4.1 - MATERIAIS 4.1.1 – Produtos
Os produtos químicos utilizados nessa dissertação encontram-se relacionados a seguir:
Borracha nitrílica carboxilada em pó NPX-2235 – cedida pela Nitriflex S/A Indústria e Comércio; grau de pureza: comercial; teor de acrilonitrila: 27%; viscosidade Mooney (100°C): 48; teor de agente de partição (talco e sílica): 12% (m/m), usada como recebida.
Borracha nitrílica carboxilada em fardo NP-3350X – cedida pela Nitriflex Indústria e Comércio S.A.; grau de pureza: comercial; teor de acrilonitrila: 27%; viscosidade Mooney (100°C): 48, usada como recebida.
Polipropileno (PP) H503 – cedido pela Braskem S.A.; MFI (230°C/2,16 Kg): 3,5 g/10 min; densidade: 0,905 g/cm3.
Polipropileno modificado com anidrido maleico (PPMA) – fornecido pela UFRGS, MFI (230°C/2,16 Kg): 51,9 g/10 min; teor de anidrido maleico: 2,5 x 10-1 mmol/g de polímero, usado como recebido.
Polipropileno modificado com metacrilato de glicidila (PPGMA) – fornecido pela UFRGS, MFI (230°C/2,16 Kg): 32,3 g/10 min; teor de metacrilato de glicidila: 1,9 x 10-1 mmol/g de polímero, usado como recebido. Tri-etileno tetramina (TETA) – cedido por Dow Química S.A.; grau de pureza: comercial; usado como recebido.
Irganox 565 – Ciba Speciality Chemicals, grau de pureza comercial, usado como recebido;
1,1-(metileno-di-4,1 fenileno)bismaleimida – BMI (agente de cura) – grau de pureza: comercial; usado como recebido.
Peróxido de Dicumila – DCP (agente de cura) – grau de pureza: comercial, usado como recebido.
Óleo ASTM 3 – Parabor Indústria e Comércio de Produtos Químicos; grau de pureza: comercial; usado como recebido.
Ftalato de 2 etil hexila (DOP) – fornecido pela Scandiflex Indústria e Comércio; grau de pureza comercial; usado como recebido.
Óleo naftênico – fornecido pela Ipiranga Química; grau de pureza comercial; usado como recebido.
4.1.2 – Equipamentos Utilizados
Além das vidrarias e aparelhos usuais de um laboratório de pesquisa, também foram utilizados nesta dissertação os seguintes equipamentos:
♦ Balança Kern 444-45, com sensibilidade de 0,1g – IMA/UFRJ.
♦ Balança Boeco Germany, com sensibilidade de 0,0001 g – IMA/UFRJ. ♦ Balança METTLER AE 50, com sensibilidade de 0,0001 g – IMA/UFRJ. ♦ Máquina Universal de Ensaios Instron, modelo 5569, com célula de 1 KN –
IMA/UFRJ.
♦ Paquímetro digital Digital Mituyoto Digimatic Calipers, sensibilidade de 0,05 mm – IMA/UFRJ.
♦ Estufa com circulação forçada de ar, MMM Group, Alemanha, modelo Venticell – IMA/UFRJ.
♦ Microscópio eletrônico de varredura (SEM) Jeol, modelo JSM-5610 JLV. ♦ Reômetro de Placas Paralelas, Modelo AR2000, TA Instrumentos –
IMA/UFRJ.
♦ Analisador dinâmico-mecânico (DMA), Q800, TA Instrumentos – IMA/UFRJ.
♦ Câmara mistura – Plastograph Brabender, equipada com rotor Banbury – IMA/UFRJ.
4.2 – MÉTODOS
A seguir, serão descritos os métodos utilizados para a preparação e caracterizações das misturas.
4.2.1 – Preparação das Misturas PP/XNBR
As misturas de PP/XNBR foram preparadas em misturador interno Brabender, equipados com rotores do tipo Banbury, a 80 rpm e 185°C. Com exceção do estudo do efeito da forma física da XNBR, no qual o elastômero na forma de fardo é também utilizado, as demais misturas foram preparadas usando a XNBR em pó. O sistema BMI/DCP foi usado como agente de vulcanização e o Irganox 565 foi usado como antioxidante para todos os TPVs desenvolvidos.
