Utilização de reforço lignocelulósico em polietileno de alta densidade

UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ PIPE - Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciência dos Materiais Setor de Tecnologia

PATRICIA DO ROCIO NADOLNY

UTILIZAÇÃO DE REFORÇO LIGNOCELULÓSICO EM POLIETILENO DE ALTA DENSIDADE.

Dissertação apresentada como requisito à obtenção de grau de Mestre. Área de concentração: Engenharia e Ciência dos Materiais, Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciência dos Materiais - PIPE. Setor de Tecnologia, Universidade Federal do Paraná. Orientador(a): Profª Thais Sydenstricker Flores Sahagun.

Curitiba 2013

1

SUMÁRIO

LISTA DE FIGURAS..........................................................................................3

LISTA DE TABELAS..........................................................................................6

LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS............................................................7

RESUMO............................................................................................................8

ABSTRACT........................................................................................................9

1. INTRODUÇÃO..............................................................................................10

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA.........................................................................11

2.1.POLÍMEROS...............................................................................................18

2.2.POLIETILENO.............................................................................................19

2.2.1.Polietileno de Baixa Densidade...........................................................20

2.2.2.Polietileno de Alta Densidade..............................................................20

2.2.3.Processo Zeigler..................................................................................22

2.2.4.Processo Phillips.................................................................................22

2.2.5.Processo Utilizando Metaloceno.........................................................23

2.2.3.FARINHA DE MADEIRA..........................................................................23

2.2.4.COMPÓSITOS..........................................................................................25

2.2.4.1.Compósitos de Madeira Plástica......................................................27

3. MATERIAIS E MÉTODOS............................................................................30

3.1 – MATERIAIS..............................................................................................30

3.1.1. Farinha de Madeira..................................................................................30 3.1.2. Polietileno de Alta Densidade Reciclado............................................31

3.1.3. Agente Compatibilizante.....................................................................31

3.1.4. Lubrificante.........................................................................................32

3.1.5. Carga Mineral.....................................................................................32

3.2 – MÉTODOS................................................................................................33

3.2.1. Análise do PEAD Reciclado...............................................................33

3.2.1.1.Determinação do Índice de Fluidez............................................33

3.2.2.Determinação do Teor de Cinzas........................................................34

3.2.3.Determinação do Teor de Umidade....................................................35

2

3.2.4.Compósito Polimérico, reforçado com fibra vegetal, Com e Sem

Compatibilizante...........................................................................................36

3.2.5.Preparação dos grânulos de Compósito com Reforço de Pinus, Coco

e Eucalipto....................................................................................................36

3.2.6.Conformação do Produto Final............................................................38

3.2.7.Performance do Produto Final.............................................................38

3.2.8. Absorção de Água..............................................................................38

3.2.9. Resistência à Flexão..........................................................................39

3.2.10. Resistência à Compressão...............................................................40

3.2.11. Arranque de Parafuso .....................................................................40

3.2.12. Coeficiente de Dilatação Térmica.....................................................41

3.2.13. Densidade........................................................................................42

3.2.14. Dureza Shore...................................................................................43

4. RESULTADOS..............................................................................................43

4.1.Formulações com Agente Compatibilizante...........................................43

4.2.Propriedades dos Peletes de Compósito Polimérico.............................44

4.3.Avaliação das Propriedades do Produto Final.......................................46

5.CONCLUSÕES..............................................................................................60

6. SUGESTÕES.................................................................................................62

7.REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS..............................................................63

3

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 – Funcionalização do PP com Anidrido Maleico..........................13

Figura 2 – Interação do PPMA na interface do compósito contendo fibras

lignocelulósicas..............................................................................................14

Figura 3 – Interação do silano com fibras naturais através do processo de

hidrólise...........................................................................................................15

Figura 4 – Estrutura química dos cinco homopolímeros mais produzidos

no Brasil............................................................................................................18

Figura 5 - Representações esquemáticas de diversas características

geométricas e espaciais das partículas da fase dispersa que podem

influenciar as propriedades de compósito...................................................26

Figura 6 - Ponte de WPC para passagens de pedestres e carrinhos de

golf....................................................................................................................29

Figura 7 – Pergolados.....................................................................................29

Figura 8 - Banco de Madeira plástica.............................................................29

Figura 9 - Muros de Madeira Plástica.............................................................29

Figura 10 - Deck Modular de Madeira Plástica..............................................29

Figura 11 - Deck de Madeira Plástica.............................................................29

Figura 12 – Passarelas....................................................................................29

Figura 13 - Passarelas Ecológicas.................................................................29

Figura 14 – Farinha de Pinus..........................................................................30

Figura 15 – Farinha de Coco...........................................................................30

Figura 16 – Farinha de Eucalipto....................................................................31

Figura 17 – PEAD Reciclado...........................................................................31

Figura 18 – Plastômetro utilizado para as medições de índices de

fluidez................................................................................................................33

Figura 19 – Mufla para determinação do teor de cinzas..............................34

4

Figura 20 a – Determinador de Umidade.......................................................35

Figura 20 b – Interior do Determinador de Umidade....................................35

Figura 21 – Misturador para Pré-Homogenização do Material....................36

Figura 22 – Extrusora Dupla Rosca Co-Rotante...........................................37

Figura 23 – Compósito com Reforço de Pinus.............................................37

Figura 24 – Compósito com Reforço de Coco..............................................37

Figura 25 – Compósito com Reforço de Eucalipto.......................................37

Figura 26 – Compósito com Agente de Acoplamento..................................38

Figura 27- Compósito sem Agente de Acoplamento....................................38

Figura 28 – Extrusora de Perfil.......................................................................38

Figura 29 – Ensaio de Flexão..........................................................................40

Figura 30 – Ensaio de Compressão...............................................................40

Figura 31 – Ensaio de Arranque de Parafuso...............................................41

Figura 32 – Estufa para realização do Ensaio do Coeficiente de Dilatação

Térmica Linear.................................................................................................42

Figura 33 – Kit Hidrostátivo Utilizado para Avaliação da Densidade.........42

Figura 34 – Durômetro.....................................................................................43

Figura 35 – Gráfico relacionando o índice de fluidez das formulações com

diferentes fibras de reforço ao PEAD............................................................45

Figura 36 – Corpos de Prova do Produto Final.............................................46

Figura 37 – Absorção de água dos diferentes compósitos

...........................................................................................................................48

Figura 38 – índice de fluidez dos diferentes compósitos............................48

Figura 39 – Comparativo dos grãos com e sem compatibilizante..............49

Figura 39 – Gráfico de absorção de água.....................................................48

Figura 40 – Gráfico de Absorção de Água....................................................50

Figura 41 – Gráfico da resistência à flexão e à compressão das

formulações, com pinus, sem e com PPMA..................................................50

Figura 42 – Gráfico de Arranque de parafuso ..............................................51

Figura 43 – Dureza Shore D do material.......................................................52

5

Figura 44 – Gráfico da dilatação térmica linear............................................52

Figura 45 – Gráfico da resistência à flexão ..................................................54

Figura 46 – Gráfico de resistência à compressão .......................................54

Figura 47 – FPIN_1 MO do Compósito com fibra de pinus com PPMA......55

Figura 48 – FEUC_1 MO do Compósito com fibra de eucalipto com

PPMA.................................................................................................................55

Figura 49 – FCOC_1 MO do Compósito com fibra de coco com PPMA.....56

Figura 50 – FPIN_2 MO do Compósito com fibra de pinus sem PPMA......56

Figura 51 – MO Farinha de Pinus ..................................................................57

Figura 51 a – Tamanho da Farinha de Pinus ................................................57

Figura 52 – MO Farinha de Eucalipto.............................................................58

Figura 52 a – Tamanho da Farinha de Eucalipto .........................................58

Figura 53 – MO Farinha de Coco ...................................................................59

Figura 53 a – Tamanho da Farinha de Coco .................................................59

6

LISTA DE TABELAS

TABELA 1. Propriedades das fibras vegetais comparadas com a fibra de vidro .................................................................................................................................. 24

TABELA 2. Propriedades físicas das farinhas de madeira. ...................................... 30

TABELA 3. Propriedades do agente compatibilizante .............................................. 32

TABELA 4. Propriedades do lubrificante. ................................................................. 32

TABELA 5. Propriedades da carga mineral. ............................................................. 32

TABELA 6. Formulações com agente compatibilizante e diferentes fibras

vegetais. .................................................................................................................... 44

TABELA 7. Propriedades das formulações de compósito polimérico com

diferentes fibras vegetais e com utilização de agente de compatibilizante. .............. 44

TABELA 8. Resultados no produto final ................................................................... 47

7

LISTA DE ABREVIATURAS

PEAD Polietileno de Alta Densidade

PE Polietileno

PEBD Polietileno de Baixa Densidade

PELBD Polietileno Lienar de Baixa Densidade

PP Polipropileno

PPMA Polipropileno-g-anidrido maleico

PVC Poli(cloreto de vinila)

ANSI American National Standards Institute

PS Poliestireno

PET Poli(tereftalato de etileno)

ISO International Organization for Standardization

ASTM American Standard Test Method

MO Microscopia Óptica

Tg Temperatura de Transição Vítrea

Tm Temperatura de Fusão Cristalina

WPC Compósitos de Plástico-Madeira

8

RESUMO

O presente trabalho teve como objetivo verificar o comportamento de materiais

compósitos preparados com matriz de polietileno de alta densidade - PEAD

reciclado, reforçado por diferentes fibras lignocelulósicas buscando o

aproveitamento de materiais para gerar produtos de alto valor agregado para

aplicações na área da construção civil e arquitetura. Foi utilizado um

compatibilizante comercial, o polipropileno maleatado, a fim de melhorar a

adesão da interface fibra lignocelulósica (pinus, coco ou eucalipto)/matriz. Os

resultados obtidos mostraram-se satisfatórios quanto à utilização de PEAD

reciclado e resíduos de serrarias para fabricação de produtos denominados

“Madeira Plástica” (WPC). Os ensaios realizados apresentaram diferenças nas

propriedades mecânicas nos materiais compósitos preparados com as

diferentes fibras vegetais testadas. A fibra de eucalipto foi a que apresentou os

melhores resultados para os ensaios de absorção de água, tensão no teste de

resistência à flexão e tensão na resistência à compressão. A avaliação da

efetividade do compatibilizante nas formulações de WPC mostrou que não

houve um ganho expressivo em relação às propriedades mecânicas, indicando

que o uso desse produto deve ser racional por ser um produto de alto custo, no

entanto, quando utilizado em percentuais adequados e com a mesma matriz do

compósito, o compatibilizante pode ser um componente de alto desempenho

para adesão a farinha de madeira / matriz.

