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Caracterização de compósitos de polipropileno reciclado e fibra de coco

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Academic year: 2017

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UNIVERSIDADE PRESBITERIANA MACKENZIE

MESTRADO PROFISSIONAL EM ENGENHARIA DE MATERIAIS

DOMINGOS ANTÔNIO JAFELICE

CARACTERIZAÇÃO DE COMPÓSITOS DE POLIPROPILENO RECICLADO E FIBRA DE COCO

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DOMINGOS ANTONIO JAFELICE

CARACTERIZAÇÃO DE COMPÓSITOS DE POLIPROPILENO RECICLADO E FIBRA DE COCO

Dissertação apresentada ao Programa de Mestrado Profissional em Engenharia de Materiais da Escola de Engenharia da Universidade Presbiteriana Mackenzie, como requisito parcial à obtenção do título de Mestre em Engenheiro de Materiais.

ORIENTADORA: PROFA. DRA. LEILA FIGUEIREDO DE MIRANDA

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J23c Jafelice, Domingos Antonio

Caracterização de compósitos de polipropileno reciclado e fibra de coco. / Domingos Antonio Jafelice – São Paulo, 2013.

64 f.: il.; 30 cm.

Dissertação (Mestrado Profissional em Engenharia de Materiais) - Universidade Presbiteriana Mackenzie - São Paulo, 2013.

Orientador: Profa. Dra. Leila Figueiredo de Miranda Bibliografia: p. 59-60

1. Polipropileno. 2. Reciclagem. 3. Fibra de coco. 4. Agente de acoplagem. 5. Compósito. I. Título.

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DOMINGOS ANTONIO JAFELICE

CARACTERIZAÇÃO DE COMPÓSITOS DE POLIPROPILENO RECICLADO E FIBRA DE COCO

Dissertação apresentada ao Programa de Mestrado Profissional em Engenharia de Materiais da Escola de Engenharia da Universidade Presbiteriana Mackenzie, como requisito parcial à obtenção do título de Mestre em Engenharia de Materiais.

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Aprovada em, 21 de junho de 2013.

BANCA EXAMINADORA

________________________________________ Profa. Dra. Leila Figueiredo de Miranda - Orientadora

Universidade Presbiteriana Mackenzie

______________________________________ Prof. Dr. Nilson Casimiro Pereira

Universidade Presbiteriana Mackenzie

________________________________________ Prof. Dr. Helio Wiebeck

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AGRADECIMENTOS

À professora Leila Figueiredo de Miranda pela orientação e conhecimentos transmitidos durante a execução desse trabalho.

À Engenheira Raquel Valério Souza pelo auxílio na execução desse trabalho. Aos técnicos do laboratório de Engenharia de Materiais da UPM, Lioba Crespo, Abner Cabral e Luis Henrique Oliveira, por todo suporte e assistência fornecidos durante a realização dos ensaios.

Às empresas UNIPRO e RomMaster pelo auxílio na moagem e extrusão do material estudado.

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Algo só é impossível até que alguém duvide e acabe provando o contrário.

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RESUMO

Os plásticos, apesar de suas inúmeras vantagens para aplicações como embalagens, sacos de lixo, objetos de uso pessoal, peças utilizadas nas indústrias automobilística, de eletrodomésticos, naval, aeronáutica, entre outras, apresentam uma desvantagem no momento do descarte: nocividade ao meio ambiente. Por esse motivo, a reciclagem de plásticos vem sendo utilizada com freqüência por sua viabilidade econômica, social e ecológica. Devido ao reprocessamento, os plásticos perdem propriedades a cada ciclo de reciclagem. Para otimizar as propriedades dos plásticos, muitas vezes reciclados, são misturadas fibras naturais ou sintéticas a esses materiais, formando os compósitos. Os compósitos poliméricos são cada vez mais usados nas mais variadas aplicações por suas extraordinárias propriedades físico-mecânicas. Neste trabalho, foram caracterizadas as propriedades mecânicas e morfológicas do polipropileno reciclado com fibra de coco. Foram obtidos compósitos de polipropileno, por meio de processamento mecânico, com concentrações de 10, 15, 20 e 25% em massa de fibra de coco, com e sem adição de agente de acoplagem (polipropileno funcionalizado com anidrido maleico) nas concentrações de 0, 2 e 3% em massa. Os resultados mostraram que a adição da fibra de coco ao polipropileno reciclado, nas concentrações estudadas provoca um acréscimo nas propriedades térmicas e mecânicas, como a resistência à tração e impacto e um decréscimo na dureza, sendo que praticamente não houve alteração nas condições de processamento (índice de fluidez).

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ABSTRACT

Despite their many advantages for use in applications such as packaging, garbage bags, personal items, automotive components, appliance, marine, aviation, among others, plastics have a disadvantage at the time of disposal: harm the environment. For this reason, the recycling of plastic has been used frequently by their economic, social and ecological viability. To optimize the properties of plastics often recycled, natural or synthetic fibers are blended to the materials forming the composites. The polymeric composite materials are increasingly used in various applications for their outstanding mechanical, physical and chemical properties. In this study, we characterized the mechanical and morphological properties of recycled polypropylene with coconut fiber. Compounds were obtained by means of mechanical processing, with concentrations of 25%, 20%, 15% and 10% of fibrous reinforcement with and without addition of coupling agent (functionalized polypropylene with maleic anidride). The results showed that the addition of coconut fiber to recycled polypropylene, in the studied concentrations, causes an increase in thermal and mechanical properties such as tensile strength and impact, and a decrease in hardness, and there was almost no change in processing conditions (Melt Index).

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LISTA DE ILUSTRAÇÕES

Esquema 1 – Fórmula química do PP ... 20 Esquema 2 – Arranjos possíveis conforme a taticidade do polímero: (a) Isotático

(b) Sindiotático (c) Atático...

21 Esquema 3 – Geometria e dimensões típicas de corpo de prova para ensaios de

tração em polímeros ...

30 Esquema 4 – Representação da agulha perfurando o material ... 32 Quadro 1 – A) Equipamento Tinius Olsen HDTUL modelo HD94/398 B)

(11)

LISTA DE FOTOGRAFIAS

Fotografia 1: Amostras para ensaio de tração ... 29

Fotografia 2: Máquina Universal de Ensaio Qtest, modelo 65J ... 31

Fotografia 3: Durômetro digital Shore D ... 32

Fotografia 4: Equipamento Tinius Olsen modelo 92T ... 33

Fotografia 5: Analisador Dinâmico Mecânico, modelo DMA 8000 ... 37

Fotografia 6: Plastômero Tinus Olsen ... 38

Fotografia 7: Microscópio Eletrônico de Varredura (MEV) ... 39

Fotografia 8: Micrografia obtida no MEV da amostra A0 ... 52

Fotografia 9: Micrografia obtida no MEV da amostra A1T1 ... 52

Fotografia 10: Micrografia obtida no MEV da amostra A1T2 ... 53

Fotografia 11: Micrografia obtida no MEV da amostra A2T1 ... 53

Fotografia 12: Micrografia obtida no MEV da amostra A3T3 ... 54

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LISTA DE GRÁFICOS

Gráfico 1: Carga máxima sob tração, na ruptura ... 40

Gráfico 2: Resistência à tração na ruptura ... 41

Gráfico 3: Alongamento sob tração, na ruptura ... 41

Gráfico 4: Módulo sob tração, na ruptura... 41

Gráfico 5: Dureza Shore D ... 43

Gráfico 6: Resistência ao impacto . ... 44

Gráfico 7: Deformação sob flexão... 45

Gráfico 8: Resistência à flexão ... 46

Gráfico 9: Temperatura de distorção ao calor - HDT ... 47

Gráfico 10: Ponto de amolecimento Vicat ... 48

Gráfico 11: Temperatura de Transição vítrea ... ... 48

Gráfico 12: Força aplicada nos ensaios de DMA ... 49

Gráfico 13: Massa média obtida nos ensaios de índice de fluidez ... 50

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LISTA DE TABELAS

Tabela 1 – Características do PP reciclado ... 26

Tabela 2 – Temperaturas nas diferentes zonas de aquecimento ... 27

Tabela 3 – Composição das amostras ... 28

Tabela 4 – Resultados obtidos no ensaio de tração ... 40

Tabela 5 – Resultados obtidos no ensaio de dureza ... 42

Tabela 6 – Resultados obtidos no ensaio de impacto ... 44

Tabela 7 – Resultados obtidos no ensaio de flexão ... 45

Tabela 8 – Resultados obtidos nos ensaios de HDT e ponto de amolecimento VICAT ... 47 Tabela 9 – Resultados obtidos para os ensaios de índice de fluidez - MFI ... 50

