IMPACTO DA RELAÇÃO MÁSSICA ENTRE A RESINA E RESÍDUOS DE MÁRMORE CALCÍTICO NA FORMULAÇÃO DO MÁRMORE ARTIFICIAL RESUMO

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1 IMPACTO DA RELAÇÃO MÁSSICA ENTRE A RESINA E RESÍDUOS DE MÁRMORE CALCÍTICO NA FORMULAÇÃO DO MÁRMORE ARTIFICIAL F. S. Silva¹, ²*, C. E. G. Ribeiro¹, R. J. S. Rodriguez 2 fernandas@ifes.edu.br 1 - Instituto Federal do Espírito Santo IFES, Campus Cachoeiro de Itapemirim- ES, 2 - Universidade Estadual Norte Fluminense UENF, Campos dos Goytacazes RJ RESUMO A relação entre a massa de resíduos e da fase polimérica, forma das partículas e modo de empacotamento são fatores que influenciam no comportamento mecânico do mármore artificial. Foi realizado o estudo das propriedades mecânicas das composições produzidas utilizando diferentes relações entre as massas de resíduos de mármore calcítico (80, 70 e 60% m/m) e de resina DGEBA utilizando como comonômero a amina alifática TEPA. As variáveis do processo foram a aplicação ou não de pressão reduzida e compressão visando um molhamento mais eficiente das partículas de resíduo e maior empacotamento favorecendo ambos a interface entre o resíduo e a resina epoxídica. Os ensaios mecânicos realizados, de flexão em três pontos utilizando uma carga constante registram módulos de 28,8 ± 1,8MPa, 31 ± 2,7MPa e 39,6 ± 5,6MPa para flexão em três pontos em composições de: 20, 30 e 40% de resina DGEBA/TEPA, respectivamente. Os valores encontrados para todas as composições testadas estão dentro da faixa esperada para mármores artificiais. Palavras chave: Mármore artificial, ensaios mecânicos, resina epoxídica. INTRODUÇÃO No setor de rochas, um volume expressivo de resíduo é gerado, exigindo maiores espaços para depósito a cada dia e também tendo prejuízo ambiental para o descarte de tais materiais. Perdas provenientes de sobras e quebras de peças, popularmente conhecidas como retalhos de rocha, chegam a atingir uma perda de 10 a 20% 1. Neste contexto, visando atender as exigências impostas pelas legislações do meio-ambiente, surgiram os desenvolvimentos de novos materiais conhecidos por granitos ou mármores artificiais a partir de resíduos de rochas e resina polimérica 2. Na confecção de rochas artificiais a forma das partículas de resíduo, e modo de empacotamento são fatores que influenciam no comportamento mecânico do produto final produzido

2 Borsellino et al. 4 produziu corpos de prova utilizando carga calcítica em proporções (70% e 80% m/m), e resina epoxídica com o endurecedor SD 8822 para identificar os efeitos mecânicos das porcentagens diferenciadas de mármore e resina no material produzido. Foi identificado que nas composições a base de mármore 70% e 80% m/m foram obtidas a resistência à flexão de 17,7MPa e 10,6MPa, respectivamente. Denotando a existência de um limite crítico para a composição, pois a maior quantidade de resíduo proporciona maior chance de trincas devido a comprometimento da existência de uma interface entre a resina e o mármore. MATERIAIS E MÉTODOS Corpos de prova com diferentes teores de carga de mármore calcítico e resina epoxídica DGEBA/TEPA forma produzidos sem ação do vácuo e da compactação (Tabela 1). Tabela 1 - Composições do mármore artificial produzido sem ação do vácuo e da compactação Tipo de Corpo de prova Composição 1 80% DEGBA/TEPA e 20% resíduo de mármore calcítico Composição 2 50% DEGBA/TEPA e 50% resíduo de mármore calcítico Composição 3 40% DEGBA/TEPA e 60% resíduo de mármore calcítico Composição 4 30% DEGBA/TEPA e 70% resíduo de mármore calcítico Composição 5 20% DEGBA/TEPA e 80% resíduo de mármore calcítico Tais proporções foram utilizadas para avaliar a influência da ação do vácuo e compressão na dispersão e homogeneidade, assim como seu impacto nas propriedades mecânicas. O teste de análise dinâmico-mecânica foi realizado utilizando um DMA Q800 TA a uma frequência de 1Hz, amplitude de 20 m, força estática de 0,1N e taxa de aquecimento de 3ºC/min com o objetivo de estudar o impacto da interface no comportamento mecânico. O ensaio de resistência à flexão em três pontos foi realizado em máquina universal de ensaios EMIC modelo DL10000, atendendo a norma brasileira NBR 15845/2010-Anexo F. 8667

