INFLUÊNCIA DA GRANULOMETRIA DA BORRACHA NAS PROPRIEDADES REOLÓGICAS E DE PROCESSAMENTO DE COMPÓSITOS DE POLIPROPILENO E BORRACHA DE SILICONE

Transcrição

1 INFLUÊNCIA DA GRANULOMETRIA DA BORRACHA NAS PROPRIEDADES REOLÓGICAS E DE PROCESSAMENTO DE COMPÓSITOS DE POLIPROPILENO E BORRACHA DE SILICONE J.E PUTON (1,2) ; V. M. H LOVISON (1) ; V. OLIVEIRA (1) ; R. M. C. SANTANA (2) Av. Presidente João Goulart, Morro do Espelho, São Leopoldo/RS CEP: / jose.puton@senairs.org.br (1) Instituto SENAI de Inovação (2) Universidade Federal do Rio Grande do Sul (PPGE3M) RESUMO A reutilização ou o descarte adequado de resíduos sólidos é um assunto que vem ganhando grande ênfase em âmbito industrial, principalmente na indústria da borracha que tem seus rejeitos quase que totalmente descartados. Uma das formas de reduzir este impacto ambiental é reutilizar estes resíduos elastoméricos após transformá-los em pó, como carga em novas formulações de compostos termoplásticos. Este trabalho objetiva determinar a influência do tamanho de partícula do pó de borracha de silicone (BS) nas propriedades reológicas e de processamento das composições obtidas através da mistura destes resíduos com o polipropileno (PP). Para esta avaliação foi realizada uma classificação granulométrica do resíduo de borracha, sendo preparados três compostos com uma concentração mássica de PP/BS de 80/20, variando a granulometria da BS. Com base nestas formulações, as amostras foram caracterizadas pelos ensaios reológicos através de acompanhamento de torque e energia máxima durante processo e reometria capilar. Palavras-chave: borracha micronizada, polipropileno, borracha de silicone, propriedades reológicas, resíduo de borracha. INTRODUÇÃO A ampla aplicação dos compostos de borracha nos mais diversos segmentos industriais gera uma expansão na demanda global pela fabricação de elastômeros naturais e sintéticos (1). Devido suas propriedades elevadas e melhor processabilidade, as borrachas sintéticas vêm apresentando uma produção cada vez mais elevada no mundo, sendo fabricadas aproximadamente 410 mil toneladas/ano no Brasil, o que corresponde por 3% da produção mundial (2). 6660

2 Como efeito negativo, o aumento do consumo de borracha em aplicações industriais leva a geração de altas quantidades de resíduos, principalmente porque o processo de reticulação é praticamente irreversível o que dificulta a reciclagem da borracha por processos convencionais (3). Tal fator leva ao descarte inadequado destes resíduos em aterros industriais causando grande impacto ambiental. Um dos métodos empregados para diminuir o impacto ambiental causado pelo descarte inadequado dos resíduos de borracha é a reutilização dos mesmos, após o processo de micronização, aplicando-os como carga de enchimento em novos compostos de materiais plásticos (4). Para que seja possível a utilização da borracha moída como carga, é necessário que se reduza o tamanho de partícula dos resíduos para dimensões em torno de 1 mm ou menos. Porém, devido às características elastoméricas dos resíduos de borracha, se torna difícil obter um pó micronizado com tamanhos de partícula uniforme (4). Como ponto relevante na preparação de compostos poliméricos com aplicação de cargas pode-se destacar a avaliação da mesma como um material que terá influência direta nas propriedades físicas e de processamento do polímero (5). Neste sentido o objetivo de este trabalho é avaliar a influência da adição do pó de borracha micronizado e da granulometria do mesmo nas propriedades de processamento dos compostos poliméricos teve como base os resultados obtidos através da análise das propriedades reológicas de compostos, conforme a norma ASTM D5644 (6). Para a realização deste estudo, foram selecionados como matérias primas, o polipropileno (PP) que é um dos polímeros termoplásticos de maior aplicação industrial, e resíduos industriais de borracha de silicone (BS), sendo esta uma das borrachas mais utilizadas para a produção de artefatos técnicos automotivos. MATERIAIS E METODOLOGIA Materiais Os materiais utilizados para a realização deste estudo foram o Polipropileno (PP) homopolímero grade H 603, produzido pela empresa Braskem, com índice de fluidez de 1,5 g/10 min (230ºC; 2,16 kg metodologia conforme ASTM D 1238 (7), e um resíduo micronizado de compostos de borracha do tipo silicone (BS), proveniente do processo de fabricação de artefatos técnicos com aplicação automotiva, gerados 6661