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LISTA DE ABREVIATURAS

AA Agente de Acoplagem

FC Fibra de coco

HDT Temperatura de Deflexão ao Calor MFI Índice de Fluidez

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SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO ... 16

1.1 OBJETIVO GERAL... 17

1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ... 17

1.3 JUSTIFICATIVA ... 18

1.4 METODOLOGIA ... 18

2 REVISÃO DA LITERATURA ... 19

2.1 POLÍMEROS ... 19

2.2 POLIPROPILENO ... 19

2.2.1 Propriedades gerais e aplicações do polipropileno ... 21

2.3 RECICLAGEM ... 23

2.4 COMPÓSITOS ... 24

2.5 FIBRAS ... 24

2.6 FIBRAS DE COCO... 24

2.7 ADITIVOS ... 25

3 MATERIAIS E MÉTODOS ... 26

3.1 MATERIAIS ... 26

3.1.1 Obtenção dos compósitos ... 27

3.2 MÉTODOS ... 29

3.2.1 Caracterização mecânica ... 29

3.2.1.1 Ensaio de tração... 29

3.2.1.2 Ensaio de dureza ... 31

3.2.1.3 Ensaio de impacto ... 33

3.2.1.4 Ensaio de flexão ... 33

3.2.2 Caracterização térmica e reológica ... 34

3.2.2.1 Temperatura de Distorção ao Calor (HDT) ... 34

3.2.2.2 Ponto de Amolecimento Vicat ... 35

3.2.2.3 Análise Dinâmico-Mecânica (DMA) ... 36

3.2.2.4 Medida do Índice de Fluidez (MFI) ... 37

3.2.3 Caracterização morfológica ... 38

3.2.3.1 Microscopia eletrônica de varredura (MEV) ... 38

4 RESULTADOS E DISCUSSÕES ... 40

(16)

4.1.1 Ensaio de Tração ... 40

4.1.2 Ensaio de Dureza ... 42

4.1.3 Ensaio de Impacto ... 43

4.1.4 Ensaio de Flexão ... 45

4.2 CARACTERIZAÇÃO TÉRMICA... 46

4.2.1 Temperaturas de Deflexão ao Calor (HDT) e de Amolecimento Vicat . ... 46

4.2.2 Análise Dinâmico-Mecânica (DMA) ... 48

4.3 CARACTERIZAÇÃO REOLÓGICA ... 49

4.3.1 Índice de Fluidez (MFI) ... 49

4.4 CARACTERIZAÇÃO MORFOLÓGICA ... 51

4.4.1 Microscopia eletrônica de varredura (MEV) ... 51

5 CONSIDERAÇÕES FINAIS... 55

5.1 CONSIDERAÇÕES GERAIS ... 55

5.2 APLICAÇÃO INDUSTRIAL ESPECÍFICA ... 55

6 CONCLUSÕES ... 58

REFERÊNCIAS ... 59

(17)

1 INTRODUÇÃO

A reciclagem de polímeros faz-se cada vez mais necessária devido ao intenso uso desses materiais. A forma mais simples de reaproveitamento destes materiais é a reutilização dos mesmos, às vezes com alguns ajustes para manter suas propriedades e atender às aplicações desejadas. Todavia, existem muitos métodos de reciclagem em desenvolvimento e disponíveis para as empresas recicladoras. Basta apenas escolher o mais indicado de acordo com os objetivos, a legislação vigente, a tecnologia disponível e a viabilidade econômica (CURRY; EHRIG, 1992).

A reciclagem é classificada de quatro formas: reciclagem primária, secundária, terciária e quaternária. A primeira converte os resíduos plásticos do processo de produção industrial, por meio de tecnologias convencionais de processamento, em produtos com desempenho equivalente ao produto fabricado a partir da resina virgem. A secundária consiste na conversão dos resíduos plásticos provenientes de lixões, sistemas de coleta seletiva e sucata, por meio de um processo ou uma combinação de operações, para produtos que tenham menor exigência do que o produto obtido com o polímero virgem. As reciclagens terciária e quaternária apresentam outras denominações como reciclagem química e energética, respectivamente. A química produz insumos químicos ou combustíveis a partir de resíduos poliméricos enquanto a energética recupera energia dos resíduos por meio de incineração controlada (CURRY; EHRIG, 1992; http://www.compam.com.br/re_plastico.htm, 2011).

Os materiais compósitos são formados por, no mínimo, duas fases: uma fase contínua denominada matriz e uma fase dispersa denominada reforço. Os compósitos poliméricos mais usados são aqueles que possuem como fase dispersa, as fibras sintéticas ou naturais que promovem redução de peso e aumentam consideravelmente as propriedades mecânicas e a resistência química. A fase contínua é constituída por resinas poliméricas que tem a função de promover o suporte e agir como ligante das fibras de reforço.

Em contrapartida, durante o processo de mistura da matriz com a fase dispersa, podem ocorrer problemas referentes à ligação dos compostos, por se tratarem de materiais de diferentes naturezas. Por esse motivo, são utilizados aditivos como agentes de acoplagem para obter uma melhor interação entre a matriz polimérica e o reforço de fibra.

(18)

cristalinidade.

A preocupação com o meio ambiente vem crescendo ao longo dos anos e a pressão de ambientalistas e dos órgãos de fiscalização, vem fazendo com que as empresas se preocupem cada vez mais com a destinação de seus resíduos.

Uma das alternativas mais viáveis consiste no desenvolvimento de compósitos com cargas e reforços biodegradáveis. As cargas e reforços biodegradáveis além de ajudarem na fragmentação dos compostos poliméricos descartados, diminuem a quantidade de material polimérico utilizado na fabricação dos mesmos.

Fibras biodegradáveis naturais de juta, sisal, coco e curauá já foram empregadas com sucesso para este fim, com aplicações interessantes em tecnologia aeroespacial, construção civil, artefatos de características artesanais e moldes para a indústria automotiva. Sem dúvida, desenvolvimentos como estes são de grande importância ambiental, pois atuam como verdadeiros seqüestradores de carbono, e têm encontrado boa receptividade no mercado.

A fibra de coco é obtida do mesocarpo fibroso do coco, fruto do coqueiro (Cocos nucifera) cultivado extensivamente nos trópicos. No Brasil, o consumo da água de coco verde é cada vez maior, principalmente no verão, ao longo de todo o litoral. Esse consumo crescente traz como conseqüência imediata uma grande produção de resíduos sólidos formados pelas cascas fibrosas.

Neste contexto o desenvolvimento de compostos a base de fibra de coco e de polipropileno (PP) podem trazer uma nova solução para os problemas ambientais causados pela baixa degradabilidade do polipropileno, bem como apresentar um destino para os resíduos sólidos formados pelas cascas fibrosas.

1.1 OBJETIVO GERAL

Estudar a formação de compósitos obtidos a partir de polipropileno reciclado e fibra de coco.

1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

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1.3 JUSTIFICATIVA

O plástico está associado à idéia de avanço técnico e modernidade devido às grandes quantidades produzidas desses materiais. No entanto, seu freqüente uso causa impactos no meio ambiente como o acúmulo de resíduos de difícil degradabilidade e provoca dúvidas entre os especialistas sobre o esgotamento do petróleo, matéria-prima não renovável (MANCINI; ZANIN, 2004).

Dentro desse cenário, torna-se necessário o reaproveitamento dos materiais. E quando essa reutilização não é possível, a reciclagem torna-se uma alternativa necessária para solucionar essas questões.

Por meio da reciclagem, pode-se desenvolver novos materiais com melhor desempenho para a fabricação de novos produtos e aplicações de baixo custo.

Visando minimizar os problemas ambientais, cientistas têm estudado o desenvolvimento de compósitos poliméricos com fibras naturais, sendo estas utilizadas como agentes reforçantes.

As fibras naturais possuem baixo custo quando comparadas às fibras sintéticas e são obtidas através de fontes renováveis. Seu aproveitamento gera vantagens na diminuição da quantidade de lixo sólido não biodegradável (ISHIZAKI et al, 2006).

1.4 METODOLOGIA

Para o desenvolvimento deste trabalho foi realizado um levantamento bibliográfico em livros, artigos de revistas científicas e em sites especializados da internet.

(20)

2 REVISÃO DA LITERATURA

2.1 POLÍMEROS

A palavra polímero se origina do vocábulo grego: poli significa muitos e mero, partes; ou seja, é a repetição de muitas unidades de um composto químico.

