ORIGINAL ASSINADA

Com base nesses trabalhos, comprovou-se que poucos estudos avaliaram as propriedades de misturas de poliamida 6 e ionômero Surlyn®, sendo assim uma boa alternativa para aproveitamento dos resíduos Surlyn®. Este trabalho teve como objetivo estudar o comportamento mecânico, térmico e morfológico de misturas de poliamida 6 e resíduos de ionômero Surlyn® nas concentrações de 30% em massa de Surlyn® sem adição de compatibilizante, e misturas com concentrações de 10 e 20% em massa de Surlyn®. Surlyn® compatível com copolímero de polietileno enxertado com anidrido maleico (MA) a 2% em peso.

IONÔMEROS

Modelo morfológico de cluster e multiplets

Quando as forças eletrostáticas geradas entre os íons são inferiores às forças de atração das cadeias poliméricas da matriz, o multipleto não é formado. O parâmetro iônico mais importante que afeta a formação dos multipletos é a força da interação eletrostática entre os íons emparelhados.

Modelo EHM

Modelo das transições térmicas dos clusters iônicos em ionômeros
Modelo morfológico dos ionômeros de E/MAA

Com o aumento da temperatura, a ordem existente nos aglomerados iônicos é destruída ao superar o Ti, mas os cristais de polietileno são retidos. Segundo eles, o pico endotérmico em baixa temperatura é assim causado pela fusão de cristais finos localizados em zonas interlamelares, ou seja, cristais secundários finos são formados entre os cristais primários (LOO et al., 2005).

SURLYN®, IONÔMERO DE POLI (ETILENO-ÁCIDO METACRÍLICO)

Surlyn® PC2000

A resina termoplástica Surlyn® PC2000 (Packaging Cosmectic) é um copolímero de ácido etileno/ácido metacrílico (E/MAA) no qual os grupos ácidos MAA foram parcialmente neutralizados com íons de sódio. A Figura 11 mostra alguns exemplos de embalagens de tampas de perfume produzidas com Surlyn® PC2000. O Gráfico 1 mostra os valores do índice de fusão Surlyn® PC2000 versus temperatura de teste (ASTM D1238 a 2,16 kg).

Surlyn® PC2000 é um polímero higroscópico e o teor de umidade absorvido pelo material tem um impacto significativo no processamento, fazendo com que o produto injetado desenvolva defeitos como bolhas e linhas de fluxo.

Geração de resíduos do ionômero Surlyn® PC2000

A Figura 13 ilustra uma moldagem em molde de 16 cavidades onde o canal representa 65% da massa total injetada no ciclo. Outro fator negativo para a comercialização do resíduo é o processamento específico do ionômero, que, embora normalmente processado em injetor convencional do tipo universal, possui uma peculiaridade de processo como alto ciclo de moldagem, altas pressões e necessidade de resfriamento do produto após a moldagem. Conforme será apresentado na seção 2.2.3 a seguir, algumas práticas são necessárias para se conseguir o reaproveitamento dos resíduos Surlyn® no processo fabril, mas devido à diferença entre a quantidade de resíduos gerados e a quantidade que pode ser reaproveitada, devido à impacto na qualidade do produto, parte dos resíduos deixa de ser reaproveitada no processo.

Reaproveitamento dos resíduos do ionômero Surlyn® PC2000

POLIAMIDA

Poliamida 6

O PA6 possui alto nível de resistência mecânica, sendo classificado como um plástico de engenharia, com campo de aplicação muito amplo. Além disso, apresentam boa estabilidade dimensional, boa resistência ao impacto sem corte, excelente resistência química, alta resistência à tração e flexão (RADICI, 2001). As poliamidas são higroscópicas, ou seja, tendem a absorver água, o que aumenta sua durabilidade e, consequentemente, também sua resistência ao impacto (MURASE; MYASHITA; KIMURA, 2002); (BASSANI, PESSAN, & HAGE, 2002).

As primeiras misturas incorporando PA6 foram desenvolvidas em 1948 e 1961, onde poli(acetato de vinil) (PVA) e acrilonitrila, butadieno e copolímero estireno (ABS), respectivamente, foram misturados com PA6 para melhorar a resistência da poliamida. A busca por melhorar a resistência ao impacto da poliamida continuou com o desenvolvimento de muitas misturas envolvendo poliolefinas e elastômeros (UTRACKI, 1995).

