COMPARAÇÃO DE CINZAS DE BAGAÇO DE CANA DE AÇÚCAR AO NEGRO DE FUMO EM POLIAMIDA 66
2M.P. Oliveira, 2A.C. Babetto, 1B. C. Bonse
1Centro Universitário da FEI, Departamento de Engenharia de Materiais, Av. Humberto de A.C. Branco, 3972, CEP 09850-901, São Bernardo do Campo, SP,
Brasil – prebbonse@fei.edu.br
2Faculdade SENAI de Tecnologia Ambiental
RESUMO
Avaliaram-se a incorporação e o uso das cinzas de bagaço de cana-de-açúcar como aditivo em poliamida 66. Compararam-se propriedades de poliamida 66 contendo 5 e 10% em massa de cinzas do bagaço com a mesma matriz contendo teores iguais de negro de fumo. As propriedades investigadas foram resistência à tração e ao impacto, módulo elástico, índice de viscosidade e poder de coloração. Os teores de cinza não mostraram diferenças significativas entre si quanto às propriedades investigadas. Em comparação com teores similares de negro de fumo, os compostos contendo cinzas de bagaço de cana apresentaram rigidez superior, possivelmente pela presença de sílica nestas cinzas. O escoamento, por meio do índice de viscosidade, e poder de coloração, por meio da análise de coloração de plaquetas injetadas, dos compostos contendo as cinzas também se mostraram superiores, porém as resistências à tração e ao impacto foram inferiores.
Palavras-chave: cinza de bagaço de cana-de-açúcar, negro de fumo, poliamida 66.
INTRODUÇÃO
Com o crescimento das indústrias de etanol, o uso da cana-de-açúcar tem aumentado, e isso acaba gerando grande quantidade de resíduos decorrentes dos processos, incluindo o bagaço da cana. Este bagaço é utilizado em indústrias geradoras de energia térmica como combustível para movimentar as caldeiras que geram esta energia. Parte dos resíduos provenientes da queima do bagaço da
cana-de-açúcar é destinada a aterros sanitários, o que também é prejudicial ao meio ambiente (1).
O bagaço da cana-de-açúcar é um material, que após ser queimado, possui alto teor de SiO2, aproximadamente 84%, o que possibilita seu uso como carga em polímeros (1), tal como a poliamida 66, um plástico de engenharia frequentemente usada para substituir o metal, tal como em engrenagens, por possuir ótimas propriedades mecânicas, resistência a intempéries e alta temperatura de fusão (2). Possui também compatibilidade com outros materiais e aceita satisfatoriamente diversos aditivos como, microesfera de vidro, fibra de vidro, modificador de impacto, antichama, lubrificantes, cargas minerais, entre outros. Suas aplicações são diversas, atendendo a vários segmentos como automotivo, eletroeletrônico, construção civil e utensílios domésticos (2). Outro aditivo também muito utilizado é o negro de fumo, que tem a função de prover propriedades específicas ao produto final, como por exemplo, cor e resistência à radiação UV (3). Sua matéria-prima principal é derivada do petróleo cuja extração é prejudicial ao meio ambiente, o que acaba não sendo um produto sustentável.
O objetivo do estudo foi incorporar bagaço de cana-de-açúcar carbonizado, a dois teores, em poliamida 66 por extrusão e caracterizar o composto polimérico obtido, comparando-o com compostos de poliamida 66 com negro de fumo.
Um fator importante deste trabalho é a sustentabilidade, pois o uso do bagaço de cana carbonizado possibilita baratear o produto final pelo fato do mesmo ser um resíduo das termoelétricas que queimam o bagaço para gerar energia, e assim dar um destino nobre a este resíduo que atualmente é descartado no meio ambiente.
MATERIAIS E MÉTODOS
Materiais
Para execução deste estudo foram utilizados: (i) bagaço de cana-de-açúcar descartado por vendedores de caldo de cana; (ii) poliamida 6,6 TECHNYL 48AP, na forma de grânulos, cedida pela empresa Rhodia Poliamida e Especialidades Ltda, produtora de polímeros e compostos de poliamida.
