2.2.1 Planejamento Fatorial 23: Influência da Sonificação e da Adição do Solvente Acetona na Viscosidade do Epóxi
Um planejamento fatorial 23 foi utilizado para estudar o efeito da sonificação e da adição ou não de acetona na viscosidade do epóxi. As três variáveis de interesse (amplitude de sonificação, tempo de sonificação e concentração de acetona), também denominadas de fatores, e os seus dois níveis de estudo estão identificados na Tabela 4. A Tabela 5 fornece a matriz do planejamento experimental, ou seja, a representação de todos os experimentos que foram realizados segundo as possíveis combinações de fatores e níveis.
Tabela 4. Fatores e níveis de estudo do planejamento fatorial 23.
Fatores Nível Inferior (-) Nível Superior (+)
(A) Amplitude de sonificação 22% 30%
(B) Tempo de sonificação 20 min 40 min
(C) Concentração de acetona 0% 10%
Tabela 5. Matriz do planejamento experimental.
Experimento A B C 1 – – – 2 + – – 3 – + – 4 + + – 5 – – + 6 + – + 7 – + + 8 + + +
Os experimentos foram executados em duplicata, totalizando dezesseis ensaios. Em cada ensaio empregaram-se 15 g de epóxi, os quais, foram sonificados por uma sonda de ultra-som (Sonics Vibration, 750 W, 20 kHz) com ou sem 10% de acetona em concentração m/m em relação ao epóxi. A utilização de 10% m/m de acetona baseia-se no trabalho desenvolvido por Loos [LOOS, 2007]. A análise estatística dos resultados, tendo a viscosidade como variável resposta, foi realizada pelo software Statistica®.
2.2.1.1 Preparação dos Nanocompósitos
Após a determinação das melhores condições para o preparo dos nanocompósitos, segundo a resposta viscosidade estudada no planejamento fatorial 23, foram preparados corpos-de-prova de tração e dilatometria de epóxi com NCPSc. O fluxograma da Figura 3 apresenta o processo de produção dos nanocompósitos.
Figura 3. Fluxograma da rota de produção dos nanocompósitos.
NCPSc
(0,00, 0,10 e 0,25%) Acetona (10%)
Sonificação (22%; 20 min) e agitação magnética simultâneas
Epóxi
Sonificação (22%; 20 min) e agitação magnética simultâneas
Degaseificação a 70°C por 1 hora
Adição de endurecedor (5:1, epóxi:endurecedor)
Moldagem em moldes de silicone Cura por 4 horas da temperatura ambiente até
60°C + 6 horas a 60°C sob vácuo Resfriamento até temperatura ambiente
De acordo com o fluxograma, os NCPSc nas concentrações de 0,00, 0,10 e 0,25% m/m em relação à fração de epóxi foram dispersos em acetona (10% m/m) sob a ação simultânea de agitação magnética e sonificação (22% de amplitude de ultra-som por 20 min). Imediatamente, a suspensão de NCPSc em acetona foi adicionada à fração de epóxi empregando-se novamente agitação magnética e sonificação simultâneas, nas mesmas condições anteriores. A mistura obtida foi degaseificada sob vácuo a 70°C por 1 hora e depois resfriada até a temperatura ambiente. O endurecedor foi então adicionado na proporção 5:1 (epóxi:endurecedor m/m) e homogeneizado manualmente. A mistura foi vazada em moldes de silicone e curada da temperatura ambiente até 60°C por 4 horas, seguidas por 6 horas a 60°C sob vácuo.
2.2.2 Planejamento Fatorial 22: Influência da Sonificação e da Adição do Solvente THF sobre a Resina Epóxi
Um planejamento fatorial 22 foi usado para analisar a influência da amplitude e do tempo de sonificação na viscosidade e na variação de massa molar do epóxi sonificado com THF. As Tabelas 6 e 7 mostram, respectivamente, os fatores e os níveis estudados no planejamento fatorial e a matriz do planejamento experimental. Os experimentos foram feitos sonificando-se 15 g de epóxi com 10% de THF m/m em relação à fração de resina.