9

ABSTRACT

The aim of this work was to verify the behavior of composite materials prepared

with a recycled high density polyethylene (HDPE) reinforced with different

lignocellulosic fibers looking forward to produce high aggregate value products

for applications in the fields of construction and architecture.It was used a

commercial compatibilizer, maleated polypropylene, in order to improve the

adhesion of the interface lignocellulosic fiber (pine, coconut or

eucalyptus)/matrix. The results were satisfactory concerning the use of recycled

HDPE and sawmills residues to produce the so called “Plastic Wood” (WPC).

The tests showed differences in mechanical properties for composites prepared

with the different vegetable fibers tested. The eucalyptus fiber showed the best

results for tests of water absorption, flexural strength and compressive strength.

The evaluation of the effectiveness of the compatibilizer in the WPC

formulations showed that there was no significant gain in relation to the

mechanical properties, indicating that the use of this product must be rational

because of its high cost. However, when used in appropriate percentages and

the same matriz of composites, compatibilizer may be a component of high

performance adhesion to wood/matrix.

10

1 - INTRODUÇÃO

É crescente o interesse na utilização de reforços lignocelulósicos em

compósitos. As vantagens em se utilizar esses reforços estão relacionadas às

características das fibras vegetais, tais como: baixos custos, aumento nas

propriedades mecânicas, facilidade de serem facilmente modificadas na

presença de agentes químicos, além de serem de fontes renováveis. Nos

últimos anos tem surgido um grande interesse mundial no desenvolvimento de

tecnologias “verdes” que possibilitem a utilização de produtos com menor

impacto ambiental. A elevada disponibilidade de fibras lignocelulósicas,

somada à necessidade de fontes renováveis ou reaproveitadas para a

produção de materiais poliméricos, abre uma grande oportunidade para

avanços tecnológicos que agreguem valor principalmente aos resíduos de

materiais lignocelulósicos e polímeros reciclados. O objetivo desta pesquisa é

identificar os benefícios mecânicos da utilização de diferentes fibras vegetais

(fibras de pinus, eucalipto ou coco) incorporadas ao polietileno de alta

densidade – PEAD reciclado e caracterizar os compósitos produzidos. A

indústria de transformação tem desenvolvido uma grande variedade de novos

produtos plásticos que tem substituído cada vez mais outros materiais, devido

ao crescimento do setor e às vantagens dos materiais poliméricos. Os

resultados de testes em compósitos poliméricos com reforço lignocelulósico

demonstram que o produto, denominado de madeira plástica (WPC), pode ser

facilmente aplicado na Construção Civil e Arquitetura com o objetivo de

substituir a madeira convencional na aplicação de decks de piscina, por se

tratar de um produto que possui melhor custo/benefício devido às

características tais como resistência maior à água, leveza, resistência às

intempéries, baixa manutenção e alta durabilidade.

11

2 - REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

A utilização de farinha ou fibra de madeira como carga em

termoplásticos já é conhecida desde a década de 70 pela indústria

automobilística que aplica em seus produtos compósitos de polipropileno/

farinha de madeira, conhecidos no mercado como woodstock. Nos EUA e na

Europa já existe uma legislação específica que limita a queima indiscriminada

de derivados celulósicos, principalmente papel e madeira, o que acabou

incentivando a busca por alternativas para o reaproveitamento desses

resíduos. A geração de resíduos no setor madereiro é inevitável e várias

alternativas para a sua utilização têm sido testadas. Uma das alternativas para

o uso desses resíduos da indústria madeireira é a produção de compósito

plástico-madeira. Segundo os autores KOENING e SYPKENS (2002), os

compósitos plástico-madeira começaram a ser desenvolvidos na Europa e

estão sendo produzidos nos Estados Unidos ha décadas.

Nos últimos tempos, as fibras vegetais estão se tornando alternativas

econômicas e ecológicas para o uso como reforços ou cargas em plásticos. As

vantagens da aplicação de materiais lignocelulósicos como reforço em

compósitos poliméricos são: a baixa densidade; a baixa abrasividade aos

moldes e aos equipamentos e o baixo custo. [KOENING e SYPKENS, 2002].

Pesquisadores têm investigado o efeito da interação plástico-madeira

além do uso de compatibilizantes e de diferentes processos de fabricação nas

propriedades mecânicas dos compósitos plástico-madeira. Apesar das fibras

vegetais apresentarem vantagens em relação ao seu uso como reforço de

matrizes poliméricas, as fibras polares, possuem baixa compatibilidade com

matrizes poliméricas não polares, tais como polipropileno - PP, e Polietilenos,

PE.[YANJUN, X. et al., 2010].

As poliolefinas maleatadas são os materiais mais utilizados como

compatibilizantes de compósitos reforçados por fibras naturais. O anidrido

maléico é utilizado para modificar a poliolefina, tornando-a mais polar e assim,

promovendo uma melhor adesão interfacial entre a matriz e a fibra com

consequente melhora nas propriedades mecânicas. As poliolefinas maleatadas

possuem dois tipos de grupos funcionais, um deles é o da poliolefina, capaz de

formar emaranhamentos com a matriz polimérica do compósito e o outro, o do

12

anidrido maleico, quando graftizado à poliolefina, é capaz de reagir fortemente,

através da formação de ligações covalentes, com a fibra da celulose nas

temperaturas utilizadas no processo de extrusão. A interação covalente ocorre

com os grupos hidroxilas da celulose e resulta na formação de um éster de

celulose livre de ácido, ligados à cadeia polimérica. A estrutura é mais dispersa

na matriz polimérica quando comparada com a fibra de celulose não

modificada. [KLYOSOV, 2010; FARUK, O. et al., 2012]

As poliolefinas maleatadas são normalmente, feitas por enxerto

(graftização) de anidrido maleico no polímero, através do uso de peróxidos que

geram radicais livres, resultando em 1-6% p/p de grupos succínicos

covalentemente ligado. [KLYOSOV,2007]

Para ocorrer a funcionalização do PP com anidrido maleico é necessária

a formação de radicais livres pela decomposição do peróxido, iniciador da

reação. O iniciador ataca o átomo de hidrogênio presente no carbono terciário

da cadeia polimérica, levando à formação de macroradicais. Na presença de

um monômero funcional como anidrido maleico, pode ocorrer uma inserção,

formando um grupo funcional pendente na cadeia polimérica. Paralelamente, a

formação do macroradical pode ocasionar quebra de uma ligação, resultando

na diminuição da massa molar e permitindo gerar uma quantidade significativa

de polímero contendo grupos anidridos terminais na estrutura. Pesquisas

mostram que quanto maior o grau de funcionalização, menor a massa molar,

indicando que a quebra da cadeia e a presença de grupos anidridos terminais

no final da cadeia é mais frequente. [NACHTIGALL, 1999; MORESCO, 2009]

13

Figura1 – Funcionalização do PP com Anidrido Maleico.

Fonte: BARBOZA, A.C.R.N., De Paoli, M.A. – Polipropileno carregado com microesferas ocas de vidro, 2002.

Os grupos funcionais do anidrido maleico presentes no polímero

modificado, o polipropileno maleatado - PPMA, são aptos a interagir fortemente

com os grupos hidroxila presentes na superfície dos materiais lignocelulósicos,

enquanto a longa cadeia provinda do PP se difunde na matriz polimérica

apolar, melhorando a adesão da interface carga/matriz e formando

entrelaçamentos entre as longas moléculas.[DOAN, 2006; MORESCO, 2009]

Com a adição de PPMA, a energia superficial da fase dispersa fica mais

próxima à da matriz, como consequência das interações de hidrogênio (pontes

de hidrogênio) ou formação de ligações covalentes, resultando em uma maior

adesão interfacial, uma maior e melhor transferência de esforços da matriz

para a fase dispersa e um melhor desempenho mecânico desses materiais.

[DOAN, 2006; MORESCO, 2009]

14

Figura 2 – Interação do PPMA na interface de compósitos contendo fibras

lignocelulósicas.Fonte: [DOAN, 2006]

Os silanos, como agentes de acoplamento, têm sido aplicados com êxito

em compósitos poliméricos reforçados por fibra de vidro. A estrutura bifuncional

dos silanos é de interesse também em aplicações de compósitos poliméricos

reforçados por fibras naturais, uma vez que tanto as fibras de vidro quanto as

fibras naturais possuem grupos hidroxilas reativos. [XIE, Y., 2010].

15

Figura 3 – Interação do silano com fibras naturais através do processo de hidrólise.

Fonte: XIE, Y., et al., Silane coupling agents used for natural fiber / polymer composites,

Applied Science and Manufacturing, Vol. 41, ed.7, Julho 2010, pág. 806-819.

YOUNGQUIST (1995), JOSEPH et . al. (1996), MATOSSO (1999) e

COLOM et. AL.(2003), citam que as vantagens na utilização de fibras vegetais

para compósitos poliméricos são: a melhoria do desempenho mecânico dos

plásticos convencionais, a diminuição do impacto ambiental, a reciclabilidade

dos compósitos preparados e o menor custo. A madeira tem ainda a função de

aumentar a rigidez dos compósitos, melhorar as propriedades de usinabilidade

além de ter um custo menor que a resina (SCHUT, 1999). As matérias-primas

(plástico e madeira) em geral são misturadas em uma extrusora, formando os

granulados (YOUNGQUIST, 1995; CLEMONS, 2002), envolvendo nas etapas

seguintes, os processos de extrusão ou injeção das peças a serem produzidas.

