4.1. COMPÓSITOS DE POLIPROPILENO E CARGAS VEGETAIS
Como o polipropileno é uma matriz polimérica utilizada em larga escala, várias pesquisas utilizaram esse polímero e avaliaram as propriedades obtidas nos compósitos do mesmo com cargas vegetais:
Oksman e Clemons (1997) analisaram as propriedades mecânicas e morfológicas de compósitos de polipropileno e pó de madeira (PP/WF) com diferentes modificadores de impacto e polipropileno grafitizado com anidrido maleico (MAPP) como um agente de acoplamento. Utilizaram dois terpolímeros diferentes de etileno/propileno/dieno (EPDM) e um copolímero tribloco de estireno-etileno/butileno- estireno grafitizado com anidrido maleico (SEBS-MA) como modificadores de impacto nos sistemas de PP/WF. Verificaram que: todos os três elastômeros aumentaram a resistência ao impacto das combinações de PP/WF, mas os compósitos com anidrido maleico apresentaram maiores resultados de resistência ao impacto do que os EPDM e SEBS adicionados individualmente; a adição individual de MAPP não afetou as propriedades de impacto em relação às combinações, mas apresentou um efeito positivo nas mesmas quando utilizado em conjunto com os elastômeros. Os testes de resistência mostrou que MAPP teve um efeito negativo sobre o alongamento na ruptura e um efeito positivo sobre a resistência à tração.
Camargo (2006) estudou compósitos de polipropileno reforçados com farinha de madeira para aplicações em produtos moldados por injeção. Ele testou três tipos de agentes acoplamento com funcionalidade maleica. Avaliou a eficiência desses agentes através de medidas de resistência à tração do compósito. Incorporou também ao compósito aditivos específicos tais como estabilizantes térmicos e estabilizantes UV durante o processamento para melhorar a estabilidade oxidativa da mistura sob ação do calor e do produto sob ação de intempéries. Detectou que medidas de tempo de indução oxidativa (OIT) para diferentes tipos de atioxidantes evidenciaram mecanismos distintos de estabilização térmica entre o polímero puro e o compósito. Submeteu as amostras ao envelhecimento em estufa, observando-se um gradativo enrijecimento das amostras após o condicionamento
térmico. Avaliou a eficiência de dois pacotes de estabilização ao ultra-violeta através de envelhecimento acelerado das amostras em câmaras de intemperismo. Mediu o grau de amarelecimento das amostras após testes de cor. No ensaio de HDT (temperatura de deflexão térmica) observou um acréscimo significativo na rigidez do compósito com a adição de farinha de madeira. Verificou que nos testes de reometria capilar os parâmetros reológicos (consistência e índice de potências) do compósito não indicaram grandes desvios em relação ao polipropileno puro, garantindo assim boa moldabilidade para as formulações desenvolvidas. Entretanto, verificou que a consistência do fundido mostrou-se bastante sensível à temperatura de ensaio.
Hristov et al. (2006) analisaram a influência do excesso de agente de acoplamento, nos processos de microdeformação e propriedades mecânicas dos compósitos de polipropileno e pó de madeira, avaliando a adição de teores de 0,5, 1,0 e 1,5% de polipropileno grafitizado com anidrido maleico (PPMA) nas composições. Destacaram que apesar de alguns estudos concluírem que o anidrido melhora a adesão entre o polipropileno e o pó de madeira, conduzindo a um aumento das propriedades mecânicas, isso só ocorre para um certo limite de concentração do agente na junção. O PPMA, quando adicionado em concentrações elevadas, não apenas fica localizado em torno da partícula de madeira, mas também tende a formar uma fase separada distribuída dentro da matriz do polipropileno, afetando suas propriedades. Verificaram que os domínios de PPMA afetaram fortemente as propriedades mecânicas e o comportamento de deformação dos compósitos. Uma concentração elevada e constante do agente de acoplamento, ou seja, aumentando-se o nível de enxerto de anidrido maleico, acima de um certo limite, não proporciona uma melhoria adicional da tração e resistência ao impacto dos compósitos com pó de madeira. As partículas dispersas de PPMA atuam como concentradores de tensão semelhante às partículas de outros modificadores e após o início do descolamento na interface, a matriz sofrerá deformação plástica e romperá por cisalhamento. A conclusão geral foi que, para a produção de compósitos poliméricos com desempenho mecânico aceitável, uma cuidadosa seleção de agentes de acoplamento e de seus teores se faz necessária.
Ishizaki et al. (2006) realizaram a caracterização mecânica e morfológica de compósitos de polipropileno e fibras de coco verde analisando a influência do teor de fibra e as condições de mistura. Prepararam compósitos de polipropileno com 10,
20 e 30% em volume de fibra de coco verde que foram obtidos em câmara de mistura Haake, tendo como variáveis a temperatura de processamento e a velocidade de cisalhamento. O módulo de flexão e as características morfológicas dos diferentes compósitos obtidos foram avaliados e comparados com o polipropileno puro. Observaram que a temperatura de 170°C, a velocidade do rotor de 60 rpm e o teor de fibra de coco verde de 30% forneceram o melhor desempenho quanto à flexão. Essas observações foram comprovadas pela análise da morfologia. Concluíram que o uso da câmara de mistura Haake para a obtenção dos compósitos de polipropileno e fibra do coco verde não foi eficiente, já que o desempenho dos compósitos foi semelhante ao polipropileno puro.