A formulação das misturas foi feita em phr e o teor de agente compatibilizante foi inserido no teor da fração termoplástica da mistura. Por exemplo, no caso de adição de 5 phr de agente compatibilizante, o teor de PP deverá ser de 45 phr, para totalizar 50 phr do termoplástico.
A formulação básica das misturas realizadas está disposta na Tabela 2. De acordo com cada tipo de estudo a composição global da mistura variou e, portanto, será abordada em cada tipo de estudo.
Tabela 2 – Formulação básica das misturas PP/XNBR vulcanizadas dinamicamente
Ingredientes PP XNBR Irganox BMI DCP
Quantidades 50 50 2 0,5 0,5
Nesta Dissertação foram realizados os seguintes estudos: a) Estudo do efeito do plastificante
Os plastificantes utilizados neste estudo foram o óleo naftênico e o ftalato de 2 etil hexila (DOP). Este último tem sua estrutura química representada na Figura 15.
O O CH2CH(CH2)3CH3 CH2CH3 O O CH2CH(CH2)3CH3 CH2CH3 PP XNBR, Irganox e plastificante BMI DCP
2 min 3 min 30 seg
Término do processo de
mistura 3 min
Figura 15 – Estrutura química do plastificante DOP
O processamento das misturas para esse estudo seguiu ao procedimento representado pela Figura 16.
Figura 16 – Esquema do processamento das misturas utilizadas para o estudo do efeito do plastificante
b) Estudo do efeito da forma física da borracha nitrílica carboxilada
Para esse estudo foram utilizados dois tipos de borracha nitrílica carboxilada, variando apenas a sua forma física. Um apresentou-se na forma tradicional, em fardos e o outro tipo na forma em pó. O processamento das misturas com XNBR em pó foi feito da seguinte forma: o PP foi processado por dois minutos; em seguida foram adicionados a XNBR, DOP e Irganox, que foram processados por 2 minutos; Trinta segundos depois, ocorreu a adição do DCP, deixando a vulcanização dinâmica do material acontecer por 3 minutos.
O processamento das misturas PP/XNBR 50/50 phr envolvendo a XNBR na forma de fardo é um pouco diferenciado em relação ao da borracha em pó. Nesse caso se faz necessário realizar uma etapa de mastigação do elastômero com o plastificante e o antioxidante, anterior à sua mistura com o PP e os aditivos. A
PP + Agente interfacial 2 min TETA 2 min XNBR, Irganox e plastificante 3 min BMI 30 seg DCP 3 min
Término do processo de mistura
mastigação foi realizada no misturador interno Brabender à 80ºC por 5 minutos, formando uma pré-mistura.
A pré-mistura obtida foi utilizada para compor a mistura com o PP, que seguiu o seguinte procedimento: O PP foi processado durante 2 minutos; em seguida foi adicionada a pré-mistura, sendo processada por mais 2 minutos; logo após ocorreu a adição do BMI – 30 segundos e finalmente, o DCP, sendo a mistura então processada por mais três minutos.
c) Efeito do sistema de compatibilização
As misturas PP/XNBR 50/50 phr desenvolvidas nesse estudo foram processadas conforme mostrado na Figura 17.
Figura 17 – Esquema representativo do processamento das misturas para o estudo do efeito da compatibilização
C CH3 CH3 O O C CH3 CH3 N O O R N O O
d) Efeito da concentração do agente de cura
O sistema de vulcanização escolhido para esse estudo devido a sua eficiência em TPVs à base de NBR foi o sistema BMI/DCP, cujas estruturas químicas estão dispostas na Figura 18.
Figura 18 – Estruturas químicas básicas do BMI e DCP, respectivamente (Nicolini, 2007)
Nesse estudo misturas com diferentes teores do sistema de cura BMI/DCP foram processadas obedecendo ao procedimento representado pela Figura 17. e) Efeito da reprocessabilidade
Neste estudo, os materiais após o processamento, foram moídos e injetados, sendo novamente ensaiados. A etapa de injeção foi realizada nas mesmas condições descritas no item 4.2.2.1.
Para ilustrar esta habilidade de reprocessamento das misturas PP/XNBR 50/50 phr, os TPVs foram reprocessados três vezes, com o produto sendo moído, injetado e ensaiado a cada nova etapa do ciclo, conforme Figura 19.
Figura 19 – Esquema do processo de reprocessamento que as misturas PP/XNBR 50/50 phr foram submetidas