AVALIAÇÃO DAS PROPRIEDADES MECÂNICAS E MORFOLÓGICAS DE BLENDAS PMMA/MBS

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1 AVALIAÇÃO DAS PROPRIEDADES MECÂNICAS E MORFOLÓGICAS DE BLENDAS PMMA/MBS M. N. S. Lira 1 ; I. D. Duarte 1 ; I. Z. Damasceno 2 ; J.S. Reinaldo* 1 ; E.N. Ito 2 RESUMO 1 Departamento de Engenharia de Materiais, DEMat/UFRN *2 Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, PPGCEM/UFRN * juciengmat@gmail.com O objetivo deste trabalho foi avaliar as propriedades mecânicas e morfológicas da blenda poli(metacrilato de metila)/poli(metacrilato de metila-co-butadieno-co-estireno) (PMMA/MBS). As caracterizações mecânicas foram por tração uniaxial, impacto Izod e dureza Shore D. Os ensaios de tração mostraram uma redução na resistência máxima e na dureza com aumento da porcentagem de MBS na blenda polimérica. O módulo de elasticidade e alongamento na ruptura para a blenda com 20% em massa de MBS apresentaram sinergismo em relação aos polímeros puros. A análise morfológica mostrou domínios de elastômeros distribuídas em toda a superfície do MBS. A morfologia corroborou com as propriedades mecânicas onde foi observado que houve forte influência da fase elastomérica no comportamento mecânico e o impacto Izod mostrou que a blenda com 20% em massa de MBS apresentou uma queda de propriedade bastante significativo em relação a linha de aditividade, implicando que a blenda polimérica não apresentou a concentração mínima de elastômero para que ocorresse a tenacificação do PMMA. Palavras-chave: Tenacificação de polímeros, PMMA, MBS, Comportamento mecânico, Comportamento morfológico. INTRODUÇÃO Os materiais poliméricos têm demonstrado grande versatilidade e possibilidades de aplicações tecnológicas, substituindo os materiais metálicos e cerâmicos (1). Entretanto, em algumas situações são necessárias modificações desses materiais para que os mesmos adquiram propriedades desejadas para aplicações especificas, essas modificações podem ser feitas pelo desenvolvimento de blendas poliméricas (2). Uma blenda polimérica caracteriza-se pela mistura física entre dois ou mais polímeros e/ou copolímeros, com baixo grau de reações químicas entre eles, com a finalidade de se obter propriedades desejadas, que não podem ser encontradas de forma isolada em um 7589

2 único material. Para que seja considerada uma blenda polimérica deve haver mais de 2% em massa no segundo composto polimérico (3). O poli(metacrilato de metila-co-butadieno-co-estireno) (MBS) é utilizado para modificar polímeros termoplásticos rígidos, que possuem baixa resistência ao impacto e alongamento na ruptura, como o poli(cloreto de vinila), o poliestireno, o poli(metacrilato de metila) entre outros (4-10). As blendas poliméricas desenvolvidas com MBS usam esse tipo de copolímero em função das partículas elastoméricas promoverem modificações nas propriedades mecânicas dessas misturas (9,10). No estudo desenvolvido por Ren e colaboradores 2014 (10) com a blenda ternária PMMA/SAN/MBS os autores observaram que, a adição de MBS pode melhorar a resistência ao impacto do PMMA sem sacrificar a sua transparência, entretanto essa relação depende da estrutura do arranjo de estireno (S) no MBS. A obtenção da blenda PMMA/MBS se mostra promissora, uma vez que, o PMMA é um material frágil de baixa resistência ao impacto e o MBS é um copolímero dúctil, devido ao componente elastomérico. Assim, o objetivo desse trabalho foi avaliar a influência da variação da concentração do modificador de impacto MBS nas propriedades mecânicas e morfológicas da blenda PMMA/MBS. MATERIAIS E MÉTODOS Materiais Neste trabalho foram utilizados o poli(metacrilato de metila) homopolímero (PMMAh) LEP-100 (MFI = 3,8 g/10min, ASTM D 1238) da Unigel e o poli(metacrilato de metila-cobutadieno-co-estireno) (MBS) Zylar 650 (MVI = 4cm3/10min, ISO 1133) da Styrolution. As formulações da blenda PMMA/MBS são apresentadas na Tabela 1. Mistura por extrusão Tabela 1: Composições dos materiais estudados Materiais Composições (% em massa) PMMA 100 PMMA/MBS 98/2 PMMA/MBS 95/5 PMMA/MBS 90/10 PMMA/MBS 80/20 MBS 100 Previamente, antes de cada etapa de processamento os materiais foram secos a 60ºC durante 24h em estufa de ar circulante e posteriormente, nas mesmas condições em estufas a vácuo. 7590