Os polímeros podem ser classificados quanto à ocorrência (provenientes da natureza ou de origem sintética), quanto ao método de obtenção (polímeros de adição ou condensação; nesse caso quando há eliminação de água), quanto ao comportamento mecânico (plásticos, elastômeros ou fibras) e quanto à estrutura (termoplásticos ou termofixos) (HTTP://www.algosobre.com.br/quimica/polimeros.html)

Os plásticos, embora sólidos à temperatura ambiente, durante seu processamento tornam-se fluidos e passíveis de serem moldados diversas vezes. Os elastômeros exibem elasticidade em longa faixa mesmo à temperatura ambiente. Já as fibras possuem alta razão entre comprimento e espessura, com pequena seção transversal.

Os polímeros, em geral, apresentam baixa resistência mecânica, à eletricidade e ao calor se comparados a outros materiais e possuem um grande numero de aplicações. Além disso, podem ser classificados como termoplásticos ou termofixos. Os polímeros lineares ou ramificados que permitem fusão por aquecimento e a solidificação por resfriamento em um processo reversível são chamados de termoplásticos. E os termofixos ou termorrígidos são aqueles que mantêm a fusão por aquecimento e a solidificação por resfriamento, porém em

um processos irreversíveis. (MANO, 2001;

http://www.algosobre.com.br/quimica/polimeros.html)

A reação química que conduz a formação de polímeros é a de polimerização.

2.2 POLIPROPILENO

O polipropileno (PP), também denominado polipropeno, é um termoplástico, opaco, de cor branca, com excelente balanço de propriedades elétricas e resistência à fadiga. Apresenta custo relativamente menor quando comparado a outros polímeros, além de alta resistência química e a solventes e resistência ruim à luz ultravioleta (UV) (CALLISTER, 2008; MANO, 2003).

(21)

recipientes, tubos para carga de caneta esferográfica, entre outras aplicações (MANRICH, 2005; MANO, 2001; CALLISTER, 2008).

Possui desempenho limitado em baixas temperaturas devido a sua temperatura de transição vítrea e apresenta estrutura molecular de acordo com o apresentado no Esquema 1.

Esquema 1: Fórmula química do PP

A presença de grupos metila (-CH3) pendentes na cadeia principal pode alterar as propriedades do polímero de diferentes formas como causar um leve endurecimento da cadeia e interferir na simetria molecular. Esse endurecimento pode levar a um aumento na temperatura de fusão do polímero e a interferência na simetria molecular pode tender a diminuí-lo.

A interação espacial das macromoléculas comerciais apresenta estrutura regular isotática, ou seja, a interação entre os segmentos de uma mesma macromolécula que se dobram entre si, podem criar uma ordem tridimensional e então um retículo cristalino real (MASSON, 1998).

Os polímeros cristalinos nunca são materiais totalmente cristalinos, como conseqüência da longa cadeia e de seu emaranhamento. A temperatura de fusão do polímero, Tm é sempre maior que a temperatura de transição vítrea, Tg. Assim o polímero pode ser duro e rígido ou flexível. O desenvolvimento da cristalinidade em polímeros depende da regularidade da estrutura no mesmo. Assim polímeros isotáticos e sindiotáticos são geralmente cristalinos, enquanto que polímeros atáticos não o são (SPERLING,1992). O Esquema 2 apresenta os arranjos possíveis conforme a taticidade do polímero.

C C

CH3 H

(22)

Esquema 2: Arranjos possíveis conforme a taticidade do polímero (a) Isotático (b) Sindiotático (c) Atático (SPERLING,1992).

As propriedades mecânicas do polipropileno dependem da relação entre as fases cristalinas e amorfas. Por ser um polímero semicristalino, sua orientação molecular é muito explorada, apresentando espectro de propriedades quando orientados (MANRICH, 2005).

2.2.1 Propriedades gerais e aplicações do polipropileno

As diferentes propriedades do polipropileno são determinadas pela ordenação da estrutura molecular, comprimento da cadeia, cristalinidade, variação espacial e condições de processamento. No produto final as propriedades mecânicas são função das condições de processamento e da ordenação da cadeia polimérica. Já a morfologia cristalina, depende da temperatura de fusão, orientação do polímero e das taxas de aquecimento e resfriamento.

Por ser uma resina de baixa densidade que oferece um bom equilíbrio de propriedades térmicas, químicas e elétricas, acompanhadas de resistência moderada, as propriedades de resistência podem ser significativamente aumentadas ou melhoradas por meio da adição de cargas e reforços de fibrosos.

(a) Isotático

(b) Sindiotático

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O polipropileno apresenta resistência limitada ao calor; embora se fabrique polipropilenos termoestabilizados, destinados a aplicações que exijam uso prolongado em temperaturas elevadas, adequadas ao comportamento do polímero.

O PP resiste a maioria dos agentes químicos de natureza orgânica. Entretanto, é atacado por compostos halogenados, por ácido nítrico fumegante e por outros agentes oxidantes ativos, além de serem também atacado por hidrocarbetos aromáticos e clorados, em altas temperaturas.

Devido as suas propriedades, ao baixo custo e a excelente processabilidade, o polipropileno é utilizado em diversos tipos de aplicações desde a produção de brinquedos até peças para indústria automobilística. Os principais mercados para o polipropileno incluem: eletrodomésticos, produtos de consumo, produtos médicos, entre outros.

Na área de embalagens, o polipropileno é muito utilizado como filme mono ou biorientado, para ráfia e filamentos, para embalagens rígidas como frascos e garrafas sopradas, tampas e caixas injetadas além de uma infinidade de outras aplicações.

Os compostos de PP são desenvolvidos utilizando resinas diferenciadas, o que permite uma ampla gama de variações estruturais e morfológicas nos diferentes tipos de homopolímeros e copolímeros produzidos. Dentre todos os polímeros, o polipropileno é um dos mais estudados quando se pretende obter polímeros carregados e/ou reforçados (SARANTÓPOULOS, 2002).

Os polipropilenos não-reforçados são utilizados em aplicações de embalagens, tais como recipientes farmacêuticos e médicos moldados por sopro, além dos destinados a alimentos. Os tipos expandidos são empregados em móveis e encostos de assentos de automóveis (ALBUQUERQUE, 2001).

(24)

2.3 RECICLAGEM

A agressão ao meio ambiente causada pelos resíduos originários de processos, serviços e produtos utilizados na vida moderna tem se tornado uma preocupação crescente em todos os setores (MUSTAFA, 1993).

Tecnicamente, os plásticos têm muitas opções para reciclagem ao final de sua vida útil. É preciso equilibrar o uso de diferentes técnicas de reciclagem levando em conta o meio ambiente e a viabilidade econômica, para se obter o melhor aproveitamento do lixo plástico. A reciclagem dos plásticos pode ser dividida em 3 processos que se relacionam com os quatro tipos da classificação ASTM D 5033: mecânica, química e energética.

A reciclagem mecânica, envolvendo a reciclagem primária e secundária, é a mais tradicional e consiste em converter o resíduo plástico novamente em grânulos (AGNELLI, 1996). A reciclagem química ou terciária e a reciclagem energética ou quaternária.

Reciclagem primária: os resíduos poliméricos são provenientes das indústrias, sem contaminação. O produto reciclado final apresenta desempenho similar ao produto fabricado com o polímero virgem.

Reciclagem secundária: São resíduos poliméricos, normalmente pós-consumo, provenientes dos resíduos sólidos urbanos. O produto reciclado final apresenta desempenho inferior ao produto fabricado com o polímero virgem.

Reciclagem química ou terciária: consiste na conversão de resíduos poliméricos em produtos químicos, por processos como a quimólise e a pirólise.

Reciclagem energética ou quaternária: reciclagem com recuperação do conteúdo energético contido nos resíduos poliméricos via incineração controlada.

Na reciclagem mecânica os materiais poliméricos têm suas propriedades mecânicas reduzidas durante a reciclagem. Em razão desse fato, materiais de reforço como fibras, por exemplo, são adicionadas à matriz polimérica para se obter uma estrutura com propriedades mecânicas iguais ou superiores às das matrizes virgens.

(25)

2.4 COMPÓSITOS

O material compósito é obtido pela união de dois ou mais materiais distintos, visando obter uma melhor combinação de propriedades desses materiais.

Também chamados de materiais reforçados, algumas espécies de materiais compósitos incluem os polímeros, as cerâmicas e as ligas metálicas, produzindo o que os cientistas e engenheiros denominam como uma nova geração de materiais com alto desempenho.

