Preparação dos materiais poliméricos com e sem incorporação de CZFF

A incorporação do CZFF foi tentada nos polímeros SEBS e TPU, por uma questão de disponibilidade. A proporção de monómero é desconhecida para ambos. No contexto industrial, os polímeros são moldados com uma extrusora. No entanto, estas utilizam grandes quantidades de material, tornando impossível a sua utilização à escala laboratorial. Assim, o método de preparação dos provetes com e sem incorporação foi realizado por dissolução de grãos de polímero num determinado solvente, seguido por uma adição do CZFF dispersado nesse mesmo solvente e por posterior evaporação do

mesmo. A figura 3.15 contém uma fotografia dos grãos de TPU utilizados durante a preparação dos provetes.

Figura 3.15 - Grãos de TPU utilizados na preparação de provetes.

Inicialmente foram realizados testes de solubilidade com os polímeros para determinar o melhor solvente a utilizar. Estes testes foram realizados com aproximadamente 0,1 g de polímero num matraz com 10 mL de solvente em agitação magnética num banho a 50 ºC. Os solventes experimentados foram a acetona (num banho a 30 ºC), tolueno, hexano, etanol, ciclohexano, isopropanol, DMF (dimetilformamida) e THF (tetraidrofurano). Estes dois últimos, foram os únicos capazes de dissolver o polímero de TPU, enquanto que nenhum dos solventes experimentados conseguiu dissolver o polímero de SEBS. Assim, a preparação de provetes foi realizada apenas com TPU. O THF foi preferido em relação ao DMF, já que tem um ponto de ebulição menor (66 ºCvi _{e 153 ºC}vi_{), sendo mais fácil de evaporar. A tabela 3.7 resume} os resultados dos testes de dissolução realizados.

Tabela 3.7 - Teste de dissolução dos polimeros TPU e SEBS em diferentes solventes.

Material Solvente

Tolueno Hexano Etanol Ciclohexano Isopropanol DMF THF

TPU     





SEBS       

Para a preparação dos provetes, a massa de polímero foi pesada e dissolvida

em THF na proporção de 20 ± 5 mL·g-1_{, num matraz de 250 mL e num banho de}

50 ± 3 ºC. A incorporação do CZFF foi realizada por pesagem e dispersão do mesmo em 10 ± 5 mL de THF num banho de ultrassons (3 ± 1 min). As misturas preparadas

foram colocadas em placas de Petri, que serviram de molde, e deixadas a evaporar para posterior caracterização.

Inicialmente a evaporação foi realizada a céu aberto, demorando entre 1 e 2 dias para quantidades de polímero baixas (1 g), tendo formado um filme. No entanto, algumas técnicas de caracterização requerem provetes com espessuras maiores. Assim, foi necessário preparar provetes com maiores quantidades de polímero (10 g). No espaço de aproximadamente 1 semana verificou-se que a evaporação, embora muito incompleta, resultou no aprisionamento de bolhas de ar na estrutura polimérica devido à viscosidade que o polímero adquiria com a evaporação. Desta forma, foi necessário encontrar um procedimento que permitisse obter provetes sem bolhas aprisionadas.

A partir deste ponto, o TPU dissolvido em THF passou a ser sonicado (15 min) antes de ser colocado na placa de Petri, de forma a remover o máximo possível de ar dissolvido. Inicialmente, realizou-se a evaporação sob o efeito de sucção da hotte, não tendo surtido efeito na prevenção de bolhas de ar na estrutura. Assim, experimentou-se realizar o mesmo processo, deixando a placa de petri num banho aquecido. Temperaturas de 50 ºC resultaram na ebulição do solvente em poucos minutos, deixando defeitos no provete. Para temperaturas de 30 ºC, num espaço de uma semana, verificou-se também a presença de bolhas aprisionadas na mistura viscosa do polímero. Foi ainda tentada a adição gradual de polímero dissolvido em todas estas condições, ou seja, foram feitas adições de camadas de polímero dissolvido (não mais que 2 g) com um tempo de espera de 1 ou 2 dias. Esperava-se que desta forma que a evaporação fosse feita em camadas para prevenir que a grande viscosidade da mistura aprisionasse as bolhas de ar. Nenhuma destas tentativas conseguiu impedir este efeito.

Finalmente, foi experimentada a evaporação do TPU dissolvido em vácuo baixo (105 _{Pa ≥ P > 3,3x10}3 _{Pa), selando a placa de Petri num exsicador com uma atmosfera}

de baixa pressão. Foi possível obter provetes lisos, planos e secos após evaporação do solvente que durou aproximadamente 30 dias. Durante o processo de formação de vácuo na câmara (exsicador) verificou-se a formação de bolhas, presumidamente ar dissolvido no solvente, a escapar da mistura. Considerou-se que o vácuo foi completo quando se deixou de observar bolhas, ou seja, quando todo o ar dissolvido foi removido. Foi também tentado este procedimento a uma pressão inferior (5x103 _{Pa), que resultou} na ebulição do solvente não tendo sido possível obter provetes de boa qualidade.

As dimensões dos provetes com e sem incorporação de CZFF diretamente obtidos da placa de Petri, assim como as quantidades de TPU e CZFF utilizados nos mesmos, encontram-se presentes na tabela 3.8. Os provetes preparados foram submetidos a análises de condutividade térmica, abrasão, massa volúmica e dureza, com o objetivo de comparar o desempenho do material compósito. Para tal, os materiais preparados tiveram de ser cortados para satisfazer as dimensões de amostra ditadas nas normas de cada análise. Os cortes necessários foram realizados com uma prensa industrial e diferentes formas metálicas. A figura 3.16 contém uma fotografia de um dos filmes preparados para os testes de condutividade térmica. Ainda, a figura 3.17 contém alguns provetes cortados para utilização nos testes de abrasão e dureza. Devido a falta de tempo não foi possível preparar provetes com outras proporções de CZFF para os ensaios de abrasão, massa volúmica e dureza. A nomenclatura dada a cada provete produzido ao longo deste trabalho foi de TPU+CZFF X %, onde X foi a proporção mássica de CZFF incorporado no material.

Tabela 3.8 – Dimensões e quantidades de materiais utilizados nos provetes preparados para a caracterização.

Provete para análise mTPU (g) mCZFF (g) Proporção de TPU + CZFF Espessura (mm) Diâmetro do molde (mm) Condutividade térmica 1,6162 0 0 0,23 96,16 1,4917 0,0294 1,93 1,6279 0,0462 2,76 1,5806 0,0831 4,99 Abrasão, massa volúmica e dureza 9,4850 0 0 2,12 95,46 8,8044 0,4907 5,279

Figura 3.16 - Fotografia de um filme de CZFF 2% (w/w) incorporado em TPU.

Figura 3.17 - Fotografia de dois provetes de CZFF incorporado em TPU utilizados nos testes de abrasão e dureza.