COMPÓSITO A BASE DE MATRIZ POLIMÉRICA DE POLIETILENO DE
ALTA DENSIDADE E TALCO
Camila F. de Andrade1* (IC), Wallace Pedrosa1 (IC), Angélica Bheringe1 (IC), Luciana P. da Silva1 (D)
1 – Centro Universitário Estadual da Zona Oeste – UEZO,Campus Campo Grande, Rio de Janeiro – RJ, andradecamilafigueiredo@gmail.com
Resumo: Este trabalho se desenvolve no estudo de compósitos de polietileno de alta densidade em diferentes proporções de talco adicionado em sua matriz polimérica distribuídas em 100-0%, 99-1%, 97-3%, 95-5%, 92-8% e 90-10% de polímero-carga. As amostras foram preparadas pelo processo de extrusão dupla rosca. Procurou-se observar as boas propriedades que o talco poderia conferir ao polímero, bem como poder de cobertura, opacidade, elevada alvura, fácil dispersão e elevada resistência à abrasão. Além do desenvolvimento de um novo material, este trabalho propõe sua aplicação na área de materiais de revestimento, de materiais de alta dureza e materiais com elevada resistência a abrasão. O perfil utilizado no processo de extrusão dupla rosca foi de 130 a 200ºC, para caracterização do material foram utilizadas as análises de densidade, dureza, fluidez e microscopia eletrônica de varredura.
Palavras-chave: Compósito, polietileno de alta densidade, talco.
The base polymer matrix composite of high-density polyethylene and talc
Abstract: This work develops the study of high-density polyethylene composites in different proportions of powder added in its polymer matrix distributed in 100-0%, 1%, 99-97-3%, 5%, 95-92-8% and 90-10% of polymer-load. The samples were prepared by double-screw extrusion process. Tried to follow the good properties that could give the polymer powder as well as hiding power, opaque, high brightness, easy dispersion and high resistance to abrasion. In addition to the development of a new material, this paper proposes their application in the area of coating materials of high hardness materials and materials with high resistance to abrasion. The profile used in the double-screw extrusion process was 130 to 200 º C, to characterization of the material were used in the analysis of density, hardness, fluidity and scanning electron microscopy.
Keywords: composite, high density polyethylene, Talcum. Introdução
O polietileno de alta densidade (PEAD) é uma resina de alto peso molecular, consagradas internacionalmente por suas excepcionais qualidades mecânicas e de processabilidade, as quais se mantêm inalteradas por muitos anos, aliada a sua alta resistência à maioria dos produtos químicos e efluentes gerados por indústrias. Resulta da polimerização do etileno em reatores de baixa pressão, processo que lhe confere uma estrutura molecular regular e estável e consequentemente, resultando em produtos finais com características superiores as de outros materiais plásticos (1). O PEAD apresenta uma estrutura preferencialmente linear, produzindo alta cristalinidade (65-90%) e alta densidade (0,940-0,970g/cm3), temperatura de transição vítrea em -120ºC e tem-peratura de fusão de 135ºC. Propriedades mecânicas moderadas e resistência química excelente. (2) Entretanto o polímero por si só, não consegue atingir algumas propriedades, e por isso desenvolveu-se o desenvolvimento dos materiais compósitos. Um compósito deve ser um material multifase, sendo o mais importante em um compósito é o efeito sinérgico que se observa no sistema, em que as suas propriedades finais são uma mistura melhorada das propriedades de seus componentes individualmente. Utilizou-se o talco como carga de reforço, com intuito de atribuir suas excelentes propriedades ao compósito. O silicato de magnésio hidratado ou talco é um importante mineral industrial que possui diversas aplicações industriais. O talco nos termoplásticos e nos elastômeros
proporciona melhora das propriedades mecânicas, uma boa estabilidade dimensional, maior fluidez no processamento, baixo desgaste do ferramental no processamento e maior durabilidade ao produto final. É usado como carga e reforço na fabricação da massa plástica e dos plásticos reforçados com fibra de vidro, também como antiaderente nas placas de poliéster e nylon para fabricação de botões, fivelas e cintos.(4) Foram desenvolvidos dois tipos de materiais com matriz polimérica diferentes, no primeiro caso utilizou-se polietileno de alta densidade (PEAD) com especificações comerciais e no segundo caso utilizou-se PEAD oriundo de descarte pós-consumo. Para caracterização das amostras foram utilizados as análises de densidade, dureza, índice de fluidez (MFI) e micrografia eletrônica de varredura (MEV).