Muitos compósitos são constituídos por apenas duas fases: a matriz e a fase dispersa. A matriz é a fase contínua que envolve a fase dispersa.

As propriedades dos compósitos dependem das propriedades das fases constituintes, de suas quantidades relativas e da geometria da fase dispersa. (CALLISTER, 2008; HARADA, 2005)

2.5 FIBRAS

As fibras são materiais muito finos e alongados, como filamentos, que podem ser contínuos ou cortados. Existem dois tipos de fibras: as naturais que são encontradas na natureza e as sintéticas que são produzidas pelo homem.

As fibras naturais vêm sendo estudadas e aplicadas nos mais diversos setores industriais por serem provenientes de fontes renováveis, além de apresentarem baixo custo e serem atóxicas e biodegradáveis.

Fibras como de bagaço de cana, curauá, juta, entre outras, são utilizadas atualmente por comprovarem, através da realização de testes, que apresentam condições de substituir reforços sintéticos.

2.6 FIBRA DE COCO

A fibra de coco, assim como qualquer outra fibra vegetal apresenta baixas densidade e abrasividade, boas propriedades mecânicas e termoacústicas, baixos consumo de energia e custo em sua fabricação, além de serem atóxicas e biodegradáveis (SALAZAR, 2001).

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O processo mecânico de extração da fibra de coco consiste num equipamento de desfibramento, um sistema de classificação de comprimento de fibra e uma encordoadeira.

Após sair do encordoador, a fibra é levada para um terreno aberto onde é espalhada ao sol para secagem. Em seguida, são separadas por tamanho e encordoadas.

Já no processo manual, as cascas do coco são mantidas imersas em água por dois a quatro meses e, em seguida, as cascas são removidas gradativamente e desfibradas, secas e encordoadas (CASA, 2002).

O Brasil é um grande fornecedor mundial de fibras de coco devido a considerável produção de coco maduro para consumo.

2.7 ADITIVOS

Os aditivos têm influência desde a etapa da polimerização até as alterações de importantes propriedades dos polímeros originais. Podem ser líquidos, sólidos ou viscosos orgânicos ou inorgânicos. Normalmente são adicionados em pequenas quantidades e devem ser eficientes em sua função, estáveis nas condições de processamento e serviço, atóxicos, de fácil dispersão e baixo custo. Podem servir como auxiliares de processamento e de polimerização, modificadores de propriedades e estabilizantes.

Materiais compósitos poliméricos, geralmente, têm sua matriz misturada com a fase dispersa somente com o uso de um produto especial, como nesse caso, um reforço fibroso.

Os compatibilizantes (agentes de acoplagem) são aditivos que promovem a interação entre as cadeias poliméricas e a fase dispersa (fibras de reforço). Agem como pontes moleculares que atuam na interface entre dois substratos.

(27)

3 MATERIAIS E MÉTODOS

Neste capítulo estão apresentados os materiais e os métodos utilizados na obtenção e caracterização dos compósitos estudados.

3.1 MATERIAIS

Os materiais utilizados nesse trabalho foram polipropileno, fibra de coco e polipropileno funcionalizado com anidrido maleico (agente de acoplagem).

O polipropileno homopolímero (reciclado) que serviu de matriz para o compósito estudado foi obtido através de misturas de resíduos industriais advindos do uso de resinas virgens, fornecidas pela Braskem. As características do PP reciclado, fornecido pela empresa Magnetti Mareli, se encontram na Tabela 1.

Tabela 1: Características do PP reciclado

A fibra de coco, tipo média, foi fornecida pela Coco Comandatuba, com resistência a tração média de 120MPa e módulo médio de 800 GPa.

O agente de acoplagem (polipropileno funcionalizado com anidrido maleico) utilizado foi produzido pela Evonik com 99,5% de pureza.

Índice de Fluidez 3 0 g/10mi n ASTM D 1238 Densidad e 0, 9 g/cm 3 ASTM 1505 Temperatura de

Deflexão (HDT )

10

5 ºC ASTM D 648

Dureza

Rockwell 95 - ASTM D 785

Resistência ao impacto (com

entalhe) 2 7 J/ m ASTM D 256 Tensão

Deslizamento 34 MPa ASTM D 638

Alongamento

ruptura 500 % ASTM D 638

Módulo de Flexão 1.37 9 MP a ASTM D 790 Resistência à tração

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3.1.1 Obtenção dos compósitos

Os compósitos obtidos foram preparadas em extrusora Leiztritz, com rosca co-rotante modular, de diâmetro 58mm e de comprimento 40 vezes o diâmetro. Com rotação de 600rpm, alimentação feita por dosadores gravimétricos (tanto na entrada como no “ side-feeder”) e vácuo forçado na degasagem, foram produzidos trinta quilogramas de amostra por hora.

No funil de entrada, foi colocada a resina de PP seca e no “side-feeder”, a fibra de coco (natural), seguindo os perfis de temperatura apresentados na Tabela 2.

Tabela 2: Temperatura nas diferentes zonas de aquecimento.

Zonas de Aquecimento

Funil Zona 1 Zona 2 Zona 3 Zona 4

Temperatura

(oC) 120 140 160 180 190

Logo após a extrusão, as misturas foram encaminhadas para o secador da Schultz, à 100oC onde permaneceram durante duas horas.

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Tabela 3: Composição das amostras

A0 100 0 0

A1T1 90 10 0

A1T2 88 10 2

A1T3 87 10 3

A2T1 85 15 0

A2T2 83 15 2

A2T3 82 15 3

A3T1 80 20 0

A3T2 78 20 2

A3T3 77 20 3

A4T1 75 25 0

A4T2 73 25 2

A4T3 72 25 3

% em massa

Compostos PP reciclado FC AA

As amostras foram obtidas nos Laboratórios da Empresa UNIPRO.

Os corpos-de-prova para os ensaios de caracterização foram obtidos a partir dos diferentes tipos de amostras pelo processo de injeção no Laboratório de Processamento e Caracterização de Materiais da UPM, de acordo com as respectivas normas de ensaio.

A injeção dos corpos-de-prova foi realizada em máquina injetora da marca Romi, modelo 65R, com as seguintes condições de processo:

- Temperaturas 04 zonas de aquecimento: Zona 1 – alimentação/funil: 160ºC Zona 2 – compressão: 180ºC Zona 3 – dosagem: 190ºC Zona 4 – bico de injeção: 210ºC

- Dosagem: 20,5cm3

- Carregamento: 715 mm/s

- Pressão de injeção: 1.000bar

- Pressão de recalque: 700bar

(30)

- Tempo de recalque: 56s

- Tempo de resfriamento: 20s

3.2 MÉTODOS

3.2.1 Caracterização Mecânica

Os compósitos obtidos forma caracterizados por meio de ensaios mecânicos de tração, dureza, e impacto.

3.2.1.1 Ensaio de Tração

O ensaio mecânico de tração segue a normas ASTM D 638. Os corpos de prova para o ensaio de resistência a tração devem ser preparados sob forma de halteres com a superfície da seção cruzada plana e as dimensões devem ser escolhidas de acordo com o comportamento mecânico do polímero (Fotografia 1). No Esquema 3 está representada a geometria típica do corpo de prova e suas dimensões.

(31)

Os parâmetros destacados no Esquema são:

l3: comprimento total do corpo de prova;

l2: distância entre as seções com superfícies paralelas de largura maior;

l1: comprimento da seção com superfícies paralelas de largura menor (W0);

t: espessura;

L: distância entre as garras;

L0: comprimento da seção estreitada;

W: largura total.

Esquema 3: Geometria e dimensões típicas de corpo de prova para ensaios de tração em polímeros (CANEVAROLO Jr., 2002, p. 347)

A taxa de deformação aplicada ao polímero foi de 20 mm/min, sendo definida como velocidade do ensaio, que varia de acordo com o comportamento mecânico do material, assim como a geometria do mesmo.

(32)

Fotografia 2: Máquina Universal de Ensaios QTest, modelo 65J.

3.2.1.2 Ensaio de Dureza

O durômetro Shore é um instrumento popular para medir a dureza de borrachas, plásticos e materiais com comportamento similar. Os instrumentos mais comuns são o Modelo A para materiais mais moles e o Modelo D para materiais mais duros.

(33)

Esquema 4: Representação da agulha perfurando o material.

Fonte:. http://www.cimm.com.br/cimm/construtordepaginas/htm/3_24_7432.htm.