Métodos
Primeiramente foi feita a secagem do bagaço de cana-de-açúcar a 80 °C por 2 horas, em uma estufa modelo Fabbe-Primar Industrial Ltda. Após a etapa de secagem, realizou-se a queima do mesmo, utilizando-se um forno modelo Lindberg Heavy Duty, a 800 °C por 4 horas. Após a carbonização do bagaço, este adquiriu uma estrutura frágil tornando-se facilmente pó. Não houve peneiramento prévio, sendo este incorporado na poliamida 66 em uma extrusora dupla rosca modelo Werner & Pfleiderer tipo ZSK 30M9/2. Foram utilizadas 5 e 10% em massa das cinzas. O perfil de temperatura da extrusora foi de 255 a 270°C da zona 1 até zona 8, rotação de 282 rpm e vazão de 10 kg/h.
Após a obtenção do composto polimérico, foram injetados corpos de prova para as análises, em máquina injetora modelo Demag. O perfil de temperatura de injeção foi de 260 a 280 °C, pressões de injeção e recalque de 1000 e 900 bar, respectivamente, velocidade de injeção de 90 cm/s e molde a 80 °C.
Os corpos de provas foram condicionados por 48 horas em sala climatizada a (23 ± 2) ºC e umidade relativa do ar de (50 ± 5) %, antes da realização das análises. Os ensaios de tração foram realizados em máquina de ensaios universal EMIC na velocidade de 50 mm/min, segundo ASTM D638.
Os ensaios de impacto Izod com entalhe foram realizados em máquina de impacto EMIC com pêndulo de 15 J, segundo norma ISSO 180. Foram utilizados dez corpos de prova para cada formulação.
O índice de viscosidade das poliamidas foi medido através do tempo de escoamento de uma solução a 25ºC de 0,05 ou 0,005g/ml de PA em ácido fórmico 90%, em capilar viscosimétrico do tipo Ubbelohde (diâmetro 0,63 mm).
RESULTADOS E DISCUSSÕES
Os resultados do ensaio de tração e de impacto Izod com entalhe, do PA66 contendo negro de fumo e cinzas de bagaço de cana, são apresentados na Figura 1, a seguir. Conforme a figura 1, a propriedade que mostrou maior diferença entre o negro de fumo e as cinzas de bagaço de cana na PA66, é o módulo elástico. Observa-se pela figura 1(a) que não há muita diferença entre 5% e 10% de negro fumo no módulo elástico. Com a mudança da carga para as cinzas de bagaço de cana, observa-se um aumento de 60 – 80% no módulo elástico, ou seja, a PA66
contendo cinzas é mais rígida do que a PA66 contendo negro de fumo. Este aumento da rigidez provavelmente é causado pela presença de sílica, uma carga rígida, nas cinzas, conforme relatado por Cordeiro et al. (2008).
(a) (b)
(c) (d)
Figura 1 - Propriedades de tração e de impacto Izod, com entalhe, das formulações estudadas.
A queda da resistência ao impacto com a presença das cinzas em relação ao negro de fumo, conforme Figura 1 (d), provavelmente, também é causada pela
presença da sílica. De acordo com DeArmitt e Hancock (4) cargas rígidas tendem a
reduzir a resistência ao impacto de materiais dúcteis, que já possuem alta resistência ao impacto, entretanto quando bem dispersas, com o tamanho de partícula correto, podem melhorar a resistência ao impacto de materiais frágeis, como o homopolímero de PP ou de poliestireno, através de microfissuramento (crazing).
Quanto à resistência à tração e a deformação na ruptura, Figuras 1 (b) e (c), pela presença da carga rígida de sílica esperava-se uma resistência à tração maior e uma deformação na ruptura menor em relação ao negro de fumo. Porém, van Zeyl et al. (5) observaram que mesmo pequenas quantidades de sílica reduzem o grau de
cristalinidade de PA66, o que resulta em uma diminuição na resistência à tração e um aumento da deformação à ruptura em relação à matriz.
