Uso de Agentes de Acoplamento nos Compósitos (Experimento II)

Os valores médios de resistência à tração e à flexão na força máxima, encontrados para os corpos-de-prova dos compósitos confeccionados com agente de acoplamento comercial (polybond), agente de acoplamento produzido em laboratório (HDPE maleinizado) e sem agente de acoplamento, com diferentes proporções de serragem e HDPE reciclado, são mostrados na Tabela 25.

Os resultados foram submetidos à análise de variância, visando determinar se houve diferenças significativas pelo teste de F entre as variáveis analisadas. Na Tabela 26 e na Tabela 27 são apresentadas as análises de variância realizadas, onde verifica-se que para resistência à tração as duas variáveis analisadas e a interação entre elas apresentaram diferença estatística significativa, enquanto que para resistência à flexão somente a proporção de serragem não apresentou diferença significativa.

TABELA 25- VALORES MÉDIOS DE RESISTÊNCIA À TRAÇÃO E À FLEXÃO DAS PLACAS COM AS DIFERENTES MISTURAS DE SERRAGEM DE PINUS, r-HDPE E AGENTES DE ACOPLAMENTO

Mistura Tipo de Agente Serragem (%) Tração_(MPa) 1 Flexão _(MPa) 2

1 20 17,8 25,1 2 40 14,3 22,8 3 sem uso de agente 60 11,1 17,4 4 20 20,6 28,3 5 40 17,4 25,0 6 g-HDPE 60 16,0 26,6 7 20 24,8 31,4 8 40 21,9 30,4 9 polybond 60 25,0 36,0

NOTAS: *Cada valor corresponde à média de duas repetições

1 _{Resistência à tração na força máxima} 2 _{Resistência à flexão na força máxima}

TABELA 26 - ANÁLISE DE VARIÂNCIA DA RESISTÊNCIA À TRAÇÃO DAS PLACAS COM DIFERENTES TIPOS DE AGENTE DE ACOPLAMENTO E PROPORÇÕES DE SERRAGEM Fonte de Variação SQ GL QM F Agente de acoplamento 276,370 2 138,185 77,965* Proporção de Serragem 48,780 2 24,390 13,761* Agente x Serragem 31,419 4 7,855 4,432* Erro 15,952 9 1,772 Total 372,521 17

NOTA: *Significativos ao nível de 5% de probabilidade de erro

TABELA 27 - ANÁLISE DE VARIÂNCIA DA RESISTÊNCIA À FLEXÃO DAS PLACAS COM DIFERENTES TIPOS DE AGENTE DE ACOPLAMENTO E PROPORÇÕES DE SERRAGEM Fonte de Variação SQ GL QM F Agente de acoplamento 353,350 2 176,675 67,193* Proporção de Serragem 15,379 2 7,690 2,925 Agente x Serragem 93,837 4 23,459 8,922* Erro 23,664 9 2,629 Total 486,231 17

NOTA: *Significativos ao nível de 5% de probabilidade de erro

O fato da variação da proporção de serragem não ter influenciado nos valores médios de resistência à flexão das placas confeccionadas, mostra que pode

não ter havido uma boa dispersão do resíduo de madeira na matriz polimérica. Segundo a literatura, um aumento da proporção de serragem nos compósitos deve provocar aumento da resistência à flexão quando a dispersão do reforço na matriz polimérica for bem realizada (COLOM et al., 2003). No entanto, a análise de variância também mostrou que houve interação entre a proporção de serragem e o tipo de agente de acoplamento. Assim, se pode inferir que esse efeito pode ter ocorrido para apenas para algum dos tipos de agentes de acoplamento usados.

Visando elucidar melhor essa questão, foram analisados os gráficos das Figuras 32 e 33, que ilustram as diferentes variações ocorridas nas propriedades mecânicas das chapas em função da variação na proporção de serragem e para cada tipo de agente de acoplamento utilizado.

FIGURA 32 - VALORES DE RESISTÊNCIA À TRAÇÃO EM FUNÇÃO DA PROPORÇÃO DE SERRAGEM PARA CADA UM DOS AGENTES DE ACOPLAMENTO UTILIZADOS

Proporção de serragem (%) 70 60 50 40 30 20 10

Resistência à tração (MPa)

26 24 22 20 18 16 14 12 10 Agente g-HDPE Rsq = 0.7418 Polybond* Rsq = 0.0034 s/ agente Rsq = 0.9587

NOTA: *Regressão não significativa pelo teste F ao nível de 5% de probabilidade de erro.

