INFLUÊNCIA DA GRANULOMETRIA DA BORRACHA NAS PROPRIEDADES REOLÓGICAS E DE PROCESSAMENTO DE COMPÓSITOS DE POLIPROPILENO
E BORRACHA DE SILICONE
J.E. PUTON(1,2); V. M. H LOVISON(1); R. M. C. SANTANA(2)
Av. Presidente João Goulart, 682 - Morro do Espelho, São Leopoldo/RS CEP: 93030-090 / e-mail: jose.puton@senairs.org.br
(1)
Instituto SENAI de Inovação em Engenharia de Polímeros
(2)
Universidade Federal do Rio Grande do Sul (PPGE3M)
RESUMO
Os resíduos oriundos da indústria da borracha tem sido foco de estudos consideráveis, na medida em que a ascensão desta indústria causou um crescimento exponencial na disposição de materiais de difícil reciclagem em aterros sanitários. Uma alternativa ao descarte em aterros, os resíduos de borracha de silicone (RBS) podem ser micronizados e adicionados como carga em formulações de polímeros termoplásticos. Neste sentido, o objetivo deste trabalho é a avaliação do desempenho mecânico das misturas de polipropileno (PP) com RBS micronizados em vários tamanhos de partícula. As amostras de PP/RBS (80/20) foram processadas em câmara de mistura com rotores interconectos e caracterizadas pelos ensaios mecânicos de tração, resistência ao impacto, flexão, dureza e ponto de amolecimento, verificando a influência direta do resíduo micronizado de borracha nas propriedades do polipropileno.
Palavras-chave: borracha micronizada, polipropileno, borracha de silicone, propriedades físicas, resíduo de borracha.
INTRODUÇÃO
Os avanços tecnológicos no processamento de polímeros trouxeram um aumento exponencial na aplicação de compostos de borracha, bem como na geração de resíduos provenientes da manufatura de artefatos técnicos. Porém o
processo de reticulação destes compostos é praticamente irreversível,
impossibilitando sua reciclagem(1).
A borracha de silicone é um elastômero empregado em aplicações que exijam elevada resistência térmica e boa processabilidade, podendo ser utilizada na manufatura de artefatos técnicos por processos convencionais, como extrusão,
injeção e prensagem. Geralmente, os compostos de silicone passam pelo processo de reticulação com a utilização de peróxidos orgânicos(2).
A elevada demanda de disposição de resíduos industriais (inclusive de borracha vulcanizada) em aterros sanitários gerou uma preocupação por parte das empresas quanto ao dano causado por estes materiais ao meio ambiente. Esta movimentação serviu como incentivo para a criação de legislações e para o tratamento e correta disposição destes resíduos(3). No Brasil, a política de resíduos sólidos é regulamentada pela Lei nº 12.305, de 2 de agosto de 2010(4).
Como alternativa para a disposição dos resíduos de borracha, é possível a utilização dos mesmos em forma de pó como cargas em compostos de borracha virgem ou materiais plásticos, possibilitando assim a obtenção de novos artefatos pelos métodos convencionais de processamento(5).
Porém, para a aplicação destes compostos poliméricos em artefatos comerciais, se faz necessária a realização de ensaios de verificação das propriedades dos materiais, a fim de garantir a qualidade do produto final(6). Nesse sentido, o objetivo deste estudo foi incorporar resíduos industriais de borracha de silicone (RBS) em matriz de polipropileno (PP) e avaliar as propriedades mecânicas dos compostos obtidos.
MATERIAIS E METODOLOGIA
Materiais
Os materiais utilizados para a realização deste estudo foram:
- Resíduos micronizados de compostos de borracha do tipo silicone (RBS), proveniente do processo de fabricação de artefatos técnicos automotivos, separados nas granulometrias de 30, 40 e 80 mesh;
- Polipropileno (PP) homopolímero grade H 603, produzido pela empresa Braskem, com índice de fluidez de 1,5 g/10 min (230ºC; 2,16 kg – metodologia conforme ASTM D 1238(7)). O PP utilizado foi fornecido pelo Instituto SENAI de Inovação em Engenharia de Polímeros (SENAI CETEPO) e a amostra de RBS foi doada pela empresa Gran Indústria e Reciclagem de Borracha Ltda.
