CARACTERIZAÇÃO DE ADESIVO DE POLIURETANO
DERIVADA DO ÓLEO DE MAMONA POR FTIR, TGA E XRD
Elaine C. Azevedo1*, Simone S. de M. Santana, Eduardo M. do Nascimento1, Salvador Claro Neto2, Carlos M. Lepienski3
1* Universidade Tecnologia Federal do Paraná - UTFPR, Campus Curitiba, Curitiba-PR- elainazeve@utfpr.edu.br 2Universidade de São Paulo – USP –Campus de São Carlos, São Carlos-SP
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Universidade Federal do Paraná– Curitiba - PR
Adesivos de poliuretano derivados do óleo de mamona são uma alternativa aos adesivos que exalam compostos orgânicos voláteis, por serem derivados de uma fonte renovável de matéria prima, e principalmente por apresentarem uma baixa toxicidade. Neste trabalho é apresentada a caracterização térmica e microestrutural do adesivo de poliuretano derivado do óleo de mamona. Foi verificado que esse material é parcialmente cristalino, sendo que a temperatura de inicio de perda de massa foi de 240 ºC e a temperatura de transição vítrea de 60 ºC. Assim esse poliuretano está adequada para utilização como adesivo em temperatura ambiente e que não ultrapassem 60 ºC quando pode ocorrer alteração de suas propriedades como adesivo.
Palavras-chave: Poliuretano, adesivo, óleo de mamona e transição vítrea.
Characterization of adhesive of polyurethane from castor oil by FTIR, TGA and XRD.
Castor oil polyurethanes are an alternative to adhesives that emanate volatile compounds. This adhesive come from a renewable source and has very low toxicity. In this work the microstructural and thermal characterization is presented. This material is partially crystalline. The mass loss start at 240 ºC and the glass transition temperature is 60ºC. Then the adhesive is adequate to be employed at temperatures lower than 60 ºC.
Keywords: Polyurethane, adhesive, castor oil and transition glass
Introdução
A tendência mundial de utilizar polímeros não poluentes e derivados da biomassa fez com que as pesquisas com poliuretanos derivadas de óleo de mamona se tornassem um tema atual, abrindo novas perspectivas de desenvolvimento [1].
A grande maioria dos adesivos usados na indústria de móveis emana solventes orgânicos [2] que são comprovadamente cancerígenos e mutagênicos [3-6], o que tem levado as autoridades de saúde a exigir a substituição deste tipo de material por outros que não seja tão danoso à saúde [7,8].
Adesivos usados em mobiliários são uma fonte de solventes orgânicos voláteis [10,11]. Algumas soluções verdes propostas são a utilização adesivos a base de soja [12], cana ou a base de água. Os poliuretanos derivados do óleo de mamona são outras soluções para este problema com a vantagem de não serem utilizadas como alimento e também não utilizarem solvente orgânico.
Adesivos de poliuretanos são bons adesivos porque efetivamente molham a maioria dos substratos, formam pontes de hidrogênio com alguns substratos, e devido à sua baixa viscosidade penetram nos poros de substratos e formam ligações covalentes com substratos que tenham hidrogênio ativo.
Este trabalho teve como objetivo a caracterização térmica e microestrutural do poliuretano derivada do óleo de mamona, utilizadas como adesivo.
Experimental
Adesivo
O adesivo de poliuretano derivada do óleo de mamona foi gentilmente fornecido pela Cequil – Araraquara SP. O poliuretano é apresentada na forma bi componente composta de um poliol e um pré-polímero. O poliol foi sintetizado a partir do óleo de mamona, um poliester trifuncional. O pré-polímero foi obtido a partir do difenil metano diisocianato (MDI) e pré-polimerizado com poliol, mantendo uma percentagem de isocianato e hidroxila sem reagir para posterior reação. As amostras foram preparadas com a adição do pré-polímero e poliol com a proporção de 1:1 em peso
Caracterização por Difração de raios X
Os difratogramas foram obtidos com um difratograma Shimadzu XRD 7000, radiação Cu Kα filtrada, 40KV, 20mA, velocidade do goniômetro de 2º/min. Todas as medidas foram feitas à temperatura ambiente, com variação de 2θ entre 2º e 60º.
Caracterização por Infravermelho
Para as caracterizações das amostras a partir dos espectros de absorção na região do infravermelho foi usado um espectrômetro infravermelho Nicolet. Modelo 5SXC-FTIR, com resolução de 4 cm-1, do Instituto de Química de São Carlos da Universidade de São Paulo.