BLENDAS POLIMÉRICAS

Processo de obtenção de blendas
Sistemas miscíveis e imiscíveis
Agentes compatibilizantes
Caracterização da miscibilidade de misturas físicas

A maioria das misturas poliméricas miscíveis são misturas de polímeros amorfos ou, menos comumente, pares semicristalinos/amorfos, onde o critério de miscibilidade é a formação de uma única fase em nível molecular, ou seja, apenas uma Tg. A miscibilidade de uma mistura de polímeros é função da composição química e da massa molar dos polímeros constituintes da mistura. Compatibilizantes são macromoléculas que atuam na interface de misturas poliméricas imiscíveis, criando uma espécie de interação entre as fases.

Técnicas térmicas e dinâmico-mecânicas fornecem informações sobre as interações entre fases de misturas provenientes de transições térmicas. Assim, é possível relacionar as características morfológicas do sistema polimérico com suas propriedades térmicas (AKCELRUD, 2007).

BLENDAS COM POLIAMIDA 6

Em trabalho posterior, Bhattacharyya, Maiti e Misra (2002) estudaram as propriedades mecânicas de tração e flexão da blenda PA6 e EVA, onde observaram diminuição nos valores de pontuação das propriedades quando comparado ao puro. PA6. Os autores concluíram que a diminuição dos valores das propriedades mecânicas se deve à baixa adesão interfacial entre os polímeros observada na análise morfológica e também à introdução de um polímero com propriedades mecânicas inferiores, o EVA. 2003) investigaram as propriedades mecânicas de resistência ao impacto e o efeito da adição de um agente compatibilizante em blendas PA6/EPDM.

Foi observada uma diminuição nos valores de resistência ao impacto das misturas incompatíveis, indicando uma provável má adesão entre as fases. Foi obtida uma redução nos valores de resistência à tração nas misturas casadas em comparação às misturas incompatíveis.

BLENDAS DE IONÔMEROS COM POLIAMIDAS

Para a mistura binária ionômero/PA6, descobriu-se que o aumento da adição de ionômero resulta em uma diminuição na resistência à tração e nos valores do módulo de tração da mistura em comparação com o PA6 puro. Para misturas Surlyn®/LDPE, o aumento da deformação na ruptura foi confirmado pelo aumento da concentração de ionômero na mistura. Verificou-se que 0,5% em peso % de ionômero foi suficiente para a redução máxima no tamanho das partículas de polietileno altamente dispersas.

Foi verificado um aumento no valor da viscosidade com o aumento da concentração de ionômero em todas as misturas. Observou-se que o limite de escoamento e o módulo de elasticidade em tensão diminuem com o aumento da concentração de Surlyn®, mas a resistência ao impacto aumenta de forma linear essencial até cerca de 25% em peso do ionômero atingir um valor 425% maior em comparação ao PA6 puro.

MATERIAIS

MÉTODOS

Preparação das blendas
Secagem dos materiais
Extrusão dos materiais
Injeção dos corpos de prova

As composições das blendas mostradas no fluxograma, sem compatibilizante, variaram de 0% em peso de ionômero, isto é, poliamida pura, a 30% em peso de ionômero. A extrusão foi realizada em poliamida pura para manter a mesma história térmica e mecânica das blendas processadas. A extrusão das misturas foi realizada em extrusora modelo HAAKE Polylab OS Rheomex PTW 6, rosca corotante dupla com perfil constituído por elementos condutores e de cisalhamento, com diâmetro (D) de 16 mm e relação comprimento/diâmetro (L/ D) de 25, avanço de 6% e velocidade da rosca 200 rpm.

Antes das amostras serem injetadas, as misturas foram secas por 24 horas em forno a vácuo Vacucell a uma temperatura de 100°C. Após a injeção, as amostras foram condicionadas em ambiente climatizado a 23 ± 2°C por um período superior a 48 horas antes do teste mecânico.

CARACTERIZAÇÃO DAS BLENDAS

Índice de fluidez
Microscopia eletrônica de varredura (MEV)
Ensaios mecânicos

Ensaio de tração
Ensaio de flexão
Ensaio de impacto

Ensaios Térmicos

Temperatura de deflexão térmica (HDT)
Calorimetria exploratória diferencial (DSC)
Termogravimetria (TGA)

Análise de variância – ANOVA

O ensaio de tração consiste na fixação do corpo de prova em garras acopladas a uma viga fixa e a uma viga móvel. A taxa de deformação é monitorada e a tensão suportada pela amostra é registrada pela célula de carga (CANEVAROLO, 2003). Foram ensaiadas sete amostras para cada ensaio, ou seja, deformação na ruptura, limite de resistência à tração e obtenção do módulo de elasticidade à tração.