Inúmeros trabalhos têm sido publicados com estudos de diferentes fibras

de reforço nos plásticos em geral. Estudos em compósitos poliméricos à base

de PP (Polipropileno), PEAD (Polietileno de alta densidade) e PEBD

16

(Polietileno de baixa densidade) como matrizes de compósitos reforçados por

fibras de Eucalyptus grandis para a fabricação de painéis, apresentaram

melhores resultados em relação aos desempenhos mecânicos nos ensaios de

tração Perpendicular, Arrancamento de Parafuso, Dureza Janka, Absorção de

Água e Inchamento em Espessura, estabelecidos pela norma ANSI/A1-208/93.

Em painéis fabricados com 75% de partículas de madeira e 25% de partículas

de PEAD (Polietileno de Alta Densidade), valores ultrapassaram os valores

mínimos estabelecidos pela norma ANSI/A1-208/93. [Milagres, E.G.; et al.,

2006].

As fibras de sisal possuem elevada resistência ao impacto além de

moderada resistência à tração e flexão quando comparados a compósitos

reforçados por outras fibras vegetais. Estudos realizados por Kuruvilla Joseph

et al (1999)., indicam que o tamanho da fibra em questão impacta diretamente

nos resultados das propriedades do compósito, estabelecendo como

comprimento crítico a faixa de 35-45 mm. A resistência dos compósitos

aumenta com teores de fibra entre 20 e 50% quando se utiliza como matriz o

poliéster. Houve um aumento de 57% da resistência à tração em relação à

matriz com um carregamento de 50% em peso de fibras. No que se refere à

orientação das fibras, a resistência dos compósitos reforçados por fibras longas

unidirecionais foi 10 vezes maior quando testados longitudinalmente.

Fábio Minoru Yamaji e Arnaud Bonduelle (2004) concentraram suas

pesquisas na utilização de serragem, pó de lixa e plásticos reciclados, sem a

utilização de aditivos para produção de compósitos plástico-madeira. Em um

estudo onde foram variadas a concentração de madeira em PEBD, de 10%,

20%, 40% ou 50% em peso, foi observado que é possível a utilização de até

20% de madeira em matriz de PEBD para processamento em extrusora

monorrosca. O pó de lixa, material de menor granulometria foi o que

apresentou a menor densidade nos ensaios, indicando um compósito plástico-

madeira de baixa qualidade por apresentarem inconsistências no produto,

como a separação dos materiais. Constatou-se ainda que a umidade é um fator

determinante para a produção de compósitos pois o processamento com a

formulação de 40% em fibra ficou dificultada pela geração de gases na

extrusora, demonstrando a necessidade na utilização de um sistema de

degasagem no equipamento.

17

Compósitos poliméricos utilizando anidrido maleico e 70% de madeira

em peso apresentaram menor absorção de água e menor variação dimensional

comparado à mesma formulação sem anidrido maleico.[GAO, H., et al., 2012].

Como o PP e o PE não absorvem água, devido às suas características

altamente hidrofóbicas, a absorção de água e inchamento dimensional dos

compósitos são atribuídas às partículas de madeira hidroscópica.[XIE, Y., et al.,

2010; ADHIKARY, K.B., et al., 2008]. Em comparação com a madeira sólida, os

compósitos poliméricos com reforço de madeira possuem menor absorção de

água devido ao encapsulamento das partículas de madeira pelo polímero

utilizado. [WOLCOTT,M.P.,1996.]

A interação entre as fibras de madeira e o polímero pode ser modificada

utilizando agentes de acoplamento para que as propriedades mecânicas sejam

melhoradas em WPC e o aumento da compatibilidade pode ser ainda mais

eficiente com o tratamento químico da fibra [Haque et. al., 2009]. Fibras pré-

tratadas com cloreto de benzeno diazônio apresentaram melhores resultados

mecânicos comparados com os WPC sem tratamento, indicando melhor

interação da fibra-matriz com a utilização do agente de acoplamento. [ISLAM,

Md.s., et. al., 2012].

Avaliações realizadas com painés compostos de PEAD virgem e

reciclado com diferentes partes da palha de arroz, incluindo casca de arroz,

folha de arroz, haste da palha de arroz e palha de arroz, mostraram que os

melhores resultados de impacto apresentados referem-se aos painéis

processados com a casca de arroz e a utilização da resina de PEAD reciclado,

devido à utilização de aditivos durante o processamento. [Yao, F. et al. 2008].

A nanotecnologia apresenta inúmeras possibilidades para melhorar os

biocompósitos como reduzir a biodegradação e a geração de compostos

orgânicos voláteis e até mesmo, resistência à chama. A utilização de celulose

nanocristalina já vem sendo pesquisada para uma variedade de utilizações,

uma vez que é mais resistente que o aço e mais rígida que o alumínio e em

breve, os compósitos reforçados com celulose nanocristalina poderá

proporcionar um aumento no desempenho em ralação à durabilidade, valor

agregado, vida útil, sem deixar de ser uma tecnologia sustentável. [FARUK, O.,

et al., 2012]

18

2.1. POLÍMEROS

Os polímeros são macromoléculas formadas por unidades repetitivas

denominadas monômeros. A palavra polímeros vem do grego poli(muitos) +

meros (iguais) que representa a repetição de um composto químico,

denominado mero. A nomenclatura utilizada para os polímeros usa o

monômero da síntese e não a unidade repetitiva. No caso da nomenclatura do

Polietileno, o etileno (H2C=CH2) é o monômero usado na síntese, apesar da

unidade repetitiva da cadeia polimérica ser [CH2-CH2]n. [PAOLI, 2009].

Os polímeros podem ser inicialmente classificados em homopolímeros e

copolímeros. Homopolímeros são provenientes de uma única unidade repetitiva

monomérica, figura 4, e copolímeros possuem duas ou mais unidades

repetitivas monoméricas diferentes, ou seja, são obtidos usando dois ou mais

co-monômeros. Os homopolímeros podem ser lineares ou ramificados. No

caso do polietileno, o de baixa densidade apresenta um alto teor de

ramificações, o linear de baixa densidade tem um número menor de

ramificações e o de alta densidade é praticamente linear. [PAOLI, 2009].

Figura 4 – Estrutura química dos cinco homopolímeros mais produzidos no Brasil. PE =

Polietileno, PP= Polipropileno, PVC = Poli(cloreto de vinila), PS = Poliestireno e PET = Poli

(tereftalato de etileno).

Fonte: Degradação e Estabilização de Polímeros, Marcos Aurélio de Paoli, 2009.

19

2.2.POLIETILENO

Os polietilenos foram introduzidos inicialmente com o propósito de

compor materiais dielétricos de valor particular de isolamento para alta

freqüência. Com a crescente disponibilidade, o polímero posteriormente

começou a ser usado em plantas químicas e em menor extensão em tubulação

para água. Desde a Segunda Guerra Mundial existe uma considerável e

contínua expansão na produção do polietileno e seus tipos, juntamente com a

crescente competição entre os fabricantes. Essa corrida resultou na produção

de polietilenos de alta, média e baixa densidade produzidos com diferentes

sistemas catalíticos (Ziegler-Natta, metalocênicos) e muitos destes são

vendidos a baixo preço no segmento de materiais plásticos. [BRYDSON, 1999].

O maior volume de plásticos produzidos no mundo é, justamente, o

polietileno, que possui o ponto de temperatura de fusão relativamente baixo

(geralmente, entre 106 e 130ºC) e pode ser produzido em uma ampla

variedade de viscosidade. [KLYOSOV, 2007]

Os polietilenos de alta e média densidade são materiais semicristalinos,

o que significa que em temperaturas ambientes, o polímero é composto por

duas frações distintas, ou fases: cristalinas e amorfas. Em geral, quanto maior

o grau de cristalinidade de um material polimérico, melhores são suas

propriedades em ensaios de tração. [KLYOSOV, 2007]

O polietileno, assim como o polipropileno, o polietileno de alta densidade

possui absorção de umidade próxima a zero (geralmente abaixo de 0,0,2%

após 24 horas imerso em água) e uma alta resistência química, incluindo

ácidos fortes, como o sulfúrico, clorídrico e nítrico. O polietileno possui,

relativamente, uma alta resistência à oxidação, quando comparado a outras

poliolefinas, portanto, requer menores quantidades de antioxidantes tanto para

o processamento, quanto para exposições em ambientes externos. Por outro

lado, o polietileno é bastante flexível e pouco resistente. [KLYOSOV, 2007]. O

polietileno é comumente classificado quanto à sua densidade. Os mais

largamente comercializados são: Polietileno de Baixa Densidade; Polietileno

Linear de Baixa Densidade; Polietileno de Alta Densidade. [GULMINE, 2006].

20

2.2.1.Polietileno de Baixa Densidade – PEBD

O polietileno de baixa densidade - PEBD possui densidade entre 0,915 e

0,935 g/cm3 e é preparado pela polimerização via radicais livres, a altas

temperaturas e pressão. No processo são usados iniciadores, como por

exemplo, peróxido de benzoíla ou oxigênio. O nível de ramificações das

cadeias é obtido com ajustes na pressão e temperatura. [KOWALSKI, 2003].

Diferente da estrutura linear obtida em outros polietilenos (PEAD e

PELBD), o PEBD tem uma estrutura ramificada devido às reações inter e

intramoleculares que ocorrem. Estas ramificações são que dão ao PEBD suas

propriedades distintas de maior flexibilidade e fácil extrusão. Suas aplicações

envolvem a indústria de embalagens para alimentos, agricultura, construção,

medicamentos, além de ser utilizado para revestir fios e cabos elétricos (a

baixas e altas frequências) resistência química e abrasão. [GULMINE, 2006].

2.2.2.Polietileno de Alta Densidade – PEAD

O polietileno de alta densidade - PEAD é um polímero olefínico

produzido, normalmente, a partir da polimerização do gás etileno (CH2=CH2).

Uma das características do PEAD é a de apresentar na cadeia polimérica baixo

número de ramificações, é essencialmente um polímero linear que confere a

este polímero maior cristalinidade e densidade. O número e principalmente o

tamanho das ramificações é o que o diferencia do polietileno de baixa

densidade (PEBD), material ramificado e do polietileno linear de baixa

densidade que pode ser preparado com ramificações pequenas de distintos

tamanhos. [FELDMAN , 1996].