Seguindo a norma ASTM D 2240, o Modelo D é o mais indicado para o teste de compósitos. A Fotografia 3 ilustra o durômetro tipo Shore D (digital) utilizado nos ensaios de dureza.

(34)

3.2.1.3 Ensaio de Impacto

O ensaio mais requisitado para a especificação de comportamento mecânico de polímeros é o de resistência ao impacto e deve seguir as normas da ASTM ou ISO. A norma seguida neste trabalho foi a ASTM D 256.

A máquina de impacto Izod, apresentada na Fotografia 4, trata-se de um pêndulo de impacto que quando liberado oscila na direção descendente atingindo o corpo de prova, que é fixado por um par de garras na posição vertical, quebrando-o. O braço do pêndulo continua seu movimento, com redução de momento, devido à energia absorvida pelo corpo de prova, no instante do impacto.

Fotografia 4: Equipamento Tinius Olsen modelo 92T

3.2.1.4 Ensaio de Flexão

O ensaio de flexão consiste na aplicação de uma carga sobre o corpo de prova, apoiado em dois pontos de suporte, caracterizando o ensaio de flexão em três pontos.

(35)

entendida como a medida de quanto o material pode ser curvado ou como é a rigidez do material.

O equipamento no qual se realiza o ensaio de flexão é o mesmo utilizado no ensaio de tração (vide Fotografia 2).

3.2.2 Caracterização Térmica e Reológica

A caracterização térmica e reológica foi feita por meio dos ensaios de temperatura de deflexão ao calor (HDT) e de amolecimento VICAT, análise dinâmico mecânica (DMA) e índice de fluidez (MFI).

3.2.2.1 Temperatura de Deflexão ao Calor (HDT)

A temperatura de deflexão ao calor é aquela na qual se observa um decréscimo pronunciado das propriedades mecânicas de um corpo de prova: quanto mais alta a temperatura, maior a resistência térmica do material. É determinada em graus Celsius pela norma ASTM D648 e nos termoplásticos geralmente é inferior a 100ºC

Os ensaios podem ser de longa ou curta duração. Os ensaios de longa duração dependem das propriedades químicas dos polímeros, isto é, da resistência à degradação térmica e à oxidação dos polímeros. Já os de curta duração vão depender das propriedades físicas como temperatura de transição vítrea, cristalinidade, ponto de fusão e o reforço contido.

A temperatura de deflexão ao calor, sob carga, ou temperatura de deflexão ao calor, é obtida em ensaios normalizados que necessitam de um banho de óleo ou uma câmara com circulação de ar, tendo eficiente controle da temperatura.

No procedimento do ensaio, segundo a norma ASTM D 648, a amostra com dimensões de 127 mm de comprimento, 13 mm de espessura e qualquer largura entre 3 e 13 mm, é colocada num suporte com dois apoios distantes 100 mm entre si, e uma tensão de 455 kPa (66 psi) ou 1820 kPa (264 psi), é aplicada no centro do corpo-de-prova. A temperatura na câmara ou no banho é aumentada a taxa de 20C/min.

A temperatura em que o corpo-de-prova defletir 0,25 mm (0,01 pol) é definida como temperatura de deflexão ao calor (HDT)

(36)

medida do comportamento do material em uma única condição e não indica resistência térmica, a longo prazo. A temperatura de deflexão térmica (HDT) distingue entre os materiais que perdem sua rigidez em um intervalo estreito de temperatura e aqueles que mantêm sua resistência a pequenas tensões em temperaturas superiores. O Quadro 1 apresenta o equipamento utilizado.

Quadro 1: A) Equipamento Tinius Olsen HDTUL modelo HD94/398 B) Detalhe do Equipamento

3.2.2.2 Temperatura de amolecimento Vicat

O Esquema 5 apresenta o funcionamento do equipamento Medidor de Temperatura de Vicat.

Esquema 5: Funcionamento do equipamento Medidor de Temperatura de Vicat.

É aplicado apenas em materiais termoplásticos pela norma ASTM D1525 e fornece a taxa uniforme de temperatura onde estes materiais começam a amolecer rapidamente. Com o teste, busca-se estabelecer um parâmetro para avaliar a resistência dos materiais poliméricos quando são submetidos a temperaturas muito altas.

(37)

Para este teste foi utilizado o equipamento Medidor de Temperatura de Distorção Térmica (HDT) e Temperatura Vicat, Tinius Olsen, modelo HDT 6, conforme apresentado na Fotografia 5. Este aparelho consiste em um banho de óleo tendo controle sensível da temperatura. As condições de temperatura máxima podem variar de acordo com o polímero.

O corpo-de-prova, obtido por injeção, é colocado sob um penetrador na forma de uma agulha fina, e então mergulhado no banho de óleo onde ficará até o término no teste. Para a determinação da temperatura de amolecimento Vicat, os corpos-de-prova devem ter pelo menos 13 mm de largura e 3 mm de espessura. A temperatura do óleo tem taxa de aquecimento igual a 3°C/min. O teste encerra-se quando a temperatura máxima é atingida e, após lidas as medidas, o banho resfriado.

A agulha, ou ponteira, é montada de forma a permitir o registro do grau de penetração usando-se um relógio penetrador de precisão. Sua área é 1,0 mm2 e ela exerce sobre o corpo de prova uma força referente a 1,0 kg de massa.

A temperatura média em que a agulha penetra 1,0 mm no corpo de prova é a Temperatura de Amolecimento Vicat.

O fluido utilizado é silicone, pois não interage com o corpo de prova.

3.2.2.3 Análise Dinâmico Mecânica (DMA)

A análise dinâmico-mecânica (DMA) é muito utilizada para determinação da temperatura de transição vítrea (Tg) e caracterização de polímeros, por apresentar uma sensibilidade muito superior se comparada a técnicas convencionais como DSC, TMA e outras. A DMA permite ainda determinar transições secundárias que estão relacionadas à relaxação de grupos ou parte de grupos laterais da cadeia polimérica e a temperatura de fusão cristalina (Tm).

(38)

Fotografia 5: Analisador Dinâmico Mecânico, modelo DMA 8000

3.2.2.4 Medida do Índice de Fluidez (MFI)

O índice de fluidez é um teste útil no controle da qualidade de polímeros termoplásticos, pois indica a fluidez relativa, medindo sua viscosidade no estado fundido. Há uma relação direta da massa molar com o índice de fluidez, pois os polímeros com alta massa molar são mais viscosos, portanto necessitam de uma temperatura maior e uma força maior para que o material passe pelo orifício do plastômetro, mostrando o comportamento de fusão e vazão do mesmo.

Utilizando um plastômetro da Tinius Olsen Extrusion Plastometer, modelo MP993 A (Fotografia 8), de acordo com a norma ASTM D-1238, que se destina à medida da taxa de extrusão de polímeros fundidos de uma matriz de comprimento e diâmetro padronizados, sob condições pré-estabelecidas de temperatura, carga, posição do pistão e tempo, a unidade resultante é g/10min.

(39)

Fotografia 6: Plastômetro Tinus Olsen

3.2.3 Caracterização Morfológica

3.2.3.1 Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV)

A Microscopia Eletrônica de Varredura é usada para o estudo de estruturas superficiais ou sub-superficiais de amostras com dimensões relativamente grandes, produzindo imagens de alta resolução.

(40)
(41)

4 RESULTADOS E DISCUSSÕES

4.1 CARACTERIZAÇÃO MECÂNICA

4.1.1 Ensaios de Resistência a Tração

A Tabela 4 e os Gráficos 1 a 5 apresentam os resultados obtidos para os ensaios de tração.