3 RESULTADOS E DISCUSSÃO Corpos de prova com maior teor de resina apresentaram melhores propriedades mecânicas (Tabela 2). Tabela 2- Valores de resistência à flexão para diferentes composições Corpo de Resistência à Flexão (MPa) prova 80%m/m resíduo 70%m/m resíduo 60%m/m resíduo 01 32,2 34,5 48, ,3 30,4 42, ,7 32,8 33, ,2 30,2 38, ,0 31,5 35, ,1 26,5 - Média 28,8 ± 1,8 31,0 ± 2,7 39,6 ± 5,8 Na proporção de 80%m/m resíduo sem a ação do vácuo e da compactação, foram obtidos valores inferiores de resistência à flexão de 28,8MPa. Nesta mesma proporção de 80% resíduo calcítico sob vácuo e compactação (metodologia de vibro compressão) foi obtida uma média de resistência à flexão de 31,8MPa, mostrando a influência que estas variáveis de processo proporcionam nas propriedades mecânicas, gerando resultados com taxas de crescimento de 10% na resistência à flexão apenas variando estes parâmetros devido ao menor teor de vazios os quais atuam como concentradores de tensão. Ribeiro e Rodriguez 5 trabalharam com a proporção de 80%m/m de resíduos calcíticos sob a metodologia de vibro compressão à vácuo e identificaram sob a pressão de compactação de 1MPa, o valor de resistência à flexão de 25,1 ± 0,6MPa para a composição de 80% de resíduo. Caso não fosse aplicada tal metodologia de fabricação, um valor maior de poros poderia existir e assim atuar como concentradores de tensão, reduzindo as propriedades mecânicas. Os resultados de DMA (Figura 1) para as diferentes composições, na metodologia sem a ação do vácuo e da compactação, mostram o aumento do módulo de armazenamento com o percentual de mármore calcítico na faixa de 60 a 80%m/m de resíduo. 8668

4 Figura 1- Analise oscilatório (DMA) das diferentes composições com mármore calcítico (80,60 e 40%m/m). Ocorreu a diminuição da intensidade do sinal tangente delta na medida em que aumenta a porcentagem da fase epóxi nas diferentes formulações (Figura 1), fato associado inversamente ao atrito entre as fases. Assim observa-se que no sistema com 40%m/m de resina a intensidade é menor que para as formulações com porcentagem de 30 e 20%m/m de resina devido a perda de energia do sistema pelo atrito dos resíduos calcíticos com as cadeias poliméricas. Por outro lado, a rigidez da interface associada aos valores observados para as Tg, são consequência das restrições impostas a fase polimérica pelo resíduo calcítico. O aumento da fase de resina melhora a adesão entre a carga e a resina e pode reduzir o fator de perda nas formulações, provavelmente devido à redução da fricção entre o polímero e as partículas calcíticas na interface fenômeno semelhante ao que acontece nos compósitos quando se favorece a adesão entre as fases 6. A Figura 2 (a, b, c, d) representam as micrografias obtidas por MEV da superfície de fratura do mármore artificial produzido na proporção de 60%m/m resíduo sem ação do vácuo e da compactação no processo de formulação. São observadas cavidades e heterogeneidade (conforme setas nas micrografias) mais acentuadas que na formulação de maior conteúdo de resíduo. A presença de cavidades/poros decorrentes da falta da ação do vácuo e do molhamento ineficiente acarretou uma adesão insatisfatória da carga na resina. Observam-se partículas em contato sem a presença da interface com a resina assim 8669

5 como a presença de vazios os quais podem ter atuado como concentradores de tensão, originando propriedades mecânicas inferiores, conforme registrado nos ensaios de flexão em três pontos (Tabela 2). Figura 2- Micrografia eletrônica de varredura da região de fratura do mármore artificial com 60%m/m de resíduo sem ação do vácuo e da compactação com aumentos de 200x (a), 400x (b), 400x (c), 1000x (d) e 2000x (e) A Figura 3 (a, b, c, d) representam as micrografias (MEV) da superfície de fratura da amostra do mármore artificial produzido na proporção de 70%m/m de resíduo sem a ação do vácuo e da compactação nas quais se observa um melhor molhamento das partículas e assim uma interface mais extensa. 8670