Devido à sua maior cristalinidade em relação ao PEBD, o PEAD é mais

forte e mais duro que o polietileno de baixa densidade, porém, é mais propenso

ao empenamento. Possui ainda resistência a tração de duas a três vezes

superiores quando comparado ao PEBD, porém, a cristalinidade inferior desse

último garante uma melhor processabilidade e resistência ao impacto. As

regiões amorfas, ramificadas, são oxidadas mais rapidamente em relação às

regiões cristalinas do PEAD devido a duas razões: maior reatividade do

21

polietileno em pontos ramificados e maior difusão de oxigênio nos domínios

amorfos. [KLYOSOV, 2007].

O PEAD é um material de aplicação geral devido a seu baixo custo e

facilidade de processamento. As características do polietileno mais conhecidas

são [BRYDSON, 1999]:

Baixo custo;

Fácil processabilidade;

Excelentes propriedades de isolamento elétrico;

Excelente resistência química;

Rigidez e flexibilidade mesmo a baixas temperaturas;

Transparência razoável em filmes finos;

Livre de odor e toxicidade;

Permeabilidade a vapor d’água suficiente para aplicações em

embalagens, construções e agrícolas.

O PEAD possui ainda as seguintes características: [BRYDSON, 1999]

Suscetibilidade a oxidação (apesar de o polietileno ser melhor a esse

respeito que a maioria dos polímeros);

Opacidade do material em grandes quantidades;

Aparência similar a cera;

Baixa resistência ao risco;

Falta de rigidez

Suscetibilidade à tensão de ruptura com a exposição ao ambiente dos

“grades” de baixo peso molecular;

Baixa tensão a tração;

Alta permeabilidade a gases.

Muitas das limitações citadas podem ser amenizadas através da adição de

aditivos, a escolha das condições de processo e pré-tratamentos que podem

ajudar consideravelmente. [BRYDSON, 1999]

22

Existem três tipos básicos de sistemas catalíticos para a polimerização do

PEAD: Zigler-Natta, Phillips e Metalocenos. Embora todos estes processos

sejam através de catalisadores e pressão relativamente baixas os detalhes de

preparação dos catalisadores podem ser segredos industriais. [FELDMAN,

1996]

2.2.3.Processo Zigler-Natta-

No processo Zigler-Natta a polimerização ocorre através de mecanismo que

envolve um complexo de coordenação monômero-catalisador que controla o

caminho de aproximação do monômero para o crescimento da cadeia. O

catalisador de coordenação é formado pela interação de um composto de metal

de transição (o catalisador) e um composto organometálico dos metais

pertencentes aos grupos I – III na tabela periódica (o cocatalisador). Um dos

catalisadores mais comuns é o Ziegler-Natta, complexo formado por TiCl4-AIR3

onde R representa um radical do alquil-alumínio. [FELDMAN, 1996]

A polimerização ocorre de forma contínua em um reator com pressões

em torno de 0,2 a 0,4 MPa e temperaturas que ficam entre 50 e 75ºC. O

polímero sintetizado possui densidade em torno de 0,945 g/cm3 e as

ramificações na ordem de cinco a sete grupos de etil por 1000 átomos de

carbono. Grupos butila e outras ramificações não são encontrados. [FELDMAN,

1996].

2.2.4.Processo Phillips

Este processo, pouco usado atualmente, é baseado no uso de

catalisadores heterogêneos, os quais consistem de um composto de metal de

transição (óxido de cromo) que após reagir com sílica ou sílica-alumina (75-

90%), forma o catalisador que contém 5% de óxido de cromo, principalmente

CrO3. [FELDMAN, 1996]

As pressões e temperaturas geralmente usadas são maiores que no

processo Ziegler, em torno de 1,4 a 3,5 MPa e 130 a 160ºC, sendo a

temperatura um parâmetro muito importante para o controle do peso molecular

do polímero. O PEAD formado por este processo possui alta densidade, em

23

torno de 0,96 g/cm3, e ramificações em média de três grupos metila para cada

1000 átomos de carbono e não sendo detectados grupo butila ou etila.

[FELDMAN, 1996]

2.2.5.Processo Utilizando Metaloceno

O uso deste catalisador confere um processo extremamente eficiente,

produzindo grande quantidade de polímero por grama de catalisador,

possibilitando maior controle no tamanho e na uniformidade da cadeia

polimérica com baixo número de ramificações. [FELDMAN, 1996]

A fórmula geral do catalisador pode ser representado por L2MX2, onde M

pode ser um metal de transição do grupo IV; X pode ser um halogênio ou um

grupo alquila, fenila, benzila ou trimitilsilila; e L é um ligante associado ao metal

por ligação π e podem ser o ciclopentadienila, o indenil ou o fluorenil.

[FELDMAN, 1996].

2.2.3.FARINHA DE MADEIRA

A farinha de madeira é produzida por atrito controlado de madeira e

contém fibras de celulose microscópica. Foi usado pela primeira vez com

resinas fenólicas para aumentar sua força e continua a ser a base de moldados

fenólicos para propósitos gerais. Foi utilizado ocasionalmente com outros

polímeros e está ganhando popularidade atualmente em compósitos vinílicos e

outros termoplásticos para processamento e durabilidade superior à da

madeira. Com o uso de elevado teor de cargas em PEAD e PVC, estes

"compósitos madeira e plásticos" tem aparência de madeira, mas são mais

duráveis, e encontram crescente utilização como "madeira plástica" na

construção de “outdoor” e mobiliário. [BRADY, 2006 e HARPER, 2010].

As fibras de madeira, embora de mais difícil processo se comparada ao

uso de farinha de madeira, podem levar ao alcance de propriedades

superiores. Muitas vezes a farinha de madeira é usada apenas como uma

carga de enchimento que tem como função apenas a redução de custo e

aumento de módulo elástico. [HARPER, 2010].

24

O desenvolvimento de compósitos envolvendo fibras naturais como

reforço em matrizes poliméricas cresceu muito na última década devido a tais

materiais serem provenientes de fontes renováveis. Esses materiais possuem

um bom desempenho e representam uma oportunidade de novas aplicações

na indústria automobilística, na construção civil e na indústria de móveis.

[PRITCHARD, 2007].

As fibras naturais estão sendo cada vez mais utilizadas em todos os

países onde são produzidos compósitos. O custo é cada vez mais favorável e

vários fabricantes de automóveis já utilizam fibras vegetais em diferentes

partes. Ford, Opel, Saab e Seat entre outros, utilizam nos painéis das portas os

compósitos com fibras naturais. [PRITCHARD, 2007].

A tabela1 apresenta as propriedades típicas de algumas fibras naturais

como: linho, Cânhamo, Juta, Rami, Coco, Sisal e algodão em comparação com

a fibra de vidro, segundo dados da The Food and Agriculture Organization of

the United Nation, com sede em Roma. [PRITCHARD, 2007].

Tabela1 – Propriedades das fibras vegetais comparadas com a fibra de vidro.

Propriedade Vidro Linho Cânhamo Juta Rami Coco Sisal Algodão

Densidade (g/cm3)

2,55 1,4 1,48 1,46 1,5 1,25 1,33 1,51

Força de Tensão (MN/m2)

2400 800-1500

550-900 400-800 500 220 600-700 400

Rigidez (Gpa)

73 60-80 70 10-30 44 6 38 12

Alongamento na Ruptura

(%)

3 1,2-1,6 1,6 1,8 2 15-25 2-3 3-10

Absorção de água (%)

- 7 8 12 12-17 10 11 8-25

Fonte: The Food and Agriculture Organization of the United Nation.

O termo fibra natural, abrange uma ampla faixa de fibras vegetais,

animais e minerais. No entanto, na indústria de compósitos, o termo é

usualmente referente às fibras lignocelulósicas. Estas fibras, quando usadas

em compósitos poliméricos, podem promover reforço significativo. [ARMITT,

2011].

A composição química e estrutural das fibras naturais varia grandemente

e depende de muitas variáveis de processo e origem. No entanto, são

25

possíveis algumas generalizações. As fibras naturais são complexas,

tridimensionais, polímeros constituídos principalmente por celulose,

hemicelulose, pectinas e lignina. Estes polímeros que possuem grupos

hidroxila são distribuídos por toda a parede da fibra. [ARMITT, 2011].

A baixa condutividade térmica das madeiras contribui para sua

utilização. Apesar de a madeira ser altamente combustível, ela é pouco

inflamável. Isto se deve ao seu alto calor específico e baixa condutividade, por

possuir uma substância celular com suas cavidades cheias de ar.[ CHIA, 1985].

Nos últimos anos, tem havido um aumento rápido nas aplicações de

produtos químicos para materiais de madeira a fim de melhorar as suas

propriedades físicas, mecânicas, biológicas e resistência ao fogo. Um método

importante para melhorar a estabilidade dimensional em condições de umidade

é o composto de madeira e polímero (WPC). [BAYSAL, E., et al., 2007].

2.2.4.COMPÓSITOS

A principal característica dos compósitos (também chamados de

materiais compostos ou materiais conjugados) é a combinação das

propriedades de dois ou mais materiais, da mesma classe ou não. Por

exemplo: podemos combinar a facilidade de conformação de um termoplástico

com a dureza e resistência do vidro na forma de fibras, obtendo um material

mais resistente do que o plástico, menos frágil do que o vidro e com aplicações

onde nenhum dos dois seria adequado . [Li, Y., et al., 2000].

Avanços recentes em resinas termoplásticas tem melhorado suas

propriedades mecânicas e térmicas. Compósitos termoplásticos são

carregados com fibras baseadas em vidros, aramidas, carbonos e misturas

híbridas. Estes compósitos podem ser produzidos por diferentes processos de

moldagem e oferecem inúmeras vantagens. [Ferreira, J.A.M., et al., 1999].

As características mais atrativas oferecidas pelos compósitos

termoplásticos são o potencial de produção a baixo custo, alta tenacidade à

fratura, boa resistência ao impacto, boa resistência à propagação de

microtrincas e a possibilidade de reciclagem da matéria-prima. [Ferreira,

J.A.M., et al., 1999].