Foram preparados três compostos de PP/RBS na proporção mássica de 80/20, variando o tamanho de partícula do RBS, sendo os mesmos identificados como “PP/RBS #30”, “PP/RBS #40” e “PP/RBS #80”. Como padrão, o PP foi processado nas mesmas condições dos demais compostos. Os compostos foram preparados em reômetro de torque Haake, com módulo de câmara de mistura utilizando rotores do tipo roller. As misturas foram realizadas a uma temperatura de 190°C com velocidade de rotação dos rotores de 60 RPM e fator de enchimento da câmara de 70%. Após, os corpos de prova foram preparados em máquina injetora marca
Battenfeld, modelo TM 110/210, com capacidade de injeção de 106 cm3.
Caracterização
Os compostos foram caracterizados pelos ensaios mecânicos de tração, flexão, impacto, dureza e VICAT.
O ensaio de tração foi realizada conforme metodologia descrita na norma
ASTM D638-10(8), utilizando corpos de prova do Tipo I, em uma máquina universal
de ensaios marca Emic, modelo DL 500, com célula de carga de 5 kN. A velocidade de afastamento entre garras foi de 50 mm/min.
O ensaio de flexão foi realizado em máquina universal de ensaios marca EMIC, linha DL 500, com célula de carga de 1 kN, span de 60,8 mm, e velocidade de descida do indentador de 1,37 mm/min. Ensaio realizado conforme norma ASTM D790-10(9).
O ensaio de impacto foi realizado conforme metodologia descrita na norma ASTM D256-10(10), Método A, em resiliômetro de impacto marca CEAST, Resil Impactor modelo 6967.000, utilizando martelo padrão com energia de impacto de 1J. O ensaio de dureza foi realizado em corpos de prova sobrepostos em 3 camadas, utilizando durômetro Bareiss, modelo HPE-D, conforme norma ASTM D2240-05(11).
A determinação do ponto de amolecimento pelo teste VICAT foi realizado
conforme norma ASTM D1525-09(12) em equipamento CEAST HDT VICAT, Serial
18774. Corpos de prova imersos em banho de silicone com taxa de aquecimento de 120°C/h. Carga aplicada de 50N.
Com base nos valores obtidos no ensaio de resistência à tração, é possível verificar que a adição do RBS causou uma redução considerável na tensão de escoamento do PP, conforme mostrado na Figura 1. Este comportamento é causado pela baixa interação entre o RBS e o PP, o que pode ser considerado como presença de pontos de fragilidade que interferem na homogeneidade do material plástico e atuam reduzindo a força necessária para a transição da deformação sofrida pelo material de elástica para plástica.
Os resultados de alongamento no escoamento não sofreram influência significativa com a adição do RBS. Já o módulo elástico do PP reduziu consideravelmente, porém observa-se, entre as amostras contendo RBS, que há uma tendência de aumento do módulo em função da diminuição do tamanho de partícula do pó.
Fig. 1 – Tensão no escoamento, alongamento e módulo elástico.
A adição do RBS no PP ocasionou uma redução de, aproximadamente, 40% no valor de resistência ao impacto, conforme apresentado na Figura 2. Porém, pode-se obpode-servar que, quanto menor o tamanho de partícula do pó, maior a resistência ao impacto da amostra. Ao contrário do comportamento apresentado pelo PP puro, os compostos contendo RBS passaram a apresentar uma quebra incompleta após o impacto.
Em relação ao ensaio de Flexão, os compostos de PP/RBS apresentaram uma redução significativa da tensão máxima, bem como no módulo elástico de flexão, conforme apresentado na Figura 3. A redução nas propriedades de flexão se dá em função da diminuição da rigidez do composto através da adição do RBS, o que ocasiona uma alteração no módulo elástico do PP. Avaliando-se comparativamente o comportamento dos compostos PP/RBS #30, PP/RBS #40 e PP/RBS #80, é possível verificar que estes não apresentaram variação significativa na tensão na máxima flexão, porém a amostra PP/RBS #80, que possui o pó de RBS com menor granulometria, apresentou um maior módulo elástico na flexão mais elevado.
Fig. 3 – Tensão máximo e módulo elástico de flexão.
Uma outra propriedade mecânica avaliada foi a dureza, mostrada na Figura 4, onde é possível observar que, apesar de a adição do RBS proporcionar uma redução considerável na rigidez do material, pode-se verificar uma tendência de aumento na rigidez dos compostos em função da diminuição do tamanho de
partícula do pó, que pode ser devido a um melhor empacotamento da carga na matriz de PP.
Fig. 4 – Dureza das amostras avaliadas na escala Shore D
Em relação à estabilidade térmica das amostras avaliadas, na Tabela 1 são apresentados os valores de Temperaturas de amolecimento obtidas pelo teste VICAT, onde se verifica a influencia da presença da carga (RBS), onde as suas características elastoméricos causaram uma redução na temperatura de amolecimento VICAT dos compostos de PP/RBS quando comparado ao PP, conforme indicado na Tabela 1.