3 A blenda PMMA/MBS nas composições apresentadas na Tabela 1, foram misturadas em uma extrusora dupla rosca da marca AX Plásticos Máquinas Técnicas LTDA, de D= 16 mm e L/D = 40, usando o perfil de temperatura 110/160/180/200/210/220/230/230/200 C. A alimentação de 40 rpm e rotação de rosca de 220 rpm. Moldagem por injeção dos corpos de prova A moldagem dos corpos de prova foi realizada em uma injetora da marca Arburg 270V com molde de confecção de gravatas tipo I da norma ASTM D638, com perfil de temperatura 190, 210, 220, 230, 220 C da alimentação ao bico de injeção, temperatura do molde de 30 C e tempo de resfriamento de 30 segundos. Caracterizações mecânicas As propriedades mecânicas dos polímeros puros e da blenda PMMA/MBS foram avaliadas por ensaios de resistência à tração, dureza Shore D e resistência ao impacto Izod. O ensaio de resistência à tração (norma ASTM D 638) foi realizado em uma máquina de ensaio universal da marca Shimadzu, modelo Ag-X 300 kn, com velocidade de 5 mm/min. O ensaio de resistência ao impacto Izod foi realizado em uma máquina de impacto CEAST, modelo Resil 5.5, de acordo com a norma ASTM D256. As medidas de dureza Shore D foram realizadas em um durômetro da marca Mainard, de acordo com a Norma ASTM D Os resultados das propriedades mecânicas foram analisados utilizando a linha de aditividade obtido pela regra de mistura (11) como represando pela equação A: P = P1 x φ1 + P2 x φ2 (A) onde P corresponde a propriedade (módulo de elasticidade, resistência máxima, alongamento na ruptura, resistência ao impacto e dureza), φ corresponde a fração correspondente ao polímero 1 ou 2 da blenda polimérica, respectivamente. Caracterização morfológica As amostras retiradas dos corpos de prova injetados, foram crio-fraturadas com nitrogênio líquido, recobertas com ouro e analisadas em um microscópio eletrônico de varredura (MEV). 7591

4 RESULTADOS E DISCUSSÃO Na Figura 1 são apresentadas as propriedades mecânicas sob tração dos polímeros puros e da blenda PMMA/MBS. Os resultados de resistência máxima (Figura 1(a)) para as composições com 2, 5 e 10% de MBS apresentaram valores próximos ao do PMMA puro. A adição de 20% de MBS reduziu a resistência máxima da blenda PMMA/MBS devido a presença da fase elastomérica do MBS. Entretanto, nessa composição com 20% de MBS foi verificada sinergismo nas propriedades de módulo de elasticidade (Figura 1(b)) e alongamento na ruptura (Figura 1(c)) com valores para essas propriedades acima da linha da aditividade. (a) (b) (e) Figura 1: Propriedades mecânicas sob tração dos polímeros puros e da blenda PMMA/MBS. (a) Resistência máxima; (b) Módulo de elasticidade; (c) Alongamento na ruptura. Os resultados de dureza Shore D (Figura 2) mostraram uma redução desta propriedade com aumento da porcentagem de MBS e os resultados de resistência ao impacto (Figura 3) não apresentaram mudanças significativas em todas as composições analisadas. Entretanto, verificou-se, assim como nos outros resultados de propriedades mecânicas, que 7592

