61ª Reunião Anual da SBPC

B. Engenharias - 1. Engenharia - 12. Engenharia Química

EFEITO DA CONCENTRAÇÃO E VELOCIDADE DE ROTAÇÃO DA ROSCA NA PROPRIEDADE MECÂNICA DO NANOCOMPÓSITO POLIÉSTER BIODEGRÁVEL

Daniel Elias de Melo Faleiros 1 Pilar D. Mariani 1 André L. F. de M. Giraldi 2 Lúcia H. I. Mei 1

1. Faculdade de Engenharia Química da Universidade Estadual de Campinas, Unicamp 2. Faculdade de Tecnologia de Mogi Mirim (FATEC)

INTRODUÇÃO:

O destino final dado aos plásticos descartáveis tem sido um problema recorrente já que atualmente esses materiais são expostos ao meio ambiente agravando assim os impactos ambientais. Uma solução promissora que vem sendo estudada é o desenvolvimento de formulações com polímeros biodegradáveis. Esses, devido a sua alta capacidade de degradação por alguns microorganismos, diminuem os problemas ocasionados pela deposição descontrolada no ambiente. Uma solução promissora que vem sendo estudada, para o problema que se refere ao destino final dado aos plásticos descartáveis, é o desenvolvimento de formulações com polímeros biodegradáveis. Esses, devido a sua alta capacidade de degradação por alguns microorganismos do meio, desaparecem em pouco tempo dos lixões, contribuindo assim para diminuir a quantidade de plásticos nos aterros a céu aberto. Entretanto, essas formulações necessitam de reforço para atuarem como plásticos de engenharia. Neste trabalho foi investigado o efeito do reforço de nanocarga, no desempenho mecânico do Ecoflex, um poliéster biodegradável desenvolvido recentemente pela BASF cujas propriedades são conhecidas. Foram utilizados os conhecimentos já adquiridos pelo grupo de pesquisa da Orientadora, na área de reforço de compósitos com nanocargas minerais, onde a adição de uma carga mineral é feita via processamento por extrusão, seguida dos estudos das propriedades mecânicas, de tração e impacto; térmicas e morfológicas. Todas essas propriedades foram avaliadas com teores diferentes de carga adicionada (2,5% 5% e 7,5% em massa) e em função das diferentes condições de processamento. Dentre os vários resultados interessantes obtidos, pode-se citar que para algumas formulações estudadas, o Ecoflex apresentou melhoras significativas de propriedades mecânicas,como desejado, devido à adição de nanocarga. Isso tornou viável sua utilização desde que o polímero puro, Ecoflex tem um alto potencial de biodegradação e quando corretamente trabalhado pode substituir os plásticos convencionais de engenharia em determinadas aplicações, onde propriedades mecânicas e biodegradação são os parâmetros desejados.

METODOLOGIA:

Os materiais (ecoflex, nanoargila e antioxidante) foram previamente homogeneizados e depois incorporados na matriz polimérica através de uma extrusora Krupp Werner J. Pfleiderer, dupla rosca, L/D = 30mm (baixo cisalhamento). O perfil de temperatura da extrusora foi regulado no intervalo de 110ºC –152ºC para garantir a homogeneização e evitar a degradação do material. Para as diversas análises, foram feitas amostras em seis condições diferentes, cujas proporções de nanoargila foram de 2,5%, 5,0%, 7,5% em massa, e variou-se também a rotação da rosca em 200 rpm e 300rpm. Foi adicionado à mistura o antioxidante IRGANOX B 561 sempre na proporção de 0,5% massa. Após incoporar a argila na matriz polimérica, deu-se início ao processamento de filmes em extrusora de bancada da AX-plásticos. Os filmes foram então caracterizados segundo padrões da ASTM e com auxílio de técnicas bastante conhecidas; tais como: difração de raio X, microscopia eletrônica de varredura, TGA, DSC, entre outras.

RESULTADOS:

Pelos resultados de propriedades mecânicas obtidos, segundo normas padrões da ASTM, verificou-se que a dispersão da nanoargila no polímero é dependente da rotação da rosca e, para concentrações iguais de nanocarga, a velocidade de rotação de 300 rpm foi a que resultou em material mais resistente à ruptura, quando comparado com aquele obtido com rotação de 200 rpm. Deduz-se, deste modo, que a maior rotação foi capaz de promover uma melhor homogeneidade da nanoargila junto ao Ecoflex, facilitando a interação entre ambos. Para o filme de Ecoflex reforçado com 7,5% de nanoargila, processado na rotação de 300rpm a tensão de ruptura foi 50% superior a tensão máxima suportada pelo filme de ecoflex sem nanocarga. Ainda, o filme reforçado com 2,5% de nanocarga processado na rotação de 300 rpm foi capaz de sofrer uma maior deformação em relação ao filme de Ecoflex sem agente de reforço. Verificou-se através de difração de raio X que, para algumas amostras, o polímero foi capaz de adentrar nos espaços interlamelares da argila e promoveu uma melhor compatibilização do material, resultando em interações mais fortes que justificam as melhorias observadas nas propriedades mecânicas. O aumento da concetração de nanoargila acarretou também num aumento na tensão de ruptura do material, devido a existência de mais sítios de interação entre o Ecoflex e a nanocarga. Com isso, o material se tornou menos susceptível à deformação e mais resistente à tensão. Uma análise da biodegradação do material foi feita, através das figuras obtidas por microscopia eletrônica de varredura (MEV) dos filmes de Ecoflex com nanocarga, antes e após testes de biodegradação. Observou-se pelos vazios formados no filme após a análise, que a presença da nanocarga no material formado não impediu sua biodegradação, o que encorajou a continuação destes estudos.

CONCLUSÃO:

Combinando-se duas variáveis, isto é, a concentração de nanoargila, adicionada na matriz de Ecoflex, e a velocidade da rosca, pode-se promover melhorias nas propriedades mecânicas dos filmes deste poliéster, utilizando-se concentrações bem menores de carga para reforço, em comparação aos polímeros tradicionais. Verificou-se que existe um aumento na tensão de ruptura e diminuição na deformação do material, à medida que ocorre o aumento da concentração de nanoargila no polímero, atribuído a maior interação entre ambos. Observou-se que rotações maiores promovem uma maior homogeneidade da nanocarga com a matriz e, por conseqüência, melhoram suas propriedades mecânicas em relação ao Ecoflex sem nanocarga. Além disso, a adição de nanocargas na matriz de Ecoflex não comprometeu sua biodegradação, em ambiente adequado para que ela ocorra.

Instituição de Fomento: CNPq – PIBIC

Palavras-chave: Nanocompósitos, Biodegradável , Argila .