Tabela 4: Valores médios do ensaio de tração (na ruptura)

AMOSTRAS CARGA

MÁXIMA (kgf)

TENSÃO MÁXIMA (MPa)

DEFORMAÇÃO

FINAL (%) MÓDULO (MPa)

A0 123,90±2,32 28,35±0,56 3,22±0,48 992,12±90,93 A1T1 97,72±5,27 22,39±1,14 4,81±0,43 1245,39±80,51 A1T2 114,36±3,94 26,25±0,87 4,32±0,21 1302,67±46,46 A1T3 123,71±3,24 28,06±0,77 4,28±0,46 1390,37±86,38 A2T1 109,42±6,32 25,13±0,99 5,57±0,32 1212,12±86,20 A2T2 115,96±4,62 26,58±0,44 4,97±0,54 1519,53±175,36 A2T3 120,83±4,21 28,00±0,88 5,33±0,32 1416,74±102,14 A3T1 114,30±5,15 26,74±1,13 6,57±0,53 1403,78±87,65 A3T2 117,54±3,55 27,74±0,85 5,83±0,95 1435,18±69,09 A3T3 126,40±3,51 29,89±0,80 6,60±0,47 1447,46±80,02 A4T1 121,81±1,57 29,00±0,41 8,24± 0,71 1366,14±69,62 A4T2 124,15±3,38 29,54±0,76 7,39±1,02 1378,54±94,28 A4T3 127,64±2,24 30,24±0,56 7,90±0,75 1362,63±111,99

123,90 97,72 114,36 123,71 109,42 115,96 120,83 114,30 117,54

126,40 121,81 124,15 127,64

0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 120,00 140,00

A0 A1T1 A1T2 A1T3 A2T1 A2T2 A2T3 A3T1 A3T2 A3T3 A4T1 A4T2 A4T3

Amostras C ar ga M áxi m a (K gf )

(42)

28,35

22,39

26,25 28,06 25,13 26,58 28,00 26,74 27,74

29,89 29,00 29,54 30,24

0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00

A0 A1T1 A1T2 A1T3 A2T1 A2T2 A2T3 A3T1 A3T2 A3T3 A4T1 A4T2 A4T3

Amostras Te ns ão M áxi m a (M P a)

Gráfico 2: Resistência à tração na ruptura.

3,22 4,81 4,32 4,28 5,57 4,97 5,33 6,57 5,83 6,60 8,24 7,39 7,90 0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00 9,00

A0 A1T1 A1T2 A1T3 A2T1 A2T2 A2T3 A3T1 A3T2 A3T3 A4T1 A4T2 A4T3

Amostras D e for m ão %

Gráfico 3: Alongamento sob tração, na ruptura.

992,12

1245,39 1302,67 1390,37

1212,12 1519,53

1416,74 1403,78 1435,18 1447,46 1366,14 1378,54 1362,63

0,00 200,00 400,00 600,00 800,00 1000,00 1200,00 1400,00 1600,00

A0 A1T1 A1T2 A1T3 A2T1 A2T2 A2T3 A3T1 A3T2 A3T3 A4T1 A4T2 A4T3

Amostras M ódul o (M P a)

Gráfico 4: Módulo sob tração, na ruptura.

Por meio dos resultados pode-se observar que:

(43)

- A presença da fibra de coco aumenta a elongação na ruptura dos compósitos formados. Provavelmente a fibra age como uma descontinuidade na matriz;

- A presença do PP funcionalizado com anidrido maleico aumenta a resistência à tração dos compósitos obtidos. Este acréscimo é proporcional a concentração do agente acoplante nos compósitos;

- A presença do agente acoplante diminui a elongação na ruptura dos compostos. Este decréscimo é mais acentuado para a concentração de 2% de agente presente na composição; - O PP funcionalizado com anidrido maleico age como agente de acoplagem entre a fibra de coco e a matriz polimérica de PP.

4.1.2 Ensaios de Dureza

A Tabela 5 e o Gráficos 5 apresentam os resultados obtidos para os ensaios de dureza.

Tabela 5: Valores médios do ensaio de dureza

AMOSTRAS Dureza Shore D

A0 57,5±0,8

A1T1 66,9±0,8

A1T2 66,7±0,4

A1T3 66,4±0,8

A2T1 66,1±1,3

A2T2 65,3±0,8

A2T3 64,3±0,8

A3T1 64,2±1,6

A3T2 63,6±0,2

A3T3 62,6±0,8

A4T1 61,5±0,7

A4T2 61,1±1,1

(44)

Gráfico 5: Dureza Shore D

Por meio dos resultados pode-se observar que:

- A fibra de coco provoca um acréscimo nos valores de dureza apresentados pelos compostos obtidos. Este acréscimo é menos acentuado para concentrações mais elevadas de fibras nos compostos;

- A presença de anidrido maleico praticamente não interfere para os compostos contendo 10 e 25% de fibra de coco, nos compostos contendo 15 e 20% de fibra de coco, a aditivação provoca redução nos valores de dureza.

4.1.3 Ensaios de Resistência ao Impacto

(45)

Tabela 6: Valores médios do ensaio de impacto

AMOSTRAS ENERGIA (J) RESISTÊNCIA AO IMPACTO (J/m)

A0 0,085±0,010 26,553±3,161 A1T1 0,060±0,008 18,711±2,504 A1T2 0,050±0,012 15,640±3,738 A1T3 0,046±0,014 12,687±5,625 A2T1 0,068±0,041 21,467±2,966 A2T2 0,059±0,005 18,432±1,096 A2T3 0,056±0,003 17,600±0,740 A3T1 0,057±0,004 17,791±1,242 A3T2 0,057±0,010 17,932±3,236 A3T3 0,071±0,014 22,682±4,331 A4T1 0,058±0,005 18,144±1,610 A4T2 0,059±0,006 18,489±1,821 A4T3 0,069±0,010 21,603±3,458

Gráfico 6: Resistência ao impacto das amostras

Por meio dos resultados pode-se observar que:

- A fibra de coco provoca um decréscimo nos valores de resistência ao impacto dos compostos obtidos, com exceção do composto obtido com 15% de fibra;

(46)

4.1.4 Ensaios de Flexão (03 Pontos)

A Tabela 7 e os Gráficos 7 e 8 apresentam os resultados obtidos de resistência à flexão.

Tabela 7: Valores médios do ensaio de flexão

AMOSTRAS

DEFORMAÇÃO ATÉ A CARGA MÁXIMA (mm)

RESISTÊNCIA À CURVATURA (MPa)

A0 13,47±1,84 28,50±0,08 A1T1 13,14±1,98 35,95±0,17 A1T2 13,19±2,12 40,30±0,09 A1T3 13,54±1,01 44,30±0,09 A2T1 13,46±1,81 34,20±0,65 A2T2 13,47±0,60 41,25±0,17 A2T3 13,51±0,47 40,60±0,03 A3T1 13,37±1,15 38,55±0,15 A3T2 13,64±1,45 37,25±0,05 A3T3 13,65±0,90 37,45±0,04 A4T1 13,64±1,23 34,40±0,02 A4T2 13,56±0,97 35,50±0,16 A4T3 13,70±0,76 34,20±0,08

13,47

13,14 13,19 13,54

13,46 13,47 13,51 13,37

13,64 13,65 13,64 13,56 13,70 12,80 12,90 13,00 13,10 13,20 13,30 13,40 13,50 13,60 13,70 13,80

A0 A1T1 A1T2 A1T3 A2T1 A2T2 A2T3 A3T1 A3T2 A3T3 A4T1 A4T2 A4T3

Amostras D e for m ão (m m )

(47)

Gráfico 8: Valores de resistência à flexão (MPa)

Por meio dos resultados pode-se observar que:

- A fibra de coco provoca um aumento nos valores de resistência à flexão dos compostos obtidos se comparado com o PP reciclado sem fibra;

Esse aumento pode ser provocado devido a elasticidade que a fibra apresenta.

- A elongação é inversamente proporcional à resistência à flexão: quanto maior a resistência, menor a deformação;

- A presença do agente acoplante junto com fibra de coco provoca um acréscimo nos valores de resistência à flexão dos compostos obtidos, principalmente em compostos de concentrações de 10% de fibra e 3% PP funcionalizado com anidrido maleico;

- A presença de anidrido maleico diminui a deformação até a carga máxima dos compositos.

4.2 CARACTERIZAÇÃO TÉRMICA

4.2.1 Temperaturas de Deflexão ao Calor (HDT) e de Amolecimento Vicat

(48)

Tabela 8: Valores de HDT e de ponto de amolecimento VICAT

AMOSTRAS HDT (°C)

PONTO DE AMOLECIMENTO

VICAT (°C)

A0 112,50±8,56 143,08±0,47 A1T1 116,78±1,70 144,35±1,38 A1T2 122,60±2,19 146,58±1,89 A1T3 122,90±2,95 142,32±0,95 A2T1 113,67±3,83 145,15±2,18 A2T2 120,38±5,59 146,47±3,83 A2T3 120,93±3,42 143,90±1,17 A3T1 116,60±1,63 146,35±0,95 A3T2 117,15±2,93 144,80±1,89 A3T3 118,63±2,67 144,73±1,45 A4T1 114,93±3,41 144,00±0,92 A4T2 115,73±3,68 143,40±1,09 A4T3 115,85±3,69 143,40±0,82

(49)

Gráfico 10: Ponto de amolecimento Vicat (º C)

Por meio dos resultados pode-se observar que:

- A presença da fibra de coco aumenta a temperatura de deflexão ao calor (HDT) em relação às amostras obtidas com PP reciclado sem adição de fibra, passando de 112,5oC para 114-117oC. O aumento é maior para concentrações maiores de fibra;

-A variação da concentração do anidrido maleico presente não apresenta efeito significativo sobre a de temperatura de deflexão ao calor (HDT);

- A presença da fibra de coco praticamente não interfere na tempertatura de amolecimento Vicat dos compósitos;

- A presença do anidrido maleico aumenta a temperatura de amolecimento Vicat, provavelmente, devido à melhor homogeneidade na dispersão das fibras na matriz de polipropileno, e uma melhor interação entre a fibra e a matriz.