Analise térmica
Para a análise termogravimétrica foi utilizada uma termobalança Du Pont, modelo TGA 951, acoplada a um termoanalisador TA9900 do Instituto de Química de São Carlos da Universidade de São Carlos. Para a análise dinâmico mecânica foi utilizado um equipamento DMA 983, acoplado a um termoanalisador TA 2000 do Instituto de Química de São Carlos da Universidade de São Paulo.
Microscopia de força atômica
Microscopia de força atômica, no modo contato, foi usada para investigar as modificações na superfície do polímero antes e após a irradiação, sendo utilizado um equipamento Shimadzu SPM 9500 da Universidade Federal do Paraná.
Resultados e Discussão
Na Figura 1 é apresentada a curva de analise termogravimétrica do adesivo de poliuretano. O poliuretano mostra-se estável até a temperatura de 240 0C, onde começa a perder massa em duas etapas de decomposição. A primeira começando em 240 ºC e terminando em 350 ºC com uma perda de massa de 40%, referente ao rompimento das ligações uretanas, sendo que a segunda etapa começa em seguida e termina em 500ºC com uma perda de massa de 54%, decorrente da decomposição das ligações ésteres presentes no poliol, restando 6% de resíduo devido à formação de carvão.
0 20 40 60 80 100 0 100 200 300 400 500 600 700 800 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 DERIVADA (%ºC) PERDA DE MASSA (%) TEMPERATURA
Figura 1 Curva de análise termo gravimétrica do adesivo de poliuretano
Na Figura 2 é mostrada a curva da analise dinâmico mecânica do adesivo de poliuretano. Observa-se que o adesivo tem um pico de tan em 60º. Um valor alto para a tangente de perda é indicação de instabilidade dimensional reduzida, já que a maior parte da energia é dissipada na forma de calor. Isto é indesejável em estruturas que suportam cargas por um longo tempo, mas é desejável quandose quer usar o material como supressor de vibrações. 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 200 400 600 800 0 50 100 150 200 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 E' Temperatura (ºC) Adesivo E'' tan
Foram feitas análises por difração de raios-X em amostras do adesivo de poliuretano para verificação da cristalinidade do material. O perfil de difração Bragg - Brentano de raios-X do poliuretano esta na Figura 3.
Segundo Cullity [13] este perfil de difração de raios-X é característico de materiais que apresentam certa cristalinidade. De acordo com Yang [14] o pico em 20º se deve ao ordenamento no empilhamento dos segmentos rígidos que contem anéis aromáticos originários do MDI. 10 20 30 40 50 60 20 40 60 80 100 INTENSIDAE (U.A.) 2 ADESIVO
Figura 3 Perfil de difração de raios-X do adesivo de poliuretano
Na Figura 4 tem-se espectro de infravermelho do adesivo obtido por pastilha de KBr. 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 50 60 70 80 90 100 TR ANS M ITA NCI A (% ) COMPRIMENTO DE ONDA (cm-1) Adesivo
Figura 4 Espectro de infravermelho do adesivo obtido por pastilha de KBr
Como o poliol é um poliéster derivado do óleo de mamona, observa-se a banda característica de grupos carbonila na região de 1730 cm-1 e de grupos hidroxila na região de
3370 cm-1, A presença das duas bandas de absorção na região de 2820 e 2720 cm-1 está relacionada aos estiramentos simétricos e assimétricos da ligação C-H com a carbonila. A banda do grupo isocianato na região de 2230 cm-1 tende a desaparecer com a cura do adesivo, sendo que as bandas de uretanas nas regiões de 1736, 1570 e 1520 cm-1 que estão relacionadas aos estiramentos C=O e N-H tendem a aumentar de intensidade.
Na Figura 5 é mostrada a microscopia de força atômica do adesivo de poliuretano.
Figura 5 Imagem obtida por microscopia de força atômica do adesivo de poliuretano
A microscopia de força atômica do adesivo mostra um perfil típico do adesivo após a cura, realizada a temperatura ambiente, na face em contato com o ar. O valor da rugosidade Ra medido nesta amostra foi de 50 nm.
Conclusões
O adesivo de poliuretano derivada da mamona apresenta um inicio de perda de massa de 240º C, transição vítrea de 60ºC, um perfil de difração de raios X compatível com material semicristalino e uma rugosidade Ra de 50 nm. Assim esse poliuretano está adequada para utilização como adesivo em temperatura ambiente e que não ultrapassem 60 ºC quando pode ocorrer alteração de suas propriedades como adesivo.
Agradecimentos
Gostaríamos de agradecer o suporte financeiro da Fapesp, Capes e CNPq e a Empresa Cequil – Araraquara, SP por ter fornecido o adesivo.
Referências Bibliográficas
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