ÁREA: Materiais

TÍTULO: SÍNTESE E CARACTERIZAÇÃO DE COMPÓSITOS DE POLIURETANAS OBTIDAS COM POLIOL-SOJA/TDI/ARGILAS NATURAIS.

AUTORES: Costa, A.P.O. (UFES) ; Petzhold, C.L. (UFRGS) ; Gerbase, A.E. (UFRGS) ; Silva, R.B. (UFRGS)

RESUMO: Estudaram-se os efeitos da adição de argilas provenientes de processos de extração mineral, como possibilidade de aproveitamento de um rejeito. Sintetizaram-se compósitos de poliuretanas elastoméricas rígidas utilizando um poliol obtido a partir de óleo de soja hidroxilado. Adicionou-se ao poliol TDI na razão molar OH/NCO de 0,9 e a mistura foi curada. Na preparação dos compósitos utilizaram-se as mesmas condições da PU, porém variando-se as quantidades das cargas de 1 a 15% em peso das argilas. As propriedades térmicas, mecânicas e microscópicas dos compósitos foram avaliadas através de TGA, DMA, MEV e dureza. Os resultados de DMA mostraram que a Tg da PU foi de 90 ºC e dos compósitos variaram de 79 até 87ºC. A estabilidade térmica foi de 210ºC e a adição de carga não acarretou mudanças.

PALAVRAS CHAVES: Poliuretanas; Poliol; Compósitos

INTRODUÇÃO: Polímeros sintéticos foram inicialmente usados na primeira metade do século XX pela indústria química, utilizando a biomassa como matéria-prima. A partir da revolução industrial, a biomassa começou a ser substituída pelos derivados do petróleo. Nesse período surgiram os polímeros modificados a partir de macromoléculas naturais, e os processos de polimerização tornaram-se viáveis em grande escala, permitindo assim a síntese a partir de suas unidades monoméricas. Desde então os pesquisadores vêm trabalhando no desenvolvimento de novas rotas tecnológicas e novos materiais obtidos através das fontes renováveis. Motivados por fatores como: a possibilidade de esgotamento das reservas petrolíferas, o crescente aumento do preço do barril de petróleo, a busca pelo desenvolvimento visando atender às necessidades da sociedade atual sem comprometer as gerações futuras e ainda a necessidade de produtos ecologicamente corretos. Este trabalho tem como objetivo principal sintetizar e avaliar as propriedades térmicas, mecânicas e morfológicas de compósitos de poliuretanas elastoméricas, obtidas através da reação de um poliol-soja juntamente com TDI, utilizando como cargas provenientes de refugos como argilas naturais e uma carga comercial a sílica para fins comparativos.

MATERIAL E MÉTODOS: As argilas Campo do Tenente, Rio do Rastro e Pitanga foram secas por 24h a 200ºC e moídas. A sílica WL-180 foi previamente seca por 2h a 150ºC. O poliol-formiato utilizado foi sintetizado pela reação de óleo conforme metodologia desenvolvida por Petzhold et al 2005. O valor de OH determinado de acordo com a norma AOCS Te 2a-64. Os compósitos foram preparados pela mistura do poliol com a carga em diferentes frações mássicas mediante agitação manual. Adicionou-se o TDI, na razão OH/NCO de 0,9. As misturas foram curadas por 24h em estufa a vácuo a 65ºC. As análises de ressonância magnética nuclear protônica foram realizadas em um equipamento Varian VXR-200 de 200 MHz. As análises de espectroscopia de IVforam realizadas em espectrofotômero Shimadzu FTIR, modelo 8300, usando cristais de NaCl. Os ensaios de flexão foram feitos utilizando a máquina de Ensaio EMIC CL no modo de flexão com apoio em três pontos. Os ensaios foram com célula de carga Trd 21 (500 N), velocidade de ensaio de 50 mm/min. As análises de MEV foram realizadas em um microscópio JEOL, modelo JSM 6060. Nas análises de dinâmico-mecânicas foi o utilizado um DMA Q800 da TA Instruments. As amostras foram ensaiadas no modo de flexão, com freqüência de 1 Hz, a 2 ºC/min na faixa de temperatura de -60 a 100ºC. As medidas de densidade, foram feitas conforme o método ASTM D 792-91. As análises termogravimétricas utilizaram um equipamento Shimadzu modelo TGA-50. As amostras foram submetidas a um programa de aquecimento de 10ºC/min sob atmosfera inerte, na faixa de temperatura compreendida entre 20 a 800ºC. A dureza foi determinada conforme norma ASTM D 2240-97, utilizando-se um durômetro digital Teclock modelo GS-709 tipo Shore D. A área superficial dos materiais utilizou o aparelho foi ASAP 2010 modelo Micrometrics