26

Na concepção de materiais compósitos, os cientistas e engenheiros têm

combinado vários metais, cerâmicas e polímeros para produzir uma nova

geração de materiais extraordinários. A maioria dos compósitos foi criada para

melhorar as combinações de características mecânicas, como rigidez,

resistência ambiental, bem como resistência a alta temperatura. Muitos

materiais compósitos são compostos de apenas duas fases: uma é chamada

de matriz, que é contínua e envolve a outra fase, muitas vezes chamada de

fase dispersa. As propriedades dos compósitos são função das propriedades

das fases constituintes, suas quantidades relativas, e da geometria da fase

dispersa. ''Geometria da fase dispersa'', neste contexto, significa a forma das

partículas e o tamanho de partícula, distribuição e orientação, essas

características estão representadas na figura 5. [CALLISTER, et al., 2001].

Figura 5 - Representações esquemáticas de diversas características geométricas e espaciais

das partículas da fase dispersa que podem influenciar as propriedades de compósitos: (a)

concentração, (b) tamanho, (c) forma, (d) a distribuição, e (e) orientação. (FLINN & TROJAN,

1990)

27

2.2.4.1.Compósitos de Madeira Plástica

O compósito de madeira termoplástico (WPC – “Wood Plastic

Composites”) refere-se a qualquer composto que contêm madeira (de qualquer

forma) e termofixos ou termoplásticos. Entenda-se termofixos como polímeros

que, uma vez curados, não podem ser fundidos pelo aquecimento, incluem

resinas como epóxi e fenólicas, polímeros com os quais a indústria de produtos

florestais é mais familiar; e termoplásticos como os plásticos que podem ser

repetidamente fundidos, tal como Polietileno (PE) e Cloreto de Polivinila

(PVC).[ CLEMONS ,2002].

A expressão "Compósitos de Madeira Plástica" refere-se a madeira

representando materiais fibrosos de origem vegetal incluindo a farinha de

madeira, serragem, ou resíduos de plantas agrícolas, resíduos de corte ou

poda, triturados, ou em pó, ou outros tipos de fibras naturais, como cânhamo,

juta, kenaf e, geralmente como um subproduto de um processo industrial.

[KLYOSOV, 2007].

Nos últimos anos, os compósitos de madeira plástica apresentam uma

nova busca em comparação com os materiais de madeira convencional. Estes

compósitos são fabricados misturando-se farinha de madeira e plástico para

produzir um material que seja semelhante à madeira aliada às propriedades

dos plásticos. Um dos principais benefícios dos compósitos de madeira plástica

é a sua resistência contra a deterioração biológica para aplicações externas em

que os produtos de madeira convencional não são apropriados. Os compósitos

de madeira plástica surgiram como uma alternativa viável em substituições

estruturais, como pontes de decks, devido a sua resistência à umidade e

degradação. No entanto, o maior e mais crescente mercado para os

compósitos de madeira plástica são dos decks extrudados, mas nos últimos

anos mostram também uma expansão do mercado com aplicações como

cercas, playgrounds, grades, batentes de porta e janela. A aceitação dos

compósitos de madeira plástica na indústria da construção civil tem contribuído

para a sua popularidade. [NAGHIPOURS, M., et al., 2011].

Recentemente, os WPC (Wood Polymer Composites) vem possuindo

uma atenção especial devido ao seu baixo custo de processamento, melhora

das propriedades físicas e mecânicas mas, o grande problema deve-se ao fato

28

de que a madeira é composta por três polímeros orgânicos que são facilmente

deteriorados pela ação da luz, água, temperatura e organismos biológicos.

[HILL, C.A.S., 2006].

Os compósitos poliméricos de madeira tem mostrado um fantástico

crescimento na América do Norte. Trata-se de um material que consiste,

normalmente, de 35% a 80% em peso de madeira em poliolefinas (polietileno

ou polipropileno ou no PVC. A demanda por compósitos similares, tem se

multiplicado na Ásia através da substituição da farinha de madeira por uma

alternativa local como a casca de arroz. [PRITCHARD, 2007].

É difícil de avaliar a opinião do consumidor de forma mais ou menos

objetiva em relação ao WPC pois, muitos nunca ouviram falar de WPC e outros

são resistentes ao uso desses materiais em relação à madeira convencional. A

madeira é um excelente material, com ganhos em algumas propriedades em

relação ao WPC como na força e rigidez, na resistência de deslizamento e, em

relação a alguns tipos de madeira, na resistência ao fogo. A madeira, no

entanto, possui algumas deficiências em relação ao WPC nas propriedades de

absorção de água, degradação microbiana e durabilidade. [KLYOSOV, 2007].

Segundo a Principia Partners, a demanda em 2011 por decking de

madeira convencional e madeira plástica nos Estados Unidos foi de $6,5

bilhões, com 66% correspondente a utilização da madeira convencional, 4% de

plástico puro e 30% com madeira plástica. [KLYOSOV, 2007].

Por apresentarem vantagens sobre a madeira convencional, tais como

impermeabilidade superior, maior resistência à deterioração, ao mofo e aos

cupins e por não requerer manutenções regulares, a madeira plástica está

cada vez mais presente em aplicações distintas. [Jornal de Plásticos on line,

2007]. Abaixo seguem exemplos de diferentes aplicações com madeira

plástica. [PRITCHARD, 2007]

29

Figura 6 – Ponte de WPC para passagens de Figura 7 - Pergolados

pedestres e carrinhos de golf.

Figura 8 – Banco de Madeira Plástica Figura 9 – Cercas de Madeira Plástica

Figura 10 – Deck Modular de Madeira Plástica Figura 11 – Deck de Madeira Plástica

Figura 12 - Passarelas Figura 13-Passarelas Ecológicas.

30

3. MATERIAIS E MÉTODOS

3.1 – MATERIAIS

3.1.1. Farinha de Madeira

Para analisar o desempenho das diferentes fibras de reforço no PEAD

Reciclado, foram utilizadas as seguintes farinhas de madeira: Pinus,

Eucalyptus e Coco obtidas da empresa Inbrasfama localizada no município de

São José dos Pinhais/PR. As propriedades físicas das farinhas mencionadas

anteriormente estão representadas na tabela 2 e que foram retiradas do laudo

do fornecedor.

Tabela 2 – Propriedades físicas das farinhas de madeira.

Fonte: Especificação técnica disponibilizada pelo fabricante.

Através das figuras 14, 15 e 16 é possível observar o aspecto das

farinhas de madeira, bem como as diferenças de tonalidade. A farinha de pinus

possui uma tonalidade mais amarelada, enquanto a de coco é mais marrom e a

de Eucalipto é mais avermelhada.

Figura 14 - Farinha de Pinus Figura 15 - Farinha de Coco

Ensaio Farinha de Pinus

Farinha de Eucalipto

Farinha de Coco

Teor de Cinzas

0,6% no máximo

0,6% no máximo

0,6% no máximo

Teor de Umidade

7,0 – 10,0% 7,0 – 10,0% 4,0-7,0%

Densidade Aparente

0,12 – 0,16 g/cm3

0,14 - 0,20 g/cm3

0,42 – 0,46 g/cm3

31

Figura 16 - Farinha de Eucalipto

3.1.2. Polietileno de Alta Densidade Reciclado

A resina utilizada como matriz polimérica trata-se do Polietileno de Alta

Densidade (PEAD), adquirido da empresa de reciclagem Recipoly localizada na

região metropolitana de Curitiba/PR. Através da figura 17 pode-se observar o

aspecto do PEAD reciclado, que possui uma tonalidade cinza devido ao fato de

ser reciclado e ter recebido pigmento.

Figura 17 - PEAD Reciclado

3.1.3. Agente Compatibilizante

Para promover a adesão entre a resina de PEAD reciclado e as

diferentes fibras de reforço, foi utilizado polipropileno maleatado comercial. As

propriedades do agente compatibilizante podem ser observadas na tabela 3 e

que podem ser encontradas no site do fabricante, Polyram Creative

Thermoplastic Compounds.

32

Tabela 3 – Propriedades do Agente Compatibilizante.

Propriedade Método de Teste ISO

Unidade PPMA

Índice de Fluidez 1133, 190ºC / 2,16kg

g/10min 100

Densidade 1183 g/cm3 0,90

Ponto de Fusão DSC ºC 160

Teor de Anidrido Maléico

FTIR % 1

Fonte:site Polyram

3.1.4. Lubrificante

Com objetivo de auxiliar o processamento e ajudar na dispersão dos

componentes da formulação, foi utilizado o lubrificante da empresa Strucktol

Company of America cujas propriedades podem ser verificadas através da

tabela 4, retiradas da ficha técnica do produto.

Tabela 4 – Propriedades do Lubrificante.

PROPRIEDADES Aparência grão

Temperatura de Condensação(ºC) 67-77 Gravidade Específica 1,005

Fonte: site do fornecedor.

3.1.5. Carga Mineral

A carga mineral, mais especificamente o talco, foi utilizado para

promover estabilidade dimensional da peça, além de funcionar como carga de

enchimento, reduzindo o custo final da matéria-prima.

As propriedades que constam na tabela 5 foram retiradas do laudo

encaminhado pelo fornecedor da Mineração São Judas, localizado em Ponta

Grossa/PR.

Tabela 5 – Propriedades da carga mineral.

Propriedade Resultado

Carbonato Total 86,30%

MgO 19,28 +/- 0,00%

CaO 25,65 +/- 0,00%

Retenção #635 0,97%

Densidade Aparente 0,75 g/ml

Teor de Umidade 0,17% Fonte: Dados retirados da Ficha Técnica do fornecedor.

33

3.2 - MÉTODOS

3.2.1. Análise do PEAD Reciclado

Com objetivo de caracterizar a matriz polimérica utilizada no compósito

poliméricos, foram realizados ensaios como índice de fluidez, tração, teor de

cinzas e teor de umidade.

3.2.1.1.Determinação do Índice de Fluidez

O índice de fluidez é verificado através de um aparelho chamado

plastômetro e que permite avaliar informações sobre a facilidade com que o

polímero fundido escoa. A avaliação é feita através da determinação da massa,

em gramas, que passa por um recipiente com diâmetro e comprimento

específicos, quando é aplicada uma força de pressão pré-definida a certa

temperatura, durante o período de 10 minutos. O índice de fluidez é

inversamente proporcional ao peso molecular do polímero. No caso dos

reciclados, o índice de fluidez é muito importante para verificar a uniformidade

dos lotes.