5 a concentração de 20% em massa de MBS, apresentou mudanças significativas nas propriedades mecânicas da blenda PMMA/MBS em relação a linha de aditividade (linha tracejada nas Figuras 1 a 3) Figura 2: Dureza Shore D dos polímeros puros e da blenda PMMA/MBS. Figura 3: Propriedade mecânicas de resistência ao impacto Izod dos polímeros puros e da blenda PMMA/MBS. Os resultados morfológicos dos polímeros puros e da blenda PMMA/MBS são apresentados na Figura 4, onde foram possíveis verificar as diferenças entre os polímeros puros devido a presença das partículas de borracha no MBS e ao longo de todas as composições da blenda PMMA/MBS. Com a variação da concentração de MBS na mistura, verificou-se por MEV o aumento da concentração de fase elastomérica e esse aumento foi o responsável pelas mudanças nas propriedades mecânicas da blenda polimérica. 7593

6 Figura 4: Morfologia dos polímeros puros e da blenda PMMA/MBS. CONCLUSÃO O estudo das propriedades mecânicas e morfológicas da blenda PMMA/MBS mostraram que a variação da concentração de MBS influenciou nas propriedades mecânicas e morfológicas da blenda PMMA/MBS, verificando que com composição de 20% em massa os resultados foram mais expressivos quando comparados com os polímeros puros. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem ao CNPq pela bolsa de iniciação científica (PIBIC) da aluna Margareth Nascimento de Souza Lira e a empresa Styrolution pela doação do MBS. REFERÊNCIAS (1) BRYDSON, J. A. Plastics Materials.7ª ed., London: Butterworth-Heinemann, (2) UTRACKI, L.A. Polymer Alloys and Blends: Thermodynamics and Rheology. Munich: Hanser,

7 (3) HAGE JR, E. Apostila do Curso de Blendas Poliméricas, PPGCEM UFSCar, São Paulo, (4) BUCKNALL, C. B. Toughened Plastics. 1ª ed. London: Applied Science, (5) BUCKNALL, C. B.; KARPODINIS, A.; ZHANG, X. C. A model for particle cavitation in rubber-toughened plastics. J. Mater. Sci., v. 29, p , (6) ZHOU, C; CHEN, M; TAN Z.Y; SUN, S.L; AO, Y.H; ZHANG, M.Y; YANG, H.D; ZHANG, H.X. The influence of arrangement of St in MBS on the properties of PVC/MBS blends. Eur. Polym. J., v. 42, p , (7) ZHOU, C; QI, X; GAO, Y.X; SUN, S; ZHANG, H. The influence of the internal structure of core shell particles on poly(vinyl chloride)/(methylmethacrylate-butadiene-styrene) blends. Polym. Int., v. 61, p , (8) SI, Q.B; ZHOU, C; YANG, H.D; ZHANG, H.X. Toughening of polyvinylchloride by core shell rubber particles: Influence of the internal structure of core shell particles. Eur. Polym. J., v. 43, p , (9) CHEN, X.D; WANG, J.S; SHEN, J.R. Effect of the shell thickness of methacrylatebutadiene-styrene core-shell impact modifier on toughening polyvinyl chloride. J. Polym. Res., v. 13, , (10) Ren, L; Zhang, M.Y; Wang, Y.R; Na, H; Zhang, H.X. The influence of the arrangement of styrene in methyl methacrylate/butadiene/styrene on the properties of PMMA/SAN/MBS blends. Polym. Advan. Technol., v. 25, p , (11) FOLKES, M.J.; HOPE, P.S. Polymer blends and alloys, Springer, Dordrecht TITLE EVALUATION OF MECHANICAL AND MORPHOLOGICAL PROPERTIES OF PMMA/MBS BLENDS ABSTRACT The aim of this work was to evaluate the mechanical and morphological properties of the poly (methyl methacrylate)/poly (methyl methacrylate-co-butadiene-co-styrene) blend. The mechanical characterizations were by uniaxial traction, Izod impact and Shore D hardness. The tensile tests showed a reduction in the maximum strength and hardness with increase of the MBS percentage in the polymer blend. The modulus of elasticity and elongation at break for the blends with 20 wt% of MBS showed synergism over the pure polymers. The morphological analysis showed elastomeric phase domains distributed throughout the MBS surface. The morphology corroborated with the mechanical properties where it was observed that there was a strong influence of the elastomeric phase on the mechanical behavior and the Izod impact showed that the blends with 20 wt% of MBS showed a significant decrease of property in relation to the additivity line, implying that blends polymer did not present the minimum concentration of elastomeric phase to produce the toughened PMMA. Keywords: toughened polymer; PMMA, MBS; mechanical behavior, morphological behavior 7595