 760,1 769,1 Tensão ruptura (MPa) 7,6 8,3 22,8 17,3 Resistência ao Impacto (J/m) 154,9 112,7 99,4 110,4 Os resultados para as propriedades mecânicas de resistência à flexão, tração e impacto dos compósitos são apresentados na Tabela 2: Para as amostras A6 e A8 não houve alterações significativas nos resultados para flexão e tração o que evidencia a falta de interação entre a matriz polimérica e o agente compatibilizante selecionado para uso. Esse comportamento, provavelmente está relacionado com a composição do material, sem sofrer grandes influências da presença do agente compatibilizante. Para as amostras A10 e A12 houve melhor resultado quando usado o agente compatibilizante, que proporcionou melhor interação interfacial através de ligações químicas entre matriz e fibra vegetal, corroborando os ensaios de MEV. Os resultados obtidos nas propriedades mecânicas para as formulações de compósitos com pó de madeira indicam a boa interação obtida na interface polímero e carga vegetal utilizando agente compatibilizante, o que pode ser observado nas micrografias. Nos compósitos produzidos com carga mineral não obteve-se diferenças significativas nas propriedades com a utilização do agente compatibilizante. Uma maior interação interfacial entre carga mineral e polímero pode ser obtida com o uso de um agente compatibilizante específico para os mesmos. Corte com machado Corte serra-fita Moagem Classificador granulométrico Classificador granulométrico Extrusão Dupla-rosca Moldagem por Injeção Corpos de prova Ensaios Estufa 24h - 80 °C Microscopia eletrônica de varredura- MEV Resistência à flexão, tração e impacto Na Fig. 2(A) observa-se a interação interfacial ocorrida entre a base polimérica e as fibras de madeira para o compósito A10, com ausência de espaços vazios entre fibra/polímero. A forma como o polímero envolve a fibra sugere a funcionalização proporcionada pelo anidrido maleico. Na Fig. 2(B) observa-se o espaço vazio entre a fibra e a matriz polimérica no compósito A12, onde não houve o uso de agente compatibilizante para melhor interação entre os dois. 1. L.B.T. Antonio . Aplicações de cargas minerais em polímeros, São Paulo, 2007. 2. M. Jawaid; H.P.S. Abdul Khalil. Carbohydr . Polym., 2011, 86, 1-18. 3. M.C. Geraldo; C.R. Mirabel; V.D. Maurício; F.M.A. Sérgio. Polímeros, 2012, vol. 22, nº1, 41-53. 4. H. Mei-po; W. Hao; L. Joong-Hee; H. Chun-kit; L. Kin-tak; L. Jinsong; H. David. Composites: Part B, 2012, 43, 3549-3562. 5. Paul, S. A.; Boudenne, A.; Ibos, L.; Candau, Y.; Joseph, K.; Thomas, S. Composites: Part A, 2008, 39, 1582-1588. 6. LU, J. Z.; WU, Q.; NEGULESCU, I. I.; . Journal of Applied Polymer Science, v. 96,p. 93–102, 2005. A Figura 2 apresenta a morfologia dos compósitos produzidos com fibras de madeira. A introdução de cargas minerais no polímero provoca uma série de mudanças as quais irão caracterizar o compósito formado, o qual apresenta propriedades decorrentes do tipo de interação com a fase polimérica. [1] Cargas vegetais, como pó de madeira, tem tido cada vez mais aceitação no desenvolvimento de compósitos devido as suas boas propriedades mecânicas, baixo custo e facilidade de processamento. De um modo geral ocorre uma pobre interação entre a matriz e as cargas vegetais ou minerais devido à natureza apolar e polar, respectivamente, dos dois componentes. Assim, utilizam-se alternativas como pré-tratamento da carga vegetal com hidróxido de sódio, por exemplo, ou o uso de agente compatibilizante para promover uma melhor adesão entre as fases. [2,3,4,5] TAÍS CAROLINE TURELLA (PIBIC/CNPq) Objetivo Materiais e Métodos Resultados e Discussão Conclusão Referências Os resultados para as propriedades mecânicas de resistência à tração são apresentados no gráfico a seguir: O aumento de resistência à tração observado na amostra A10 (PEAD/carga vegetal/agente compatibilizante) em relação à amostra A12 não compatibilizada, indicam uma melhor transferência de tensão da matriz para o reforço celulósico na interface decorrente de interações químicas entre os grupos anidrido e as hidroxilas da celulose na interface polímero-madeira.[6]
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ESTUDO DO EFEITO DO USO DE AGENTE COMPATIBILIZANTE EM COMPÓSITOS DE PEAD REFORÇADOS COM CARGA VEGETAL E MINERAL
Karine Grison, Lisete Scienza, Ademir J. Zattera
Laboratório de Polímeros (LPOL) – Centro de Ciências Exatas e Tecnológicas (CCET) – Universidade de Caxias do Sul - UCS
Introdução
Tabela 1 :Formulações utilizadas para os diferentes compósitos.
Tabela 2 – Propriedades mecânicas dos compósitos.
Figura 2: micrografia MEV de (a) Compósito A10 e (b) Compósito A12
-Matriz polimérica: Polietileno de alta densidade (PEAD), grade ES-6004, fornecido pela BRASKEM. -Agente compatibilizante: Polietileno de alta densidade graftizado com anidrido maleico (PEADgMA), grade Polybond 3029, fornecido pela Chemtura. - Agentes de reforço: -Pó de madeira de Pinus (Pinus taeda), cedido por uma madeireira de Caxias do Sul. -Alumina calcinada A-2, fornecida pela ALCOA.