Para avaliação do índice de fluidez do PEAD reciclado foi utilizado um

peso de 5,0kg e uma temperatura de 190ºC por um tempo de 10 minutos,

utilizando o equipamento plastômetro que pode ser visualizado na figura 18.

Figura 18 – Plastômetro utilizado para as medições de índice de fluidez.

34

3.2.2.Determinação do Teor de Cinzas

O método geral para a determinação de cinzas totais utiliza o calor

produzido em forno mufla onde ocorre a destruição total da matéria orgânica

presente na amostra, deixando somente os minerais presentes.

Para análise do teor de cinzas das amostras de PEAD reciclado, foram

pesadas amostras de 2g para cada análise em cadinhos de porcelana

previamente incinerados. As amostras foram levadas à mufla em temperatura

de 800ºC por 2 horas. Após retirados da mufla, os cadinhos foram

encaminhados para um dessecador até temperatura ambiente e depois

pesados.

O cálculo para determinação do teor de cinzas presente no PEAD

reciclado foi feito a partir da equação 1 através da média das triplicatas

realizadas. A mufla utilizada para execução do teor de cinzas, mencionado

acima, pode ser visualizado na figura 19.

Figura 19 – Mufla para determinação do teor de cinzas. Fonte: site NZ Philpolymer.

( )

(equação1)

Onde,

C(%) = teor de cinzas em porcentagem. A = massa de cinzas (g). B = massa de amostra (g).

35

3.2.3.Determinação do Teor de Umidade

A determinação do teor de umidade permite avaliar a quantidade de

água, em porcentagem de peso, presente em uma determinada amostra.

Existem equipamentos que permitem uma avaliação rápida para controle de

processo e que possui uma lâmpada interna que permite ao equipamento

chegar à temperaturas de 140ºC, evaporando a água residual. Após

estabilidade do peso, através de uma balança interna que o equipamento

possui, é possível a leitura do teor de umidade presente naquela amostra.

Figura 20 a – Determinador de Umidade Figura 20 b – Interior do Determinador de umidade.

Outro método para determinação do teor de umidade é através de um

processo empírico, colocando as amostras em uma estufa e realizando as

medidas de peso em intervalos regulares, até que a massa fique estabilizada.

Após estabilização da massa da amostra, é possível fazer o cálculo do teor de

umidade, utilizando a fórmula 2.

( ) ( )

(equação 2)

Onde: P1 é o peso da amostra úmida; P2 é o peso da amostra seca.

36

As medidas do teor de umidade das amostras de PEAD reciclado foram

calculadas através da pesagem prévia de amostras de 2g cada em placas de

petri. As amostras ficaram no equipamento de determinador de umidade até

que a massa fosse estabilizada e o valor do teor de umidade foi tirado da

média das 3 leituras efetuadas no equipamento.

3.2.4.Compósito Polimérico, reforçado com fibra vegetal, com e sem

compatibilizante.

Para caracterizar e avaliar as propriedades dos compósitos poliméricos,

utilizando pinus, coco e eucalipto como fibra de reforço, na proporção matriz

fibra de 1:2, foram realizados os ensaios de índice de fluidez, teor de umidade

e teor de cinzas.

3.2.5.Preparação dos grânulos de Compósito com Reforço de Pinus, Coco e

Eucalipto.

Inicialmente, a matéria prima foi encaminhada aos compartimentos do

dosador gravimétrico, que possui a função da dosagem correta de cada

componente no misturador. O misturador, que pode ser visualizado na figura

21, é composto por duas partes, a primeira é responsável pela mistura por

atrito, aquecendo o material até, aproximadamente, 85ºC. Após a etapa de

aquecimento, o material é resfriado a, aproximadamente, 50ºC em outro

compartimento do misturador, que possui serpentinas cujo fluido de

resfriamento é a água. A principal função do misturador é realizar uma pré-

homogenização do material.

A pré-mistura foi então encaminhada para uma extrusora dupla rosca co-

rotante, que pode ser visualizada na figura 22, que permite a incorporação das

matérias-primas. É nesta etapa que os grânulos do compósito polimérico são

formados, através do processo de corte seco na cabeça.

Figura 21 - Misturador para pré-homogenização do material.

37

Figura 22 – Extrusora dupla rosca co-rotante.

O aspecto final do processamento dos compósitos poliméricos com reforço de

pinus, coco e eucalipto podem ser observados nas figuras 23, 24 e 25

respectivamente.

Através das figuras 26 e 27 podemos avaliar o aspecto dos compósitos com e

sem agente de acoplamento.

Figura 23 – Compósito com reforço Figura 24 – Compósito com reforço de de Pinus Coco

.

Figura 25 – Compóstio com reforço de Eucalipto.

38

Figura 26 – Compósito com agente Figura 27 – Compósito sem agente de de acoplamento de acoplamento

3.2.6.Conformação do Produto Final

Após a etapa de formação dos grânulos do compósito polimérico, o

material foi encaminhado para alimentar a extrusora, que pode ser visualizada

na figura 28, para conformação da peça final.

Figura 28 – Extrusora de Perfil.

3.2.7. Desempenho do Produto Final.

Para avaliação da desempenho do produto final de madeira plástica,

foram realizados os ensaios de absorção de água, flexão, compressão,

arranque de parafuso, análise do coeficiente de dilatação térmica, densidade e

dureza shore.

3.2.8. Absorção de Água.

A execução do ensaio de absorção de água foi realizada, seguindo a

normatização ASTM D570-98 (2005). Os corpos de prova foram usinados nas

39

dimensões de 30x11x30mm e imersos em um recipiente com água por um

período de 24 horas. Antes da imersão dos corpos de prova, foi necessária a

análise do dimensional da espessura e a pesagem de cada um deles. Após o

período de exposição à água, os corpos de prova foram submetidos a nova

pesagem e avaliação do aumento na espessura e ganho em massa.

O cálculo utilizado para avaliação do percentual do aumento da espessura e

massa após imersão em água, seguiu a equação 3.

( )

(Equação 3)

Onde,

Pin = Peso inical da amostra em g (antes de ficar exposta à água);

Pf = Peso final da amostra em g (após exposição à água no período de 24

horas).

3.2.9. Resistência à Flexão.

O ensaio de resistência a flexão foi realizado na máquina universal de

ensaios EMIC em corpos de prova de 60x11x220mm, seguindo as orientações

da norma ASTM D6109-05, para avaliação das forças de tensão e MOE

(Módulo de Elasticidade) na flexão, utilizando célula de carga de 2.000kg e

velocidade de 10 mm/min.

A leitura dos resultados foi feita através da média dos 5 ensaios realizados.

40

Figura 29 – Ensaio de Flexão.

3.2.10. Resistência à Compressão.

O ensaio de resistência à compressão foi executado seguindo a norma

ASTM D6108-09 para avaliação dos parâmetros de tensão, força e MOE

(módulo de elasticidade) na compressão em corpos de prova com dimensões

60x11x22mm. O ensaio de resistência a compressão foi realizado na máquina

universal de ensaios EMIC, utilizando célula de carga de 10.000kg e velocidade

de 10 mm/min. Assim como no ensaio de flexão, a leitura dos resultados foi

feita através da média dos 5 ensaios realizados.

Figura 30 – Ensaio de Compressão.

3.2.11. Arranque de Parafuso.

O ensaio de arranque de parafuso permite avaliar a força necessária

para romper o parafuso da peça. Para execução foi utilizada a norma ASTM

41

D6117-97 (2005) na máquina universal de ensaios EMIC. A leitura dos dados

foi feita através da média entre as 5 repetições e os corpos de prova que foram

submetidos ao ensaio possuem dimensões de 60x11x70mm.

Figura 31 – Ensaio de Arranque de Parafuso.

3.2.12. Coeficiente de Dilatação Térmica.

O coeficiente de dilatação térmica permite avaliar as variações

dimensionais lineares quando os corpos de prova são submetidos a

temperaturas variadas. O ensaio foi realizado com exposição dos corpos de

prova em estufa e freezer, com dimensionais a temperatura ambiente de

60x11x300mm. O ensaio seguiu a norma ASTM D6341-98 (2005) e a leitura foi

feita através da média de 5 avaliações.

Para determinação do coeficiente linear de dilatação térmica foi utilizada a

equação 4.

( | )

( )

(Equação 4)

Onde, LTemp Exp = Comprimento da amostra na temperatura de exposição em mm; LTemp amb = Comprimento da amostra na temperatura ambiente em mm; LTemp In = Comprimento da amostra na temperatura inicial em mm; TExp = Temperatura de exposição; Tamb = Temperatura ambiente.

42

Figura 32 – Estufa para realização do ensaio do coeficiente de dilatação térmica linear.

3.2.13. Densidade.

A avaliação da densidade do material foi feita em corpos de prova com

dimensões de 20x11x20mm, seguindo a normativa ASTM D6111-09, através

de um kit hidrostático que atua segundo o sistema de empuxo em água e que

pode ser visualizado na figura 33.

Figura 33 – Kit Hidrostático utilizado para avaliação da densidade.

Para calcular a densidade do material, a equação 5 foi utilizada.

( ⁄ )

(Equação 5)

Onde,

Pin = Peso inicial da amostra (g);

dH20 = Densidade da água (g/cm3);

Pfin = Peso final da amostra (g).

43

3.2.14.Dureza Shore.

A Dureza Shore permite avaliar a dureza do material e foi realizado

utilizado o equipamento durômetro, que pode ser visualizado na figura 34.

Através da penetração de uma agulha específica através do material é possível

determinar a leitura direta da dureza shore, segundo a norma ASTM D2240-05.

Para determinação do valor final do resultado, foi feita uma média das 5 leituras

efetuadas.

Figura 34 – Durômetro.

4.RESULTADOS

4.1.Formulações com agente compatibilizante.