A relação entre a energia absorvida neste trabalho e a área da seção transversal da amostra é considerada como força de impacto. Amostras com massa entre 11 e 15 mg foram extraídas de amostras de impacto sem imersão prévia em água.

RESULTADOS E DISCUSSÕES

ÍNDICE DE FLUIDEZ

Está comprovado que o valor do índice de fluxo diminui com o aumento da concentração de Surlyn® no PA6. Essas diferenças foram significativas, conforme análise estatística ANOVA (p-valor<0,05) apresentada na Tabela 7, que também apresenta a análise de variância para compostos incompatíveis. Nota-se que o Surlyn® puro apresentou valor acima da própria poliamida, mas o valor era esperado conforme gráfico 1, na seção 2.2.1, onde o valor do índice de fluxo do Surlyn® PC2000 aumenta com o aumento da temperatura.

Os menores valores de índice de fusão para as blendas podem ser indicativos de maior interação entre as fases Surlyn® e PA6. A incorporação do compatibilizante Fusabond® não teve influência nos valores do índice de fluidez, pois não apresentou alteração significativa em relação às mesmas composições não compatibilizadas, conforme análise estatística ANOVA apresentada na Tabela 8, com valor de p >0,05 .

MORFOLOGIA

Com base nas micrografias observa-se a presença de duas fases, uma fase matricial (maioria) referente ao PA6 e uma dispersa referente ao ionômero. Observa-se que a fase dispersa não está separada da matriz e não há formação de vazios, possivelmente indicando uma boa adesão entre as fases. Observa-se também que as blendas compatibilizadas apresentam fratura mais dúctil em comparação às mesmas formulações não compatibilizadas, indicando provável aumento na adesão da fase dispersa à matriz e que esta fase tornou a matriz PA6 tenaz. 1985) observaram morfologia semelhante onde os domínios da fase dispersa do ionômero EMAA apresentavam formas irregulares e estavam aderidos à matriz PA6.

PROPRIEDADES MECÂNICAS

Ensaio de tração
Módulo elástico em tração
Alongamento na ruptura
Resistência à flexão
Módulo elástico em flexão
Ensaio de impacto

Impacto pós hidratação

Ao comparar o PA6 puro com blendas com Surlyn®, observa-se uma diminuição no valor da resistência à tração com o aumento da concentração de ionômero. Houve uma diminuição de aprox. 20% no valor de resistência à tração com concentração de 30% de Surlyn® em PA6. Essas reduções nos valores de resistência à flexão foram significativas de acordo com a análise estatística ANOVA apresentada na Tabela 15 (valor de p>0,05).

O comportamento observado nas misturas compatibilizadas e não compatibilizadas confirma os resultados obtidos para resistência à tração e pode estar relacionado à menor resistência à flexão do ionômero incorporado. Observa-se que aumentos significativos (p-valor<0,05) no valor de resistência ao impacto ocorrem nas composições de blendas a partir de 20% de ionômero Surlyn®.

PROPRIEDADES TÉRMICAS

Temperatura de deflexão térmica (HDT)
Calorimetria exploratória diferencial (DSC)
Termogravimetria (TGA)

Pode-se observar que a temperatura de deflexão térmica no PA6 não sofre alteração significativa até a incorporação de 20% do ionômero Surlyn® conforme análise estatística dos dados da ANOVA apresentados na Tabela 24. Este resultado corrobora o estudo de Fairley e Prud´ homme (1987), onde foi observado aumento do pico endotérmico a 90°C com o aumento da concentração de ionômero na mistura binária ionômero/PA6. A Figura 24 mostra o aumento na região final das curvas para mostrar a evolução do teor de resíduos com o aumento do ionômero na composição.

Pode-se observar que a temperatura de decomposição das misturas tende a aumentar com o aumento da concentração de Surlyn® nas misturas em comparação com a temperatura de decomposição do PA6, indicando que a incorporação do ionômero aumenta a estabilidade térmica das misturas. A temperatura de deflexão térmica das blendas não se altera significativamente até que seja incorporado 20% do ionômero Surlyn®, dando valores próximos aos da Poliamida 6 pura.