FIGURA 33 – VALORES DE RESISTÊNCIA À FLEXÃO EM FUNÇÃO DA PROPORÇÃO DE SERRAGEM PARA CADA UM DOS AGENTES DE ACOPLAMENTO UTILIZADOS

Proporção de serragem (%) 70 60 50 40 30 20 10

Resistência à flexão (MPa)

40 30 20 10 Agente g-HDPE* Rsq = 0.1557 Polybond* Rsq = 0.4393 s/ agente Rsq = 0.8914

NOTA: *Regressão não significativa pelo teste F ao nível de 5% de probabilidade de erro.

O uso do g-HDPE diminuiu a perda de resistência que ocorreu com o aumento da proporção de serragem em ambas as propriedades (tração e flexão) em relação aos compósitos sem agente. Na resistência à tração, o agente de acoplamento comercial (Polybond) evitou essa diminuição e na resistência à flexão possibilitou, inclusive, um aumento dos valores médios dessa propriedade com o aumento da proporção de serragem.

Numa análise geral dos resultados, verificou-se que o uso do agente de acoplamento Polybond 3009 ocasionou valores médios mais altos de resistência à tração e à flexão que os obtidos com as placas confeccionadas com g-HDPE ou sem o uso de agente de acoplamento, em qualquer das proporções de serragem usadas. O g-HDPE, confeccionado no laboratório, mostrou resultados inferiores ao comercial, mas superiores aos encontrados para as chapas onde não se utilizou agente de

acoplamento. É possível também visualizar nas Figuras 32 e 33 que esse efeito foi mais pronunciado para a proporção de 60% de serragem.

Em geral, os autores são unânimes em afirmar que o uso de poliolefinas modificadas com anidrido maleico promovem uma melhor dispersão das fibras celulósicas na matriz polimérica. RAJ et al. (1989) confeccionaram compósitos com melhor resistência à tração usando fibras tratadas com HDPE e LDPE modificados com anidrido maleico, do que com fibras não tratadas. LAI et al. (2003) demonstraram que o uso de anidrido maleico em diferentes poliolefinas foi mais eficaz quando usado para funcionalizar HDPE e LLDPE.

SELKE & CHILDRESS (1993) usando MAPP em compósitos com 40% de fibras de Aspen em HDPE, nas proporções de 1, 3 e 5%, obtiveram os melhores resultados de resistência à tração e de MOE com a proporção de 5% de agente de acoplamento. Com base nesses trabalhos e nos resultados obtidos, pode-se também inferir que o fato do g-HDPE não apresentar a mesma eficiência do Polybond se deve a uma funcionalização não completa do HDPE pelo anidrido maleico nas condições utilizadas.

Na Figura 34 são apresentadas as micrografias da microscopia eletrônica de varredura (SEM) da fratura de amostras dos compósitos confeccionados com os dois diferentes tipos de agente de acoplamento e sem agente, para a proporção de 40% de serragem nos compósitos. Nessas micrografias, pode-se confirmar que a dispersão da serragem no compósito foi melhor com o uso do agente de acoplamento comercial.

Nas micrografias do compósito com agente de acoplamento comercial, não há diferenças marcantes entre as fases de fibra e de matriz, mostrando um composto homogêneo. Já na micrografia do compósito com HDPE maleinizado aparecem essas duas fases, com marcante definição da disposição das fibras. Na micrografia do compósito sem agente de acoplamento, além de estarem bem definidas essas duas fases, aparecem agregados de fibras e regiões de espaços vazios entre as fibras e a matriz, mostrando a fraca adesão entre ambas.

BENGTSSON et al. (2005), usando silano como agente de acoplamento, também compararam micrografias da face da fratura de compósitos de HDPE e serragem de pinus, de compósitos com e sem agente de acoplamento. Da mesma

forma, os autores verificaram melhor dispersão da serragem na matriz com o uso do agente a base de silano. Foi possível visualizar regiões onde as fibras foram destacadas do HDPE na fratura (compósitos sem agente), que foram confrontadas com regiões onde houve o rompimento longitudinal da fibra (compósitos com agente). Isso é uma indicação de que há transferência dos esforços sofridos pela matriz, mais fraca, para a fibra, mais forte.

FIGURA 34- MICROGRAFIAS DAS SUPERFÍCIES DE FRATURA DOS COMPÓSITOS, CONFECCIONADOS COM OS DOIS DIFERENTES TIPOS DE AGENTES DE ACOPLAMENTO E SEM AGENTE

NOTAS: (a1 e a2) 40% de serragem e Polybond 3009 (b1 e b2) 40% de serragem e HDPE maleinizado; (c1 e c2) 40% de serragem e sem agente

a2 b2 c2 a1 b1 c1 100 µm _____ 100 µm _____ 100 µm _____

4.3.3 Propriedades de Compósitos Confeccionados com r-HDPE e Diferentes Tipos