Três distintas formulações foram processadas, utilizando fibras vegetais

diferentes e utilizando agente compatibilizante, com objetivo de avaliar os

ganhos e perdas nas propriedades físicas e mecânicas do material.

A tabela 6 mostra as quantidades de matéria-prima utilizadas em cada

formulação. Foram processadas formulações com fibras de Pinus, Eucalipto e

Coco cujas formulações seguem, respectivamente, a seguinte codificação:

FPIN_1; FEUC_1 e FCOC_1.

Em todas as formulações mencionadas, utilizou-se 4 % P/P do agente

compatibilizante, mais especificamente, o polipropileno maleatado (PPMA). Os

percentuais apresentados na tabela 6 tomaram como base a patente PI

1101225-0.

44

Tabela 6 – Formulações com agente compatibilizante e diferentes fibras vegetais.

Componente FPIN_1 (Pinus) FEUC_1

(Eucalipto) FCOC_1 (Coco)

PEAD Reciclado 25,5% 25,5% 25,5%

Farinha de Madeira

47,30% 47,30% 47,30%

Agente Compatibilizante

4% 4% 4%

Demais Componentes

23,2% 23,2% 23,2%

4.2.Propriedades dos Compósitos Poliméricos.

As características das formulações mencionadas na tabela abaixo foram

mensuradas através dos ensaios de índice de fluidez, teor de cinzas e teor de

umidade.

Tabela 7 – Propriedades das formulações de compósito polimérico com diferentes fibras vegetais e com utilização de agente compatibilizante.

Formulação Índice de Fluidez (ASTM D1238-10)

5,0kg / 190ºC g/10min

Teor de Cinzas (ASTM D5630-94)

%

Teor de Umidade (ASTM D1037-06a)

%

FPIN_1 1,06 17,30 1,88

FEUC_1 0,04 12,15 1,73

FCOC_1 0,52 10,69 1,38

O ensaio de índice de fluidez nas formulações de compósito polimérico

possui como objetivo, avaliar as condições de escoamento do material e

facilidade de processamento. Quanto maior o índice de fluidez, menor é o peso

molecular do polímero e assim, espera-se que as propriedades mecânicas

sejam inferiores. Através da análise da figura 35, observa-se um menor valor

para o índice de fluidez da formulação em que se utilizou a fibra de eucalipto,

FEUC_1. O PEAD, cuja fluidez medida foi de 2,06g/10 min, tende a reticular

durante o processamento e assim, tem seu peso molecular aumentado,

conforme pode ser observado na figura 35, o que colabora no aumento da

resistência mecânica. No caso do polipropileno, ocorre o contrário, à medida

que o PP é processado, tende a sofrer cisão de cadeias e o peso molecular cai.

Neste trabalho, foi utilizado o polipropileno maleatado e não o polietileno

45

maleatado como compatibilizante, material que seria mais indicado para o

compósito de matriz de PEAD. No entanto, é prática na indústria a utilização de

PPMA na produção de WPC de matriz de PEAD.

Figura 35 – Gráfico relacionando o índice de fluidez das formulações com diferentes fibras de

reforço ao PEAD reciclado.

Pelos resultados apresentados na tabela 7, percebe-se que todas as

formulações ficaram com teor de umidade abaixo de 2%, condição essencial

para o processo de granulação, permitindo que bolhas não sejam formadas

durante o processamento, evitando-se dessa forma a fragilidade das peças.

A figura 35 permite ainda avaliar que o índice de fluidez entre as

diferentes fibras indicou que a fibra de pinus é a que possui melhores

propriedades de escoamento, permitindo um menor tempo de residência dentro

da granuladora, impactando em uma menor degradação da madeira. Além

disso, o menor peso molecular do material tende a favorecer uma melhor

dispersão da fibra na matriz de PEAD tornando o material mais homogêneo.

Por outro lado, devido à relação inversa entre o índice de fluidez e a resistência

mecânica, esta formulação pode apresentar propriedades mecânicas inferiores.

FPIN_1 (Pinusc/ PPMA)

FEUC_1(Eucalipto c/

PPMA)

FCOC_1 (Cococ/ PPMA)

PEADReciclado

1,06

0,04 0,52

2,06

ÍNDICE DE FLUIDEZ (g/10min) 5,0kg


46

4.3.Avaliação das Propriedades do Produto Final. Os ensaios realizados nas formulações mencionadas na tabela do item 5.1

foram feitos em uma peça denominada de Rodapé Fácil, conforme indica a

figura 36.

Figura 36 – Corpos de Prova do Produto Final.

A avaliação dos resultados dos ensaios físicos e mecânicos será feita

comparativamente através da absorção de água, arranque de parafuso,

coeficiente de dilatação térmica, resistência a compressão, densidade e

resistência a flexão e que podem ser visualizados na tabela 8.

47

Tabela 8 – Resultados obtidos no produto final.

ENSAIO FPIN_1

(Pinus

com

PPMA)

FEUC_1

(Eucalipto

com

PPMA)

FCOC_1

(Coco com

PPMA)

FPIN_2

(Pinus

sem

PPMA)

Absorção de

Água

Massa

(%)

0,78 +/-

0,03

0,54 +/-

0,09

0,61 +/-

0,08

1,08 +/-

0,09

Arranque de

Parafuso (N)

1160 +/-

195

1400 +/-

154

1523 +/-

184

-

Coeficiente

de Dilatação

Térmica

(mm/mºC)

0,062 +/-

0,0189

0,0584 +/-

0,0229

0,0662 +/-

0,0183

0,0637 +/-

0,0255

Densidade

(g/cm3)

1,245 +/-

0,015

1,267 +/-

0,028

1,243 +/-

0,003

-

Resistência a

flexão

Tensão

(Mpa)

23,05 +/-

1,77

26,43 +/-

0,1

23,24 +/-

0,78

22,12 +/-

0,36

Resistência a

Compressão

Tensão

(Mpa)

29,71 +/-

0,70

30,85 +/-

2,22

261,4 +/-

2,20

23,49 +/-

2,09

Dureza Shore

D

64+/-1,0 68 +/- 1,0 72 +/- 1,0 -

Os resultados acima indicam o menor teor de absorção de água, 0,54%,

na formulação de fibra de eucalipto, FEUC_1, provavelmente devido à maior

interação entre a fibra e a matriz polimérica. Comparando as tabelas 7 e a

tabela 8, percebemos que o processo de reticulação está relacionado com o

índice de fluidez do material. O comparativo entre as figuras 37 e 38 permitem

observar que quanto menor o índice de fluidez do material, maior é a

reticulação e, consequentemente, menor será a absorção de água.

48

Figura 37 – Absorção de água.dos diferentes compósitos.

Figura 38 – Índice de Fluidez dos diferentes compósitos.

A relação do índice de fluidez e a absorção de água foi observado

também em FARUK, O., et al., 2012, em que as formulações com PPMA foram

as que apresentaram menor índice de absorção de água comparadas às

formulações que não continham PPMA. XIE, Y., et. al, 2010, avaliaram

diferentes percentuais de enxerto de anidrido maleico em termoplásticos e

perceberam que a melhor adesão interfacial pode diminuir a taxa de difusão de

água entre as partículas de madeira. Estudos reológicos mostram

características de fluido pseudoplásticos dos compósitos fundidos e a

FPIN_1 (Pinus c/PPMA)

FEUC_1 (Eucaliptoc/ PPMA)

FCOC_1 (Coco c/PPMA)

0,78

0,54 0,61

ABSORÇÃO DE ÁGUA (%)



FEUC_1(Eucalipto c/

PPMA)


1,06

0,04

0,52



49

mobilidade molecular das cadeias poliméricas fica mais difícil devido à

interação da madeira com o polímero. A transferência de calor também fica

comprometida nos compósitos devido às propriedades de isolamento da

madeira, levando um tempo maior para atingir o ponto de fusão comparado aos

polímeros sem reforço lignocelulósico.

Para comparar o efeito do compatibilizante nas propriedades mecânicas

do produto final, foram processadas duas formulações utilizando a fibra de

pinus, uma com agente compatibilizante e outra sem agente compatibilizante,

denominadas, respectivamente de FPIN_1 e FPIN_2.

No item 4.2.2.1 é possível verificar a diferença de processamento dos

grânulos com e sem agente compatibilizante, representados respectivamente

pelas figuras 26 e 27 ampliadas que estão mostradas na Figura 39.

Visualmente é possível perceber que a formulação sem compatibilizante

produziu um material onde a madeira parece estar misturada à matriz sem

formação de um material granulado homogêneo, ou seja, parece não haver

adesão entre a fibra e o PEAD.

Figura 39 – Comparativo dos grãos com e sem compatibilizante.

A figura 40 permite observar que a formulação sem compatibilizante,

FPIN_2, obteve o maior percentual no teor de absorção de água, 1,08%,

indicando uma fraca adesão entre a farinha de madeira e a matriz polimérica.

50

Figura 40 – Gráfico de absorção de água.

Comparando apenas as formulações com pinus, sendo uma com

compatibilizante, FPIN_1, e outra sem compatibilizante, FPIN_2, percebe-se

através da figura 41 que a resistência à flexão da formulação que utilizou

compatibilizante teve um valor superior à formulação sem compatibilizante de

apenas 4% e de, aproximadamente, 21% no mesmo parâmetro da resistência à

compressão, quando utilizado o agente compatibilizante, indicando que não há

benefícios tão expressivos quando incorporado o compatibilizante na

formulação. Aditivos, tais como lubrificantes e agentes de acoplamento,

embora presentes em pequenas quantidades nos WPC´s, pode complicar

ainda mais a adesão em compósitos de plástico/madeira pois, eles possuem

baixo peso molecular, sendo portanto, susceptíveis de migrarem para a

superfície. Devido à grande heterogeneidade dos WPC´s, os mecanismos de

adesão são complexos. [GUPTA, B.S., et al., 2007]


FEUC_1(Eucalipto c/

PPMA)


FPIN_2 (Pinuss/ PPMA)

0,78

0,54 0,61

1,08



51

Figura 41 – Gráfico da resistência à flexão e à compressão das formulações com pinus, com e sem PPMA.