4.2.2 Análise Dinâmico Mecânica (DMA)

Os gráficos 11 e 12 apresentam os resultados obtidos dos ensaios de DMA.

93,50 94,10 89,40

95,90

91,80 91,70 98,30

92,90 92,30 92,90 92,70

91,50 92,50 80,00 85,00 90,00 95,00 100,00

A0 A1T1 A1T2 A1T3 A2T1 A2T2 A2T3 A3T1 A3T2 A3T3 A4T1 A4T2 A4T3

Amostras T g ( º C )

(50)

0,797

1,218 1,317 1,161 1,184 1,343

1,066 1,113 0,917

1,105

0,964 0,904 1,006

0,000 0,500 1,000 1,500

A0 A1T1 A1T2 A1T3 A2T1 A2T2 A2T3 A3T1 A3T2 A3T3 A4T1 A4T2 A4T3

Amostras For ça A pl ic a da ( N )

Gráfico 12: Força Aplicada nos ensaios de DMA

Por meio dos resultados observa-se que:

- A adição de fibra de coco não interfere relativamente na temperatura de transição vítrea (Tg) dos compostos;

- A presença do PP funcionalizado com anidrido maleico aumenta a temperatura de transição vítrea (Tg) dos compostos com concentrações de 20 e 25% de fibra e com 3% de agente de acoplagem.

4.3 CARACTERIZAÇÃO REOLÓGICA

4.3.1 Índice de Fluidez - MFI

(51)

Tabela 9: Resultados obtidos para os ensaios de índice de fluidez - MFI.

AMOSTRAS MASSA MÉDIA (g) MFI (g/10min)

A0 0,900±0,047 36,000±0,035 A1T1 0,519±0,048 20,753±0,048 A1T2 0,614±0,105 24,554±0,105 A1T3 0,613±0,041 24,507±0,037 A2T1 0,536±0,021 21,433±0,006 A2T2 0,549±0,056 21,971±0,055 A2T3 0,663±0,153 26,527±0,152 A3T1 0,627±0,112 25,065±0,106 A3T2 0,724±0,065 28,976±0,065 A3T3 0,646±0,106 25,833±0,101 A4T1 0,746±0,039 29,850±0,036 A4T2 0,771±0,071 30,827±0,067 A4T3 0,805±0,051 32,200±0,049

(52)

36,000 20,753 24,554 24,507 21,433 21,971 26,527 25,065 28,976 25,833

29,850 30,827 32,200

0,000 5,000 10,000 15,000 20,000 25,000 30,000 35,000 40,000

A0 A1T1 A1T2 A1T3 A2T1 A2T2 A2T3 A3T1 A3T2 A3T3 A4T1 A4T2 A4T3

Amostras Índi ce de Fl ui de z

Gráfico 14: Índice de fluidez (g/10 min)

Por meio dos resultados pode-se observar que:

- Comparando o índice de fluidez do polipropileno puro com o dos compostos obtidos contendo fibra de coco, observa-se que a presença da fibra de coco provoca um decréscimo no índice de fluidez. O decréscimo é maior para concentrações menores de fibra de coco;

- Os valores obtidos de índices de fluidez dos compostos de PP reciclado com fibra de coco não alcançam os valores de índices de fluidez do PP reciclado sem fibra;

- A presença de anidrido maleico aumenta o índice de fluidez dos compostos obtidos. Provavelmente devido ao efeito plastificante do agente de acoplagem. Este aumento é maior para concentrações maiores anidrido maleico.

4.4 CARACTERIZAÇÃO MORFOLÓGICA

4.4.1 Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV)

As Fotografias 8 a 13 apresentam as micrografias obtidas no MEV das amostras obtidas.

Por meio das micrografias observa-se que:

- As fraturas obtidas, a partir do ensaio de impacto, que teve início do entalhe até o final de cada amostra, são frágeis;

- As fibras estão bem distribuídas no compósito, não sendo observadas regiões com aglomerados e/ou descontinuidades através de vazios (“bolhas”) nas amostras.

(53)

- Ensaios de calcinação da fibra de coco (realizados em mufla elétrica a 800oC – 02 horas) confirmaram teores de silício inferiores a 0,1% na composição da fibra de coco.

Fotografia 8: Micrografia obtida no MEV da amostra A0

(54)

Fotografias 10: Micrografia obtida no MEV da amostra A1T2.

(55)

Fotografias 12: Micrografia obtida no MEV da amostra A3T3.

Fotografias 13: Micrografia obtida no MEV da amostraA4T3

(56)

5 CONSIDERAÇÕES FINAIS

5.1 CONSIDERAÇÕES GERAIS

Os compósitos de PP reciclado reforçados com fibra de coco e combinados com o uso do agente acoplante específico (PP funcionalizado com anidrido maleico) se apresentam como uma alternativa viável para aplicações de alta demanda técnica, podendo substituir, com vantagens, a resina virgem e a resina reciclada sem reforço que normalmente não atendem às especificações de peças industriais de uso técnico. Adicionando-se proporções de 10 à 25% de fibra de coco na matriz de polipropileno, foi observado um acréscimo nas propriedades térmicas e mecânicas como a resistência à tração, dureza e impacto, sendo que praticamente não houve alteração nas condições de processamento (índice de fluidez).

5.2 APLICAÇÃO INDUSTRIAL ESPECÍFICA:

Os compósitos foram submetidos a avaliação comparativa para uso prático em 03 peças industriais específicas de 03 montadoras automotivas internacionais com linhas de montagem no Brasil para as quais especifica-se o uso de resina reciclada: lateral de portas, tampa do motor e tampa do porta malas.

Após análise contra as especificações das peças e demandas das montadoras, 04 compósitos foram selecionados (Anexo A – A3T2 para a lateral da porta; A4T1 para a tampa do motor e A1T3 e A2T3 para a tampa do porta malas) e comprovaram inequívoca viabilidade de uso, atendendo critérios técnicos, de custo, de responsabilidade social e de sustentabilidade ambiental:

- Critérios Técnicos:

A combinação de propriedades de cada compósito selecionado mostrou atender a totalidade das especificações técnicas das respectivas peças. Nem os demais compósitos tampouco a resina de PP reciclada sem reforços mostraram a mesma capacidade, atendendo apenas parcialmente as propriedades e valores exigidos nas especificações.

(57)

A composição de fibra de coco e agente de acoplagem com o PP reciclado adicionou valor técnico aos compósitos (contrariando a opinião corrente de que a reciclagem prejudica as propriedades das resinas) e permitiu o atendimento pleno das especificações de cada peça.

- Critérios Econômicos e de Custo: (Preços e custos líquidos, sem impostos, à vista e ex-frete)

As montadoras e empresas produtoras de peças plásticas são obrigadas a moer as peças refugadas no processo produtivo e enviar para a reciclagem. No caso do PP, a resina moída é vendida pelas montadoras a R$ 2,60/kg para as empresas de reciclagem, que agregam os custos de produção - reciclagem mecânica (R$ 0,80/kg) e vendem a resina reciclada de volta para os produtores de peças e montadoras a R$ 4,40/kg, com margem bruta aproximada de 30%. Essa operação não gera vantagens econômicas para o reciclador (margem reduzida) nem para a montadora e produtores de peças pois a resina de PP virgem (equivalente) tem preço de compra no mercado de R$ 4,30/kg. O uso de resina reciclada, nesse cenário, traz impacto econômico negativo para a cadeia de negócios.

O uso de reforço de fibra de coco (preço de mercado de R$ 0,20/kg), mesmo que combinado com o uso de agente de acoplagem especifico (R$ 7,20/kg) garante a vantagem de custo para o processo, especialmente para formulações com teores de FC mais elevados: (valores em R$/Kg), conforme apresentado na Tabela 10.