Desenvolvimento de compósitos termoplásticos de Polietileno de alta densidade (PEAD) reforçados com carga vegetal (pó de madeira) e carga mineral (alumina) com e sem o uso de agente de acoplamento anidrido maleico e análise das propriedades mecânicas e morfológicas dos compósitos produzidos.
Componentes Compósitos
A6 A8 A10 A12
PEAD 89% 91% 79% 81%
Pó de
madeira 0% 0% 19% 19%
Alumina 9% 9% 0% 0%
PEADgMA 2% 0% 2% 0%
Propriedades mecânicas
FORMULAÇÕES
A6
PEAD + 9% Alumina
+ 2% AM
A8
PEAD + 9% Alumina
+ 0% AM
A10
PEAD + 19% Pinus +
2% AM
A12
PEAD + 19% Pinus +
0% AM
Resistência Flexão (MPa)
17,33 19,62 28,4 26,04
Módulo elástico (MPa)
697,1 892,1 1418 1551
Deformação máxima (%)
6,72 6,44 6,47 6,27
Resistência Tração (MPa)
23,3 22,4 28,5 23,9
Módulo elástico (MPa)
573,5 562,3 760,1 769,1
Tensão ruptura (MPa)
7,6 8,3 22,8 17,3
Resistência ao Impacto (J/m)
154,9 112,7 99,4 110,4
Os resultados para as propriedades mecânicas de resistência à flexão, tração e impacto dos compósitos são apresentados na Tabela 2:
Para as amostras A6 e A8 não houve alterações significativas nos resultados para flexão e tração o que evidencia a falta de interação entre a matriz polimérica e o agente compatibilizante selecionado para uso. Esse comportamento, provavelmente está relacionado com a composição do material, sem sofrer grandes influências da presença do agente compatibilizante. Para as amostras A10 e A12 houve melhor resultado quando usado o agente compatibilizante, que proporcionou melhor interação interfacial através de ligações químicas entre matriz e fibra vegetal, corroborando os ensaios de MEV.
Os resultados obtidos nas propriedades mecânicas para as formulações de compósitos com pó de madeira indicam a boa interação obtida na interface polímero e carga vegetal utilizando agente compatibilizante, o que pode ser observado nas micrografias. Nos compósitos produzidos com carga mineral não obteve-se diferenças significativas nas propriedades com a utilização do agente compatibilizante. Uma maior interação interfacial entre carga mineral e polímero pode ser obtida com o uso de um agente compatibilizante específico para os mesmos.
Corte com machado
Corte serra-fita
Moagem
Classificador granulométrico
Classificador granulométrico
Extrusão
Dupla-rosca
Moldagem por Injeção
Corpos de prova
Ensaios
Estufa 24h - 80 °C
Microscopia eletrônica de varredura- MEV
Resistência à flexão, tração e impacto
Na Fig. 2(A) observa-se a interação interfacial ocorrida entre a base polimérica e as fibras de madeira para o compósito A10, com ausência de espaços vazios entre fibra/polímero. A forma como o polímero envolve a fibra sugere a funcionalização proporcionada pelo anidrido maleico. Na Fig. 2(B) observa-se o espaço vazio entre a fibra e a matriz polimérica no compósito A12, onde não houve o uso de agente compatibilizante para melhor interação entre os dois.
1. L.B.T. Antonio . Aplicações de cargas minerais em polímeros, São Paulo, 2007. 2. M. Jawaid; H.P.S. Abdul Khalil. Carbohydr . Polym., 2011, 86, 1-18. 3. M.C. Geraldo; C.R. Mirabel; V.D. Maurício; F.M.A. Sérgio. Polímeros, 2012, vol. 22, nº1, 41-53. 4. H. Mei-po; W. Hao; L. Joong-Hee; H. Chun-kit; L. Kin-tak; L. Jinsong; H. David. Composites: Part B, 2012, 43, 3549-3562. 5. Paul, S. A.; Boudenne, A.; Ibos, L.; Candau, Y.; Joseph, K.; Thomas, S. Composites: Part A, 2008, 39, 1582-1588. 6. LU, J. Z.; WU, Q.; NEGULESCU, I. I.; . Journal of Applied Polymer Science, v. 96,p. 93–102, 2005.
A Figura 2 apresenta a morfologia dos compósitos produzidos com fibras de
madeira.
A introdução de cargas minerais no polímero provoca uma série de mudanças as quais irão caracterizar o compósito formado, o qual apresenta propriedades decorrentes do tipo de interação com a fase polimérica. [1] Cargas vegetais, como pó de madeira, tem tido cada vez mais aceitação no desenvolvimento de compósitos devido as suas boas propriedades mecânicas, baixo custo e facilidade de processamento. De um modo geral ocorre uma pobre interação entre a matriz e as cargas vegetais ou minerais devido à natureza apolar e polar, respectivamente, dos dois componentes. Assim, utilizam-se alternativas como pré-tratamento da carga vegetal com hidróxido de sódio, por exemplo, ou o uso de agente compatibilizante para promover uma melhor adesão entre as fases. [2,3,4,5]
TAÍS CAROLINE TURELLA (PIBIC/CNPq)
Objetivo
Materiais e Métodos
Resultados e Discussão
Conclusão
Referências
Os resultados para as propriedades mecânicas de resistência à tração são apresentados no gráfico a seguir:
O aumento de resistência à tração observado na amostra A10 (PEAD/carga vegetal/agente compatibilizante) em relação à amostra A12 não compatibilizada, indicam uma melhor transferência de tensão da matriz para o reforço celulósico na interface decorrente de interações químicas entre os grupos anidrido e as hidroxilas da celulose na interface polímero-madeira.[6]