O ensaio de arranque de parafuso indicou que a formulação com coco,

FCOC_1, foi a que apresentou a maior força necessária para arranque, 1523N,

por ser uma fibra de alta dureza, conforme pode ser observado nas figuras 42 e

43.

Figura 42 – Gráfico de Arranque de Parafuso.

RESISTÊNCIA À FLEXÃO(MPa)

RESISTÊNCIA ÀCOMPRESSÃO (MPa)

23,05

29,71

22,12 23,49

Formulação de Pinus c/ e s/ compatibilizante

FPIN_1 (Pinus c/ PPMA) FPIN_2 (Pinus s/ PPMA)


FEUC_1(Eucalipto c/

PPMA)


1160 1400 1523

ARRANQUE DE PARAFUSO (N)

ARRANQUE DE PARAFUSO (N)

52

Figura 43 – Dureza Shore D do material.

O ensaio que representa o coeficiente de dilatação térmica linear nos

produtos de diferentes formulações, com e sem agente de acoplamento,

apresentou uma média de 6,25 x 10-5 / ºC, apresentando uma redução

significativa comparando com o coeficiente de dilatação térmica linear do PEAD

reciclado, 1,3 x 10-4 / ºC, com redução de 52%. Este fato deve-se a

incorporação de carga mineral e vegetal nas formulações do compósito

polimérico.

Figura 44 – Gráfico da dilatação térmica linear.


FEUC_1 (Eucaliptoc/ PPMA)


64

68

72

DUREZA SHORE D

DUREZA SHORE D


FEUC_1(Eucalipto c/

PPMA)



PEAD

6,2 x 10-5 5,8 x 10-5 6,6 x 10-5 6,4 x 10-5

1,3 x 10-4

DILATAÇÃO TÉRMICA (ºc-1)

DILATAÇÃO TÉRMICA (ºc-1)

53

A média da densidade das peças processadas apresentou um valor de

1,252 g/cm3 em que a formulação que utilizou a fibra de eucalipto dentro da

composição foi a que apresentou valor um pouco acima das demais, 1,267

g/cm3, mesmo não sendo a fibra de maior densidade entre as utilizadas,

conforme pode ser observado na tabela 2 que indica as propriedades

fornecidas pelo fornecedor de farinha de madeira. Este fato está relacionado

com a utilização do agente de acoplamento, indicando a mesma observação

realizada por Anatole A. Klyosov em Wood-Plastic Composites, Wiley 2007,

devido à maior interação entre a fibra e a matriz promovida pelo agente de

acoplamento.

A formulação com Eucalipto ainda apresentou o maior valor tanto no

ensaio de resistência à flexão, 26,43 Mpa, quanto no de resistência à

compressão, 30,85 Mpa, indicando mais uma vez a maior efetividade em

relação à interação da fibra-matriz com a utilização do compatibilizante, como

observado nas figuras 45 e 46. O baixo desempenho mecânico da fibra de

coco, tanto no ensaio de resistência à flexão, 23,24 Mpa como no ensaio de

resistência à compressão, 25,63 Mpa, mostrou que a fibra de coco não é uma

boa fibra para reforço em compósitos poliméricos, ficando com valores de

resistência à flexão muito próximos à formulação que não possui

compatibilizante, 22,12 Mpa, conforme pode ser observado na figura 45. As

fibras de coco não são tão frágeis quando comparadas às fibras de vidro, são

passíveis de modificação química, não são tóxicas e possuem boas

propriedades de processabilidade. No entanto, o desempenho da fibra de coco

em compósitos poliméricos é pior que de outras fibras lignocelulósicas Esse

desempenho inferior do coco deve-se a fatores como baixo teor de celulose,

alto teor de lignina e diâmetro variável. [RAHMAN, M. M., 2007].

Zampaloni et al., 2007, em estudos com diferentes fibras de reforço ao

PP como Kenaf, linho, cânhamo, coco e sisal, observou que utilizando 30% e

40% de kenaf ao PP, a resistência à flexão foi superior ao coco quando

utilizado o mesmo percentual, chegando a ser o dobro quando utilizado o

percentual de 40% de kenaf.

54

Figura 45 – Gráfico da resistência à flexão.

Figura 46 – Gráfico de Resistência à Compressão.

A microscopia optica das superfícies fissuradas permite avaliar a adesão

da farinha de madeira na matriz com e sem compatibilizante. Através da

avaliação das figuras abaixo, percebe-se que a farinha de eucalipto, figura 48,

foi a farinha de madeira que apresentou a melhor adesão na matriz de PEAD,

criando menos espaços vazios e mostrando os melhores resultados de

desempenho mecânico, como já apresentados anteiormente. Pode ser

observado também que todos os compósitos que contém PPMA apresentam


FEUC_1(Eucalipto c/

PPMA)



23,05

26,43

23,24 22,12

RESISTÊNCIA À FLEXÃO (MPa)

RESISTÊNCIA À FLEXÃO (MPa)


FEUC_1(Eucalipto c/

PPMA)



29,71 30,85 25,63 23,49

RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO (MPa)

RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO (MPa)

55

uma boa adesão farinha de madeira/matriz. Na figura 50, onde é mostrado um

compósito sem PPMA, consegue-se distinguir a farinha de madeira e a matriz,

indicando uma fraca adesão da farinha de madeira na matriz polimérica,

enquanto que a mesma farinha, pinus, com PPMA, figura 47, apresentou não

somente boa adesão farinha de madeira/matriz mas também uma melhor

dispersão das fibras na matriz. A microscopia optica permitiu ainda avaliar o

diâmetro das partículas das diferentes farinhas de madeira e a geometria de

cada uma delas, conforme pode ser observado nas figuras 51, 52 e 53. Uma

melhora significativa na interação farinha/matriz pode ser conseguida através

de um pré-tratamento da farinha de madeira com sais que permitem uma ação

mais efetiva do compatibilizante. [ISLAM, Md.S., et. al., 2012]

Figura 47 - FPIN_1 – MO do Compósito com fibra de pinus com PPMA.

Figura 48 – FEUC_1 – MO do Compósito com fibra de eucalipto com PPMA.

56

Figura 49 – FCOC_1 MO do Compósito com fibra de coco com PPMA.

Figura 50 – FPIN_2 MO do Compósito com fibra de pinus sem PPMA.

57

Figura 51 – MO Farinha de Pinus.

Figura 51 a – Tamanho da Farinha de Pinus.

58

Figura 52 – MO Farinha de Eucalipto.

52 a – Tamanho da Farinha de Eucalipto.

59

Figura 53 – MO Farinha de Coco.

Figura 53 a – Tamanho da Farinha de Coco.

60

5.CONCLUSÃO

O presente estudo mostrou que o uso de compatibilizante favorece o

baixo teor de absorção de água, pois o compósito em que não se utilizou

polipropileno maleatado apresentou o maior percentual de absorção de água,

1,08%, enquanto os demais, em que foram utilizados compatibilizantes ficaram

com percentuais abaixo de 1,0%.

Os índices de fluidez dos materiais compósitos mostraram relação com o

teor de absorção de água entre as formulações que utilizaram compatibilizante.

Foi possível observar que quanto menor o índice de fluidez do material, menor

é o teor de absorção de água, fato esse que está relacionado com a reticulação

do PEAD.

Os ensaios de resistência à flexão e resistência à compressão

mostraram-se satisfatórios com o material compósito que utilizou fibra de

eucalipto, demonstrando que houve uma dispersão maior da fibra na matriz

polimérica para esta formulação. A formulação com fibra de coco mostrou

resultados muito próximos aos valores da formulação sem compatibilizante,

indicando não se tratar de uma boa fibra para reforço em compósitos

poliméricos.

O comparativo dos ensaios de resistência à flexão e resistência à

compressão entre as formulações com fibra de pinus com e sem

compatibilizante, mostraram que não houve um ganho tão significativo em

relação ao aumento das propriedades mecânicas do material, uma vez que a

formulação que utilizou o polipropileno maleatado apresentou um ganho de

apenas 4% no ensaio de resistência à flexão.

O ensaio de arranque de parafuso demonstrou relação com o ensaio de

dureza, pois o maior valor obtido para o arranque de parafuso foi justamente

para a fibra de maior dureza, ou seja, para a fibra de coco.

A dilatação térmica linear entre as formulações com e sem polipropileno

maleatado, indicam uma redução muito grande nesse parâmetro para todas as

formulações de compósito polimérico com reforço lignocelulósico quando

comparadas com a dilatação térmica linear do PEAD reciclado, devido a

incorporação da fibra vegetal e da carga mineral na formulação.

61

Através da avaliação da microscopia óptica é possível verificar que

quando o PPMA é utilizado nas formulações de WPC, não somente ocorre uma

melhor dispersão da fibra na matriz polimérica, mas também uma boa adesão

da fibra lignocelulósica com o PEAD. Dentre as fibras que utilizaram

polipropileno maleatado, a fibra de eucalipto foi a que apresentou melhor

adesão da fibra na matriz, comprovados através dos ensaios mecânicos que

apresentaram os melhores resultados. A microscopia óptica permite ainda

avaliar através da figura 50 que a formulação sem compatibilizante ficou com

as fibras soltas na matriz polimérica. Reforçando a fraca adesão do compósito

sem PPMA, a figura 39 mostra que quando não se utiliza o PPMA não há uma

formação de grão uniforme.

62

6. SUGESTÕES

Diante das pequenas diferenças entre os valores dos ensaios mecânicos

apresentados neste trabalho entre as formulações com e sem PPMA –

Polipropileno maleatado, sugere-se a utilização de polietileno maleatado –

PEMA como compatibilizante em vez do PPMA em todas as formulações para

que se possa avaliar se haverá um aumento significativo no desempenho

mecânicos das formulações.

Verificar ainda o percentual máximo de reforço lignocelulósico e carga

mineral incorporado à matriz de PEAD reciclado, sem que as propriedades

mecânicas sejam prejudicadas e analisar os benefícios desse aumento.

Substituir as fibras de coco por fibras de curauá, devido às excelentes

propriedades reforçadoras dessa fibra, nas formulações de WPC deste trabalho

e avaliar o desempenho dos mesmos.

63

7.REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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Utilização de reforço lignocelulósico em polietileno de alta densidade

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