RESULTADOS E DISCUSSÃO: O poliol apresentou valor médio de OH de 190mg de KOH/g e funcionalidade de 3,9. A formação de grupos OH e epóxis foram comprovadas por IV. Se observou por RMN 1H o sinal do grupo formiato em 8,15ppm, dos grupos epóxidos em 2,8–3,2ppm, dos prótons ligados aos grupos OH e formiatos em 3,8–4,2ppm. A análise do óleo por TGA mostrou perdas de massa entre 210-300ºC atribuídas à degradação dos grupos formiato/OH e epóxis. As cargas foram estáveis até 350ºC podendo ser utilizadas na formulação dos compósitos. As argilas apresentaram área superficial e volume de poros muito inferiores à sílica comercial. A análise de DMA mostrou que o compósito preparado com a sílica apresentou os maiores valores do módulo E do que a PU pura. A adição das argilas não proporcionou aumento nas propriedades mecânicas dos compósitos. Os dados de MEV mostraram áreas em que ocorreram algumas falhas. Observou-se que a adição de 1 a 5% de sílica acarretou na diminuição do módulo E’quando comparado com o módulo da PU e um pequeno aumento no módulo a partir de 10%. A Tg apresentou os seguintes valores 90ºC para a PU, 82ºC para a PU/Si 1%, 77ºC para a PU/Si 2,5%, 78ºC para a PU/Si 5%, 87ºC para a PU/Si 10% e 90ºC para a PU/Si 15%. Os dados de densidade de reticulação mostram o aumento no módulo E’, quando o tamanho da partícula decresceu. O compósito preparado com a Si apresentou maior módulo E’ e menores densidades. Não ocorreu variação significativa na dureza quando se variou a quantidade de carga. A estabilidade térmica dos compósitos apresentou pouca variação, e o perfil da curva termogravimétrica também não se alterou. Segundo Oliveira et al (2004) um aumento da quantidade de carga em uma formulação, tende a aumentar a estabilidade térmica, formando uma barreira contra a degradação.

CONCLUSÕES: Foram estudados os efeitos da adição de argilas provenientes de refugos, como uma possibilidade de aproveitamento de um material considerado rejeito de um processo de extração mineral. Na comparação dos dados obtidos através de DMA, entre a PU e os compósitos em que foram adicionadas as argilas, observou-se que as propriedades mecânicas não foram aumentadas, a qual não se refletiu na estabilidade térmica, nem na dureza dos materiais obtidos, a microscopia mostrou que a interação entre a matriz e a carga não é forte apresentando algumas imperfeições quando se compara a PU com os compósitos.

AGRADECIMENTOS: Os autores agradecem a CAPES e a FAPERGS pelo suporte financeiro. E as empresas Auriquímica, Mineropar-Minerais do Paraná S.A, Oleoplan S/A Óleos Vegetais.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: Petzhold, C.L.; Gerbase, A. E.; & Costa, A. P. O. J. Am. Oil. Chem. Soc., 82, p.365 (2005).

Oliveira, S.M. - "Estudo da Interatividade de Cargas de Latex para Uso em Material de Linha Viva", Tese de doutorado, CEFET-PR (2004).