53º Congresso Brasileiro de Quimica
Realizado no Rio de Janeiro/RJ, de 14 a 18 de Outubro de 2013.
ISBN: 978-85-85905-06-4

ÁREA: Materiais

TÍTULO: RELAÇÃO DA INTERAÇÃO DO POLIPROPILENO COM MINERAIS NA RESISTÊNCIA MECÂNICA DO COMPÓSITO GERADO

AUTORES: Veloso, F. (FUNDAÇÃO TÉCNICO EDUCAIONAL SOUZA MARQUES) ; Ribeiro, R.C. (CENTRO DE TÉCNOLOGIA MINERAL - CETEM)

RESUMO: Com uma perspectiva de aumentar em 45% até 2020 a produção nacional de rochas ornamentais o setor tem como grande desafio o reaproveitamento racional dos resíduos oriundos do corte e beneficiamento dessas rochas, tornando-o um subproduto economicamente viável para sua comercialização. Neste contexto, surge a indústria polimérica que é capaz de absorver esses resíduos na forma de carga mineral para incorporação desta na matriz de polipropileno.

PALAVRAS CHAVES: compósito; rochas ornamentais; polipropileno

INTRODUÇÃO: Em quarto lugar na produção mundial de rochas ornamentais em 2011 e com produção de 9,3 milhões de toneladas em 2012, a perspectiva do Brasil é aumentar 45% dessa produção em apenas oito anos (ABIROCHAS, 2013). No entanto, atrelado a essa produção, observa-se a geração de uma quantidade significativa de resíduos, gerados durante o corte e o beneficiamento das rochas, que podem acarretar grandes impactos ambientais além de problemas econômicos para o setor, que tem como grande desafio o reaproveitamento racional desses resíduos, tornando-o um subproduto economicamente viável para sua comercialização, Atualmente, existem diversos estudos para a aplicação desses resíduos em vários setores industriais, como na produção de cerâmica, de papel, de cosméticos, como fertilizantes, dentre outros. Nesse contexto, aparece a indústria polimérica, que utiliza, anualmente, toneladas de cargas minerais para a geração de compósitos poliméricos, visando à redução de custos e melhora em suas propriedades mecânicas (LIMA, 2007). Baseado nisso, esse setor seria um possível nicho para absorção dos resíduos de rochas em seu processamento.A escolha correta da matriz polimérica e da carga, bem como a proporção entre ambas é fundamental e, as características finais do produto dependerão das propriedades desses materiais. O tamanho, a forma, bem como sua aderência a matriz são características importantes para serem avaliadas na carga. Dessa forma, o objetivo do trabalho consiste em incorporar resíduos minerais em diferentes granulometrias na matriz de polipropileno para avaliação da influência do tamanho de partícula e dos minerais presentes nos resíduos utilizados.

MATERIAL E MÉTODOS: Os resíduos, são oriundos do corte das seguintes rochas ornamentais: calcário sedimentar do Ceará, mármore do Espírito Santo, pedra sabão de Minas Gerais e granito do Espírito Santo, RCS, RM, RPS, RG, respectivamente. Os resíduos foram trabalhados nas granulometrias inferiores a 0,149 mm, 0,044 mm e 0,020 mm e posteriormente submetidos a análise química e mineralógica. Os compósitos foram processados da extrusora dupla-rosca, com L/D=26, com velocidade de 200 r.p.m. e zonas de temperatura compreendidas entre 165 e 230 ºC. O teor dos resíduos utilizado foi 10%, em massa, e cada compósito foi moldado por injeção em máquina Battenfeld a 230ºC. O comportamento mecânico dos compósitos foi determinado por ensaios de flexão e resistência ao impacto Izod a 23 °C, norma ASTM D 790 e ASTM D 256, respectivamente. Por meio do software Hyperchem 7.0, modelou-se a estrutura do PP e dos minerais mais representativos dos resíduos e determinou-se a conformação mais estável de cada molécula. Interagiu-se a conformação mais estável do PP com cada um dos minerais.

RESULTADOS E DISCUSSÃO: Os resultados da análise mineralógica corroboraram com os resultados da análise química. O resíduo de granito apresentou picos de quartzo e do feldspato albita, o resíduo de pedra sabão apresentou picos de talco, o resíduo de calcário sedimentar apresentou picos de calcita e o mármore apresentou picos de calcita e dolomita. Nos resultados de resistência ao impacto dos compósitos pode-se observar que o menor tamanho de partícula do resíduo (0,02 mm) favorece o aumento da resistência mecânica dos compósitos, independente do tipo de resíduo, visto que o aumento da área superficial propicia maior interação com o polipropileno, refletindo nos maiores valores de resistência ao impacto. Quando se compara os melhores desempenhos entre os compósitos, verifica-se que àqueles formados com resíduos de granito apresentaram maiores valores (40 J.m) visto que a elevada concentração de quartzo aumenta a dureza do compósito. Os resultados de módulo de resistência à flexão dos compósitos, prevê que os compósitos formados por pedra sabão obtiveram os maiores valores (130 MPa), em função das características do mineral talco, que confere menor dureza e maior flexibilidade ao compósito, entretanto o RG também apresenta valores elevados. Os resultados obtidos pela modelagem molecular demonstra que os sistemas apresentaram valores de energia potencial inferiores ao valor apresentado pelo PP isolado (19,78 J), indicando que a interação é favorável. Porém, a melhor interação foi com o feldspato e com quartzo possivelmente, devido às ligações intermoleculares do tipo pontes de hidrogênio, realizadas entre os hidrogênios do PP e os oxigênios desses minerais. O que pode ser comprovado pelo aumento da resistência mecânica do compósito de Resíduo de Granito que apresenta esses minerais.

CONCLUSÕES: Pôde-se concluir que cada mineral apresenta interação diferenciada com o PP e tal interação refletirá em suas propriedades mecânicas. Dessa forma, conhecendo-se previamente a composição mineralógica de um resíduo, pode-se utiliza-lo com mais precisão na formulação de um compósito.

AGRADECIMENTOS: Ao CNPq pelo apoio financeiro, ao CETEM e ao INT pela infraestrutura. À Técnica Michelle Teixeira e aos técnicos Carlos Alberto e Renato Barros.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: ABIROCHAS – Associação Brasileira da Indústria de Rochas Ornamentais, Informe 06/2013, São Paulo – SP, Brasil.

LIMA, A. B. T., Aplicações de Cargas Minerais em polímeros. Dissertação (Mestrado) – Departamento de Engenharia de Minas e de Petróleo, Universidade de São Paulo, São Paulo, Brasil. 2007.

TRINDADE, T., ESTEVES, A. C. e TIMMONS, A. B. Nanocompósitos de matriz polimérica – Química Nova, V. 27, N° 5, 2004.