A Tabela 1 apresenta o resultado de índice de viscosidade (IV) dos materiais. Nota-se que as poliamidas com aditivo apresentam valores mais altos se comparados com a poliamida 66 pura, conforme esperado, pois as partículas dificultam o escoamento do polímero. As diferenças encontradas entre os compostos contendo cinzas de bagaço e negro de fumo foram muito pequenas em torno de 1%, ou seja, pode se assumir que não há mudança significativa no escoamento ao trocar o negro de fumo pelas cinzas de bagaço de cana.
Tabela 1 – Resultados de índice de viscosidade de PA66 e seus compostos. PA66 Pura PA66/5%NF PA66/5%cinzas PA66/10%NF PA66/10% cinzas
IV (ml/g) 130,81 135,9 134,7 135,4 134,9
A análise de cor foi realizada através da comparação de plaquetas de cores. Nota-se na Figura 2 a diferença de cor entre os compostos de PA66, com cinzas de bagaço de cana-de-açúcar e negro de fumo. Observa-se que as cinzas possuem poder de coloração superior ao negro de fumo.
Figura 2 – Plaquetas de cor de PA66 contendo negro de fumo (superior) e cinzas de bagaço de cana (inferior)
CONCLUSÕES
Foi possível incorporar com êxito cinzas de bagaço de cana-de-açúcar em poliamida 66. Os teores de cinza utilizados de 5 e 10% em massa não mostraram diferenças significativas entre si quanto às propriedades investigadas. Em comparação com teores similares de negro de fumo, os compostos contendo cinzas de bagaço de cana apresentaram rigidez e dureza superiores, possivelmente pela presença de sílica nestas cinzas. O escoamento, por meio do índice de viscosidade, e poder de coloração, por meio da análise de coloração de plaquetas injetadas, dos compostos contendo as cinzas também se mostraram superiores, porém resistência à tração e ao impacto foram inferiores. Um fator importante deste trabalho é a sustentabilidade, pois o uso do bagaço de cana carbonizado possibilita baratear o produto final pelo fato do mesmo ser um resíduo das termoelétricas que queimam o bagaço para gerar energia, e assim também dar um destino nobre a este resíduo que atualmente é descartado no meio ambiente.
AGRADECIMENTOS
À empresa Rhodia Poliamida e Especialidades Ltda pela disponibilidade do material e dos equipamentos para o desenvolvimento do trabalho
REFERENCIAIS
1. CORDEIRO, G. C.; Toledo Filho, R. D.; Fairbairn, E. M. R.; Tavares, L. M. M.
Pozzolanic activity and filler effect of sugar cane bagasse ash in Portland cement and lime mortars. Cement & Concrete Composites, v.30, p.410-418, 2008
2. KOHAN, M. I. Nylon Plastics Handbook. 1. ed. Cincinnati: Hanser Publishers, 1995.
3. What is carbon black. Mitsubishi Chemical Corporation. Disponível em: < http://www.carbonblack.jp/en/cb/index.html > Acesso em: 15 de maio de 2013.
4. DEARMITT, C. e HANCOCK, M. Filled Thermoplastics. In: ROTHON, R.N. (Ed.)
Particulate-Filled Polymer Composites. 2 ed. Reino Unido: Smithers Rapra Press;
2003. p 357-424.
5. VAN ZYL W. E.; GARCÍA, M; SCHRAUWEN B. A. G.; KOOI, B. J.; DE HOSSON, J. T. M.; VERWEIJ, H. Hybrid Polyamide/Silica Nanocomposites: Synthesis and
SUGAR CANE BAGASSE ASHES COMPARED TO CARBON BLACK IN POLYAMIDE 66
ABSTRACT
Incorporation and use of sugarcane bagasse ash was assessed as an additive in polyamide 66. Polyamide 66 properties containing 5 and 10 wt% bagasse ash were compared to the same matrix containing equal amounts of carbon black. The properties investigated were tensile and impact strength, elastic modulus, viscosity index and coloring power. No significant differences between the two ash contents has been observed regarding the investigated properties. Compared to similar levels of carbon black, compounds containing sugarcane bagasse ash had higher stiffness, possibly by the presence of silica in these ashes. Polymer flow, by means of the viscosity index, and coloring power, by means of color analysis of the injected platelets, of PA66 containing bagasse ash were also superior, however the tensile and impact strength were lower.