Experimental
Obtenção das amostras
Para obtenção das amostras, foi utilizada a extrusora dupla rosca co-rotacional TEC TRIL Mod. DCT 20 – 40, com funil lateral e matriz em formato cilíndrico. Após a extrusão, os filamentos foram picotados de modo homogêneo. Com o auxílio de placas de ferro e filmes de alumínio, foi feito a prensagem em prensa hidráulica Marconi modelo MA098/A, para aplicação de pressão e temperatura. Posteriormente com o uxílio de prensa hidráulica Marconi MA098/C, para resfriamento sob pressão. Foram utilizadas as proporções 0%-100%, 1%-99%, 5%-95%, 8%-92% e 10%-90%, para carga de talco-matriz polimérica de polietileno de alta densidade virgem ou reciclado. O perfil de temperaturas utilizado para o processamento do compósito de PEAD virgem e reciclado, a fim de comparação, foram os mesmos variando na faixa de 130ºC até 180ºC.
Caracterização das amostras
Para análises de comparação foram realizados os testes de densidade, na condição de 27ºC no densímetro digital DSL 910 GEHAKA, Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) modelo JEOL JSM – 6490LV com as amostras previamente congeladas, foram realizadas aproximação de 200X – 1600X, medição do índice de fluidez plastômetro (MFI) MeltFlowQuik Index – CEAST (pistão, matriz, pesos) e análise de dureza com durômetro Shore D modelo GS702, futuramente pretende-se realizar testes de termogravimetria (TGA), ensaios mecânicos de flexão, compressão, impacto e elasticidade.
Resultados e Discussão
Dureza
O método consiste em medir a profundidade da impressão deixada no material com a aplicação da carga e é dependente de outros fatores além da dureza, como das propriedades viscoelásticas e da duração do ensaio. No ensaio de dureza foi utilizado o Durômetro Shore D modelo GS702, utilizada para termoplásticos. Foram medidas a dureza de 5 amostras diferentes de PEAD virgem e 5 amostras de PEAD reciclado. Nessas amostras foram feitas 5 medições em cada uma delas.
Figura 1 - Dureza Shore-D do compósito de PEAD e Talco
A Erro! Fonte de referência não encontrada. apresenta os resultados de dureza dos compósitos formados pelo PEAD virgem e reciclado com talco nos percentuais de 0, 1, 3, 5, 8 e 10% em massa. Pode-se observar que o aumento no teor de talco promoveu uma redução na dureza
tanto no PEAD virgem quanto no PEAD reciclado, possivelmente a incorporação da carga promoveu um aumento da resistência à penetração do material. Este aumento foi mais importante no compósito de PEAD reciclado com 10% de talco quando comparado com o compósito de PEAD virgem na mesma proporção.
Densímetro
Para a determinação da densidade normalmente são utilizados os métodos do picnômetro, ou deslocamento. Os métodos do picnômetro, ou deslocamento (pesagem por imersão), baseiam-se na determinação da massa do plástico e na determinação do volume do mesmo através da imersão desta amostra em um líquido de densidade menor. Dividindo-se então a massa pelo volume, obtém-se a densidade. Neste ensaio foram preparadas em Densímetro DSL910 – GEHAKA, 5 amostras de polietileno virgem e 5 amostras de polietileno pós-industrial para análise no densímetro. A metodologia utilizada para medição da densidade foi por comparação da densidade da água.
Figura 2 - Densidade do compósito PEAD e Talco
A Erro! Fonte de referência não encontrada.2 apresenta os resultados de densidade dos compósitos formados pelo PEAD virgem e reciclado com talco nos percentuais de 0, 1, 3, 5, 8 e 10% em massa. Observa-se que nos compósitos formados com o PEAD virgem acontece um discreto aumento linear na densidade, sugestionando que a carga atua como carga de preenchimento. No entanto, a densidade nos compósitos de PEAD reciclado com talco, a densidade apresenta uma redução discreta, possivelmente devido a presença de aditivos no PEAD reciclado. No compósito de PEAD reciclado/ 5% de talco apresenta um resultado discrepânte com os demais, possivelmente devido a variáveis na fase de processamento.