Tabela 6. Fatores e níveis de estudo do planejamento fatorial 22.
Fatores Nível Inferior (-) Nível Superior (+)
(A) Amplitude de sonificação 22% 30%
(B) Tempo de sonificação 20 min 40 min
Tabela 7. Matriz do planejamento experimental.
Experimento A B
1 – –
2 + –
3 – +
O THF foi utilizado porque não se encontram na literatura estudos empregando este solvente. Além disso, espera-se que a estrutura do THF seja mais compatível com a estrutura dos NC na produção posterior de nanocompósitos.
2.2.3 Planejamento Fatorial 23: Influência da Sonificação e do Teor de NCPSc nas Propriedades de Nanocompósitos NCPSc/Epóxi Preparados com THF
Nanocompósitos de NCPSc/epóxi foram preparados com o auxílio de THF e do uso de ultra-som, com o objetivo de se alcançar uma dispersão homogênea dos nanotubos funcionalizados na matriz. Os nanocompósitos foram produzidos em duplicata a partir de um planejamento fatorial 23, no qual se definiram três fatores (amplitude de sonificação, tempo de sonificação e teor de nanotubos) variando em dois níveis. A concentração de THF utilizada foi fixada, para todos os experimentos, em 10% m/m em relação ao epóxi.
Tabela 8. Fatores e níveis de estudo do planejamento fatorial 23.
Fatores Nível Inferior (-) Nível Superior (+)
(A) Amplitude de sonificação 22% 30%
(B) Tempo de sonificação 20 min 40 min
(C) Teor de nanotubos 0,10% 0,25%
Tabela 9. Matriz do planejamento experimental.
Experimento A B C 1 – – – 2 + – – 3 – + – 4 + + – 5 – – + 6 + – + 7 – + + 8 + + +
As Tabelas 8 e 9 apresentam, respectivamente, os fatores estudados e os seus níveis de variação para o planejamento fatorial 23 e a matriz do planejamento experimental que fornece a listagem de todos os experimentos executados.
2.2.3.1 Preparação dos Nanocompósitos
O processo de produção dos nanocompósitos pode ser visto de forma resumida no fluxograma apresentado na Figura 4.
Figura 4. Fluxograma da rota de produção dos nanocompósitos.
Primeiramente, os NCPSc nas concentrações de 0,10 ou 0,25% m/m relativas à matriz epóxi foram dispersos em THF (10% m/m) sob a ação simultânea de agitação magnética e sonificação com 22 ou 30% de amplitude e por um período de tempo de 20 ou 40 minutos. Em seguida, a suspensão de NCPSc em THF foi adicionada à fração pré-
NCPSc (0,10 ou 0,25%)
THF (10%)
Sonificação (22 ou 30%; 20 ou 40 min) e agitação magnética simultâneas Epóxi
Sonificação (22 ou 30%; 20 ou 40 min) e agitação magnética simultâneas Degaseificação a 70°C por 1,5 hora
Adição de endurecedor (5:1, epóxi:endurecedor)
Moldagem em moldes de silicone
Cura a 60°C por 24 horas Resfriamento até temperatura ambiente
determinada de epóxi, novamente sob agitamento magnético e sonificação simultâneos nas mesmas condições anteriores. A mistura obtida foi degaseificada sob vácuo e com agitação magnética a 70°C por 1,5 hora e subseqüentemente resfriada até a temperatura ambiente, quando então, se adicionou o endurecedor na proporção 5:1 (epóxi:endurecedor m/m) homogeneizando-se a mistura manualmente. Por fim, a mistura foi vazada em moldes de silicone e curada na temperatura de 60°C por 24 horas.
Também foram preparadas amostras de referência, ou seja, sem NCPSc, empregando-se a mesma rota de produção, mas utilizando-se apenas uma única combinação de condições de sonificação – 22% de amplitude com 20 min de tempo de ultra-som.