6 Figura 3- Micrografia eletrônica de varredura da região de fratura do mármore artificial com de 70%mm de resíduo sem ação do vácuo e compactação, com aumento de 200x (a), 400x (b), 2000x (c) e 4000x (d). Na Figura 4 (a, b, c, d) as micrografias (MEV) da superfície de fratura da amostra do mármore artificial com 80%m/m de resíduo formulado sem a ação do vácuo e da compactação permitem observar o descolamento dos grãos de mármore da resina, não se identifica a fase polimérica entre todas as partículas o que indica que não houve um molhamento eficiente. Cavidades/poros são observados problema decorrente da metodologia sem vácuo e compactação que não contribui ao preenchimento dos espaços entre partículas. Os resultados inferiores nas propriedades mecânicas (Tabela 2, Figura 1) em comparação com as menores porcentagens de resíduos (70 e 60% m/m) são consequência da falta de molhamento das partículas e dos defeitos gerados pelas cavidades. 8671

7 Figura 4- Micrografia eletrônica de varredura da região de fratura do mármore artificial com 80%m/m de resíduo sem ação do vácuo e compactação, com aumento de 200x (a), 400x (b), 1000x (c) e 2000x (d) CONCLUSÕES - Maiores teores de resina na rocha artificial proporcionam um melhor molhamento da carga e uma interface mais extensa, gerando melhores propriedades mecânicas; - Maiores teores de resíduo cacítico proporcionam valores mais alto de módulo elástico, com os valores esperados para mármores artificiais, indicando que mesmo com a ausência da tecnologia de vibro compressão à vácuo (que proporciona menos porosidade), as composições com o teor baixo de resina (20%) ainda são melhores em propriedades do que o mármore calcítico natural. AGRADECIMENTOS A equipe da pós-graduação da UENF e ao IFES pelo apoio prestado nos testes. 8672

8 REFERÊNCIAS [1] FERREIRA, A. C. B.; NUNES, E. de C. D.. Reaproveitamento e incorporação de resíduo de mármore em poliamida 66. Revista Eletrônica de Educação e Tecnologia do Senai, São Paulo, v. 5, n. 3, jan [2] CAESARSTONE. (2014) CaesarStone Quartz Surfaces. Disponível em < Acesso em Março [3] GOYANES, S.N., MARCONI, J.D., KONIG, P.G., MARTIN, M.D., MONDRAGON, I. (2000) Dynamical properties of epoxy composites filled with quartz powder. Journal of Alloys and Compounds, Vol.310, p. [4] BORSELLINO, C.; CALABRESE, L.; DI BELLA, G. Effects of power concentration and type of resin on the performance of marble composite structures. Construction and Building Materials, vol. 23, n.5, pp , [5] RIBEIRO, C. E. G.;RODRIGUEZ, R. J. S. Influence of Compaction Pressure and Particle Content on Thermal and Mechanical Behavior of Artificial Marbles with Marble Waste and Unsaturated Polyester. Mat. Res. [online]. ahead of print, pp Epub Nov 24, ISSN [6] KUBAT,J.; RIGADAHAL, M.; WELANDER, d M. Chalmers. Characterization of Interfacial Interactions in High Density Polyethylene Filled with Glass Spheres Using Dynamic-Mechanical Analysis. Journal of Applied Polymer Science, Vol. 39, (1990) Using Dynamic-Mechanical Analysis. Journal of Applied Polymer Science, Vol. 39, (1990). IMPACT OF THE MASS RELATIONSHIP IN BETWEEN THE RESIN AND WASTE MARBLE CALCITE IN FORMULATING OF ARTIFICIAL MARBLE ABSTRACT The relationship between the mass of waste and polymeric phase, particle shape and packing mode are factors which influence the mechanical behavior of the artificial marble. It was conducted the study of mechanical properties of the compositions produced using different ratios between the mass of waste calcite marble (80, 70 e 60% w/w) and DGEBA resin using as comonomer aliphatic amine TEPA. The process variables were the application or not of reduced pressure and compression aiming at a more efficient wetting of the particles of waste and greater packaging favoring both the interface between the residue and the epoxy resin. The mechanical tests carried out were three point bending using a constant load and resulting in modules 28.8 ± 1,8MPa, 31 ± 2,7MPa and 39.6 ± 5,6MPa for bending at three points in compositions 20, 30 and 40% DGEBA / TEPA resin, respectively. The values obtained for all the compositions tested are within the expected range for artificial marble. Key-words: Artificial marble, mechanical tests, resin epoxy. 8673