Índice de fluidez - MFI
O índice de fluidez é um teste simples, rápido e útil no controle da qualidade de resinas termoplásticas. Tem a capacidade de indicar a “Fluidez” relativa dessas resinas. A propriedade medida por este teste é basicamente a viscosidade do polímero fundido. O índice de fluidez do material foi medido por uma intercessão de 10 segundos entre cada amostra do virgem e 15 segundos entre cada amostra do reciclado, por regra de três foi calculado a massa relativa a 10 min. O equipamento utilizado foi Plastômetro MeltFlowQuik Index – CEAST (pistão, matriz, pesos) com o objetivo de medir a fluidez do material por aquecimento do material por termopar.
A Erro! Fonte de referência não encontrada.3 apresenta os resultados de índice de fluidez dos compósitos formados pelo PEAD virgem e reciclado com talco nos percentuais de 0, 1, 3, 5, 8 e 10% em massa.Pode-se observar que a variação entre o PEAD virgem e o PEAD reciclado gerou comportamentos distintos. Para os compósitos formados pelo PEAD virgem e talco, o aumento no teor da carga promoveu uma redução na fluidez, possivelmente devido à presença da carga estar influenciando significativamente a viscosidade do material, promovendo um aumento nesta, o que possivelmente ocasionou a redução na fluidez dos sistemas. Entretanto, este fato não é observado para os compósitos com PEA reciclado. A fluidez praticamente não foi alterada pela presença da carga. Isto pode ter ocorrido devido a presença dos aditivos (pigmentos, auxiliares de processamento) presentes no PEAD reciclado.
Microscopia Eletrônica por Varredura
A análise de MEV é uma técnica utilizada para observação tridimensional superficial da amostra, ela se dá pela interação dos elétrons com um feixe incidido na superfície da amostra. Para visualização a amostra deve ser metalizada previamente. Nossas amostras foram analisadas com aproximações de 200x a 1600x.
Figura4. Micrografias de (A) PEAD virgem (200x), (B) PEAD reciclado (400x) e Talco (C) 500X e
(D)1600x
Tabela 1- Micrografias de Compósitos PEAD virgem e reciclado com carga de Talco (500x e 1600x)
% de Talco em
PEAD PEAD Virgem PEAD Reciclado
5%
A
B
8%
10%
A figura 4 mostra as micrografias de varredura eletrônica dos elementos puros antes do processamento dos compósitos. A tabela 1 mostra micrografias de varredura eletrônica do compósitos de PEAD virgem e PEAD reciclado com os percentuais em 5%, 8% e 10% em massa de talco. É possivel verificar que houve boa homogeneidade das misturas, sendo mais pronunciada nos compósitos com 10% em massa de talco.
Conclusões
Neste trabalho de pesquisa as conclusões que obtivemos foram as seguintes:
O teor de talco promoveu uma redução na dureza tanto no compóstito de PEAD virgem quanto no PEAD reciclado, possivelmente a incorporação da carga promoveu um aumento da resistência à penetração do material.
Os compósitos formados com o PEAD virgem apresentaram um discreto aumento na densidade, sugestionando que a carga atua como carga de preenchimento. No entanto, a densidade nos compósitos de PEAD reciclado com talco, a densidade apresenta uma redução discreta, possivelmente devido a presença de aditivos no PEAD reciclado.
Compósitos formados com PEAD virgem e talco, apresentam uma redução na fluidez, entretanto os resultados para o PEAD reciclado e talco a fluidez praticamente não foi alterada.
Na caracterização utilizando micrografia eletrônica de varredura foi possível verificar que houve boa homogeneidade das misturas, sendo mais pronunciada nos compósitos com 10% em massa de talco.
Agradecimentos
Agradecemos a todos aqueles que tornaram essa pesquisa possível. Referências Bibliográficas
1. Jr., S. V. Canevarolo. Ciência dos Polímeros - Um texto básico para tecnólogos e engenheiros. 2002.
2. Mano, E. B. Introdução a Polímeros. Rio de Janeiro : s.n., 2004.
3. Gonzalez, Disponível em: http://www.ehow.com.br/quais-tipos-minerais-talco-possui-info_98464/ Acessado em 08/06/2015. Autor: Mary Simms | Traduzido por Andressa. Quais tipos
de minerais o talco possui?
4. Pontes, Ivan Falcão. Talco. Rochas e Minerais Industriais. s.l. : Disponível em http://www.cetem.gov.br/publicacao/livros/Livro%20Rochas%20e%20Min.%20Ind.%201a.pdf., Acessado em 08/06/2015.