Guo e Wang (2007) estudaram o efeito de acoplamento do estireno- etileno-butileno-estireno com anidrido maleico grafitizado (SEBS-MA) adicionado nos teores de 0, 2, 4, 6, 8 e 10%, nos compósitos de polipropileno e fibra de madeira. Utilizaram na preparação dos compósitos uma extrusora dupla rosca e para moldagem dos corpos de prova uma injetora. Os resultados dos ensaios de reologia e análise dinâmica mecânica mostraram que o SEBS-MA é um agente de acoplamento eficiente para os compósitos analisados; houve também aumento na resistência à tração e da deformação, e da resistência à flexão com o aumento do teor de SEBS-MA. O ganho observado nessas propriedades é atribuído à elevada interação entre a matriz de PP e a fibra de madeira, devido à presença do anidrido maleico, que foi confirmada por eles na análise das micrografias.
Silva et al. (2009) estudaram as aplicações de fibras lignocelulósicas na química de polímeros e em compósitos. Mostraram que a elevada disponibilidade de fibras lignocelulósicas, somada a necessidade de uma fonte renovável para a produção de polímeros, abre uma grande oportunidade para avanços tecnológicos que agreguem valor aos produtos da agroindústria e ao mesmo tempo atuem na fixação de carbono na natureza. Além disso, ações como a da Organização Nacional das Nações Unidas, que declarou o ano de 2009 como o ano internacional das fibras naturais, são úteis para alavancar a exploração real das mesmas.
Ezekiel et al. (2010) estudaram o efeito da temperatura e duração do aquecimento nas fibras de coco, concluindo que biocompósitos derivados de resina polimérica e fibras lignocelulósicas podem ser processados a temperaturas de 100°C a 230°C para durações de até 30 min. Estes parâmetros de processamento conduzem normalmente à degradação da fibra, e redução das propriedades
mecânicas como módulo de Young, tensão última de tração e alongamento na fratura. As fibras de coco foram examinadas aquecendo-as em um forno com temperaturas entre 150°C e 200°C para 10, 20 e 30 min para simular condições de processo. A degradação de propriedades mecânicas foi avaliada baseada nas propriedades de tração. Observaram redução da tensão máxima e da deformação, além do aumento do módulo de elasticidade.
Bledzki et al. (2010) analisaram a utilização de casca de cevada e casca de coco em compósitos com polipropileno. O objetivo principal da pesquisa deles foi estudar a viabilidade de utilização de subprodutos, como a casca de cevada e a casca de coco como enchimentos alternativos para a fibra de madeira macia, para utilização como reforço em material compósito. Chegaram as seguintes conclusões: a casca de cevada e a casca de coco são termicamente estáveis à temperaturas elevadas como 235°C e 195°C, respectivamente, o que pode ser comparado com a fibra de madeira macia, que é termicamente estável até uma temperatura de 245°C. Os teores dos materiais estruturais (celulose, amido) que estão presentes nas cascas de cevada e de coco são de 50% e 34%, respectivamente. Tanto as fibras da casca de coco quanto as da casca de cevada mostraram-se ricas em carbono na sua superfície em comparação com fibra de madeira macia. A casca de coco contém mais compostos inorgânicos sobre a superfície que a casca de cevada. Compósitos reforçados com casca de cevada mostraram resistência à tração 10% melhor do que os compósitos de fibra de madeira macia. Os compósitos reforçados com casca de coco e com casca de cevada apresentaram alongamento na ruptura de 80% e 40%, respectivamente. A melhoria na resistência ao impacto Charpy foi de 20% (casca de coco) e 35% (casca de cevada), comparados aos compósitos com fibras de madeira macia.
Becker et al. (2010) analisaram a influência da sequência de mistura do compósito de polipropileno (PP) com 10% em volume de fibras de bananeira (FB) utilizando polipropileno enxertado com anidrido maleico (PP-MA) como agente de acoplamento. Foram utilizadas três sequências de mistura: o processamento de todos os componentes juntos (PP + PP-MA + FB); a extrusão do PP/PP-MA e após moagem, esta mistura foi processada com a FB ((PP + PP-MA) + FB); e a mistura do PP-MA com a FB seguida da extrusão deste compósito com o PP (PP + (PP-MA + FB)). Eles concluíram que os compósitos apresentaram maior estabilidade térmica e menor grau de cristalinidade que o PP puro, independentemente da sequência de
mistura. Constataram que a mistura de PP + PP-MA + FB processada uma única vez apresentou maior resistência ao impacto. Os compósitos modificados com PP-MA, independentemente da sequência de mistura, apresentaram módulo de elasticidade maior e menor absorção de água que o compósito sem agente de acoplamento. Já para a resistência à tração máxima e módulo de elasticidade não ocorreram alterações significativas em relação aos métodos de mistura. Na microscopia eletrônica de varredura eles observaram que as FB apresentaram maior adesão nos compósitos com PP-MA, principalmente para a composição PP + (PP-MA + FB).
Santos et al. (2010) estudaram compósitos de polipropileno (PP) com fibras curtas de coco que foram preparados em extrusora, com dois perfis de temperatura, visando avaliar o efeito compatibilizante de PP modificado com vinilalcoxisilano e com anidrido maleico. Verificaram que os dois agentes de acoplamento melhoraram o módulo elástico, a tensão máxima e a resistência à absorção de água quando os materiais foram processados utilizando-se um perfil de temperaturas mais elevadas. A morfologia dos compósitos também ficou mais homogênea na presença dos agentes de acoplamento, especialmente naqueles processados na temperatura mais alta. Concluíram então, que esses resultados indicam que a temperatura é uma variável fundamental no estabelecimento das interações envolvendo os processos de compatibilização.