Tabela 10: Custos do processo

Compósito Custo PP Custo FC Custo AA Custo Reciclagem Custo total

A3T2 2,03 0,04 0,14 0,80 3,01

A4T1 1,95 0,08 0,00 0,80 2,83

A1T3 2,26 0,02 0,22 0,80 3,30

A2T3 2,13 0,03 0,22 0,80 3,18

A vantagem de custo varia de 3% a 16% versus PP sem reforço, agregando valor econômico à operação, que pode ser revertida em margem mais elevada para o reciclador e/ou redução de custo da peça para a montadora e para o consumidor.

- Critérios de Responsabilidade Social:

(58)

aumento do uso de FC pela indústria certamente gerará beneficio social positivo, resultando em mais empregos em regiões do país que são pouco industrializadas e carentes de infra-estrutura social.

- Critérios de Sustentabilidade Ambiental:

A substituição de resina plástica (PP), derivada de 2ª geração do refino do petróleo e do uso de gás natural, insumos fósseis, esgotáveis e não renováveis por fibra de coco, matéria prima natural e de fonte renovável, certamente causa impacto positivo sobre a sustentabilidade ambiental. A quantificação desse efeito poderá ser feita usando indicadores globais, inclusive o balanço de carbono, que poderá ser alvo de estudos complementares.

(59)

6 CONCLUSÕES

Os compósitos de PP reciclado modificados com fibra de coco e combinados com o uso do agente acoplante específico (PP funcionalizado com anidrido maleico) se apresentam como uma alternativa viável para aplicações de alta demanda técnica, podendo substituir, com vantagens, a resina virgem e a resina reciclada sem reforço que normalmente não atende às especificações.

Adicionando-se proporções de 10 à 25% de fibra de coco na matriz de polipropileno, foi observado um acréscimo nas mecânicas como a resistência à tração, dureza e impacto, sendo que praticamente não houve alteração nas condições de processamento (índice de fluidez).

Constatou-se também que houve um acréscimo na temperatura de deflexão ao calor (HDT) para todos os compósitos obtidos, enquanto que o ponto de amolecimento Vicat praticamente manteve-se constante.

(60)

REFERÊNCIAS

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ALBUQUERQUE J.A.C. Planeta Plástico, tudo o que você precisa saber sobre plásticos,

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CALLISTER, William D.. Ciência e Engenharia de Materiais – Uma Introdução. 40ª Edição, 2008.

CANEVAROLO JR., Sebastião V.. Ciência dos polímeros. 2002.

CASA, F. Aplicação de Produtos Naturais nos Revestimentos Internos dos Veículos. In: SAE. São Paulo, 2002.

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GARCIA, Amauri, SANTOS, Carlos Alexandre dos, SPIM, Jaime Álvares. Ensaios de Materiais. 2000.

HARADA, Julio, WIEBECK, Hélio. Plásticos de Engenharia. 2ª Edição, 2005.

HARPER, Charlie. Industrial polymers handbook; product, processes, applications. 1994. ISHIZAKI, M. H.; VISCONTE, L. L. Y.; FURTADO, C. R. G., LEITE, M. C. A. M.; LEBLANC, J. L. Caracterização mecânica e morfológica de compósitos de polipropileno e fibras de coco verde: influência do teor de fibra e das condições de mistura. Polímeros: Ciência e Tecnologia, vol. 16, n° 3, p. 182-186, 2006

RECICLAR PLÁSTICOS.

Disponível em: http://www.compam.com.br/re_plastico.htm. Acesso em: 09/05/2011.

LUCAS, Elisabete F., Monteiro, Elisabeth, SOARES Bluma G.. Caracterização de polímeros. 2001.

MANCINI, Sandro Donnimi, ZANIN, Maria. Resíduos Plásticos e Reciclagem. 5ª Edição, 2004.

MANO, Eloisa Biasotto, MENDES, Luís Cláudio. Introdução a polímeros. 2ª Edição, 2001. MANO, Eloisa Biasotto. Polímeros como materiais de engenharia. 2003.

(61)

PIVA, Ana Magda, WIEBECK, Hélio. Reciclagem do plástico. 2ª Edição, 2004.

MASSON, T. J., Desenvolvimento e reciclagem do polipropileno modificado pela presença de cargas híbridas, Tese de Doutorado, Universidade Mackenzie, São Paulo, SP (1998).

MUSTAFA, N.. Plastics Waste Management: Disposal, Recycling and Reuse. 1993. RABELLO, Marcelo. Aditivação dos Polímeros. 2007.

RUDIN, Alfred. The Elements of Polymer Science and Engineering. 2ª edition, 2006. p.241-248.

SALAZAR, V.. Estudos sobre biodegradação e reciclagem de peças automotivas baseadas em fibras naturais. 2001. 20f. Dissertação (Mestrado em Ciências Agronômicas) – Universidade Estadual paulista Julio de Mesquita Filho, Botucatu, 2003.

SARANTÓPOULOS, C.I.G.L. et.al. Embalagens Plásticas Flexíveis. Campinas: CETEA/ITAL, 2002.

SPERLING L.H, Introduction to Phisical Polymer Science. Segunda edição. United States. Library of Congress Cataloging in Publication Data. 1992.

(62)

ANEXO A

(63)

COMPÓSITOS PP + Fibra de Coco

Aplicações na Indústria

Peça: Lateral de Porta - Especificações Técnicas

Propriedades/Normas Montadora 1 Montadora 2 Montadora 3 Recomendado Compósito Tensão a

Tração-Ruptura

ASTM D 638 > 26 Mpa > 25 MPa > 30 MPa

A3T2 Alongamento-Tração

Ruptura

ASTM D 638 > 5% > 5% > 4% Resistência ao Impacto

IZOD

ASTM D 256 > 16,5 J/m > 16,7 J/m > 16,9 J/m Tensão na

Flexão-Ruptura

ASTM D 790 > 36 Mpa > 37 MPa > 35 MPa Alongamento-Flexão

Ruptura

ASTM D 790 > 12% > 12% > 11% HDT

ASTM D 648 > 105°C > 110°C > 110°C Temperatura Vicat

ASTM D 1525 > 140°C > 143°C > 130°C Dureza Shore D

(64)

COMPÓSITOS PP + Fibra de Coco

Aplicações na Indústria

Peça: Tampa do Motor - Especificações Técnicas

Propriedades/Normas Montadora 1 Montadora 2 Montadora 3 Recomendado Compósito Tensão a

Tração-Ruptura

ASTM D 638 > 27 Mpa > 29 MPa > 29 MPa

A4T1 Alongamento-Tração

Ruptura

ASTM D 638 > 8% > 8% > 7% Resistência ao Impacto

IZOD

ASTM D 256 > 17,5 J/m > 18,0 J/m > 18,0 J/m Tensão na

Flexão-Ruptura

ASTM D 790 > 12% 13% 13% Alongamento-Flexão

Ruptura

ASTM D 790 > 13% > 12% > 13% HDT

ASTM D 648 > 112°C > 114°C > 110°C Temperatura Vicat

ASTM D 1525 > 140°C > 142°C > 143°C Dureza Shore D

(65)

COMPÓSITOS PP + Fibra de Coco

Aplicações na Indústria

Peça: Tampa do Porta Malas - Especificações Técnicas

Propriedades/Normas Montadora 1 Montadora 2 Montadora 3 Recomendado Compósito Tensão a

Tração-Ruptura

ASTM D 638 > 25 Mpa > 20 MPa >26 MPa

A1T3 A2T3 Alongamento-Tração

Ruptura

ASTM D 638 > 4,1% > 4,0% > 4% Resistência ao Impacto

IZOD

ASTM D 256 > 12,0 J/m > 12,5 J/m > 12,6 J/m Tensão na

Flexão-Ruptura

ASTM D 790 > 41 Mpa > 40 MPa > 38 MPa Alongamento-Flexão

Ruptura

ASTM D 790 > 12% > 13% > 12% HDT

ASTM D 648 > 120°C > 120°C > 120°C Temperatura Vicat

ASTM D 1525 > 145°C > 146°C > 145°C Dureza Shore D

Imagem

Tabela 1: Características do PP reciclado
Tabela 2: Temperatura nas diferentes zonas de aquecimento.
Tabela 3: Composição das amostras  A0 100 0 0 A1T1 90 10 0 A1T2 88 10 2 A1T3 87 10 3 A2T1 85 15 0 A2T2 83 15 2 A2T3 82 15 3 A3T1 80 20 0 A3T2 78 20 2 A3T3 77 20 3 A4T1 75 25 0 A4T2 73 25 2 A4T3 72 25 3% em massaCompostosPP recicladoFC AA
Gráfico 1: Carga máxima sob tração, na ruptura.
+7

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