Tab. 1 – Ponto de amolecimento VICAT das amostras avaliadas.
Composto Temperatura de amolecimento (°C)
PP 112,6
PP/RBS #30 95,7
PP/RBS #40 95,4
PP/RBS #80 98,2
CONCLUSÕES
Os resultados dos ensaios mecânicos das amostras avaliadas neste estudo permitiram visualizar de maneira satisfatória a influência do tamanho de partícula do pó de borracha de silicone no desempenho mecânico dos compostos de PP/RBS. Apesar da redução significativa das propriedades originais do PP, observa-se que,
em uma análise comparativa das amostras PP/RBS #30, PP/RBS #40 e PP/RBS #80, a redução do tamanho de partícula do RBS teve influência direta nas propriedades físicas dos compostos. Com exceção da tensão máxima na flexão, o composto “PP/RBS #80” apresentou resultados superiores aos obtidos nas demais amostras.
AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem ao Instituto SENAI de Inovação em Engenharia de Polímeros (SENAI CETEPO) pelos ensaios realizados e a empresa Gran Indústria e Reciclagem de Borracha Ltda pelo fornecimento da amostra de RBS.
REFERÊNCIAS
1. ROCHA, Edmundo Cidade da; LOVISON, Viviane Meyer Hammel; PIEROZAN, Nilso José.Tecnologia de transformação dos elastômeros. 2. ed. São Leopoldo: Centro Tecnológico de Polímeros SENAI, 2007.
2. DICK, John S. Rubber technology: compoundind and testing for performace. Munich: Hanser, 2001.
3. VICENTE FILHO, Carlos. Levantamento do potencial de resíduos de borracha
no Brasil e avaliação de sua utilização na indústria da construção civil. 2007.
138f. Dissertação (Mestrado em Engenharia)-Instituto de Engenharia do Paraná,
Curitiba, 2007. Disponível em:
<http://www.lactec.org.br/mestrado/dissertacoes/arquivos/CarlosVicente.pdf>. Acesso em: 21 set. 2014.
4. BRASIL. Lei n. 12.305 de 2 de agosto de 2010. Institui a política nacional de resíduos sólidos; altera a Lei no 9.605, de 12 de fevereiro de 1998 e dá outras providências. Diário Oficial [da] República Federativa do Brasil, Brasília, DF, 2
ago. 2010. Disponível em:
<http://www.planalto.gov.br/ccivil_03/_ato2007-2010/2010/lei/l12305.htm>. Acesso em: 21 set. 2014.
5. DE, Sadhan Kumar. ISAYEV, Avraam I.; KHAIT, Klementina. Rubber recycling. Boca Raton: Taylor & Francis, 2005.
6. SHAH, Vishu. Handbook of plastics testing and failure analysis. 3rd ed. New Jersey: John Wiley & Sons, 2007.
Standard Test Method for Melt Flow Rates of Thermoplastics by Extrusion Plastometer. West Conshohocken, 2013.
8. AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. ASTM D638:2010. Standard test method for tensile properties of plastics, West Conshohocken, 2010. 9. AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. ASTM D790:2010. Standard test method for flexural properties of unreinforced and reinforced plastics and electrical insulating materials, West Conshohocken, 2010.
10. AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. ASTM D256:2010. Standard test methods for determining the izod pendulum Impact resistance of plastics. West Conshohocken, 2010.
11. AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. ASTM D2240:2005
(2010). Standard test method for rubber property – durometer hardness, West
Conshohocken, 2010.
12. AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. ASTM D1525:2009. Standard Test Method for Vicat Softening Temperature of Plastics, West Conshohocken, 2009.
EVALUATION OF THE MECHANICAL PERFORMANCE OF POLYPROPILENE FILLED WITH POST-USE SILICON RUBBER
ABSTRACT
The waste from the rubber industry has been the focus of considerable studies, the extent that the rising of the industry caused an exponential growth in the provision of easily recyclable materials into landfills. As an alternative to disposal in landfills, waste silicone rubber (SBR) can be micronized and added as filler in formulations of thermoplastic materials. In this sense, the objective of this study is to evaluate the mechanical performance of blends of polypropylene (PP) with RBS micronized in various particle sizes. Samples of PP / RBS (80/20) were processed in the mixing chamber with interconnected rotors and characterized by tensile test, impact resistance, flexural properties, hardness and softening point, checking the direct influence of micronized rubber residue the properties of the polypropylene.