3 por uma empresa transformadora de borracha. Antes da utilização, o pó de borracha foi submetido a um processo de separação granulométrica. Metodologia As análises e avaliações foram realizadas com equipamentos e recursos do Instituto SENAI de Inovação em Engenharia de Polímeros (SENAI CETEPO). Os materiais utilizados foram fornecidos pelo Instituto e a amostra de resíduo de borracha micronizado foi doada pela empresa Gran Indústria e Reciclagem de Borracha Ltda. Separação granulométrica do pó de borracha Antes da realização do estudo foi efetuada uma avaliação granulométrica prévia do pó de borracha de silicone de acordo com a norma ASTM D5644 (6), Método A, utilizando um equipamento vibratório Produtest Modelo T, com conjunto de peneiras sobrepostas com abertura de tela de 30, 40, 50, 60, 80 e 100 mesh. Com base nos dados obtidos na avaliação granulométrica, foram definidos para uso na preparação dos compostos pós de borracha retidos na peneira com abertura de 30 mesh (tamanho de partícula maior ou igual a 600 m), na peneira com abertura de 40 mesh (tamanho de partícula menor do que 600 m e maior ou igual a 400 m), e na peneira com abertura de 80 mesh (tamanho de partícula entre m). Preparação dos compostos/avaliação de torque e energia Foram definidos três compostos de PP com pó de BS nas proporções mássicas de PP/BS (80/20), sendo os mesmos identificados como PP/BS #30, PP/BS #40 e PP/BS #80. Comparativamente, o PP foi processado nas mesmas condições dos compostos. Os compostos foram preparados em reômetro de torque Haake, com módulo de câmara de mistura utilizando rotores do tipo roller. As misturas foram realizadas a uma temperatura de 190 C com velocidade de rotação dos rotores de 60 RPM e fator de enchimento da câmara de 70%, sendo acompanhado o torque e a energia durante a mistura. Avaliação reológica 6662

4 A avaliação reológica dos compostos foi realizada conforme metodologia descrita na norma ASTM D 5099 (8), utilizando um reômetro capilar marca CEAST, modelo Smart Rheo 1000, utilizando um capilar de 1 mm de diâmetro e 30 mm de comprimento. Realizada uma compactação com 300 N de força para remoção do ar. O ensaio foi realizado a uma temperatura de 190 C, com taxas de cisalhamento de 300, 500, 1000, 1500, 2000, 2500, 3000 e 4000 s-1. RESULTADOS E DISCUSSÃO Avaliação de torque e energia No processo de preparação dos compostos em câmara de mistura, foi realizado o acompanhamento da curva do perfil de torque e energia para cada amostra, como mostrada na Figura 1. Avaliando as curvas de torque das amostras, observa-se o primeiro pico que é relativo à adição do material na câmara de mistura, sendo a queda destas curvas de torque uma indicação da plastificação da resina (tendência de estabilização da curva). Observa-se um segundo pico de menor amplitude que esta relacionado a incorporação do o pó de borracha, eventos observados entre três e cinco minutos de processamento. Logo após, com a homogeneização da mistura PP\BS, o torque volta a reduzir, atingindo um valor muito próximo ao torque final da resina pura, conforme apresentado na Figura 1. Fig. 1 - Curvas de torque obtidas para as amostras avaliadas. 6663

5 Com base na avaliação das curvas de torque é possível verificar que a adição dos resíduos micronizados de borracha não causou uma influência significativa no torque final comparado aos resultados apresentados pela amostra PP. A Tabela 1 apresenta as informações obtidas no processamento das amostras. Tab. 1 - Avaliação dos resultados de torque e energia consumida. Amostra Torque Médio (Nm) Torque Final (Nm) Energia Média (kj) PP 99,2 52, PP/BS #30 68,8 49, PP/BS #40 77,9 52, PP/BS #80 75,9 51, De acordo com os dados obtidos, é possível avaliar que a amostra que apresentou maior torque de processamento foi o composto PP, e por outro lado, foi observada uma tendência de redução no torque conforme o aumento do tamanho de partícula do pó de borracha, porém a variação apresentada não é um valor significativo para influenciar nas características de processamento do material. Esta baixa variação de torque se dá em função das características elastoméricas da BS. Isto faz com que, mesmo sendo considerado como uma carga de alta densidade, a adição deste material não prejudica a processabilidade do composto. Avaliação reológica A avaliação das propriedades reológicas foi efetuada nos três compostos desenvolvidos e na amostra sem a adição do pó de silicone PP. As Figuras 2 e 3 apresentam as curvas de Viscosidade aparente x Taxa de Cisalhamento e Tensão de Cisalhamento x Taxa de Cisalhamento, respectivamente, onde é possível visualizar que a amostra de PP apresenta maior viscosidade a baixas taxas de cisalhamento e maior tensão de cisalhamento, sendo nesta última a diferença pronunciada a altas taxas de cisalhamento. 6664

6 Fig. 2 - Curvas de Viscosidade x Taxa de Cisalhamento Fig. 3 - Curvas de Tensão x Taxa de Cisalhamento Com base nos resultados obtidos é possível verificar que a adição do pó de BS ocasionou uma redução na viscosidade do polipropileno, porém, dentre as amostras PP/BS # 30, PP/BS # 40 e PP/BS # 80, a amostra contendo o pó com menor granulometria apresentou o torque mais alto. A redução na viscosidade do composto se dá em função de um comportamento abrasivo adotado pelo pó misturado ao polímero fundido, porém, devido o tamanho reduzido da partícula, observa-se uma melhor interação carga-polímero no pó retido em peneira de 80 mesh do que nas demais granulometrias. O mesmo efeito é observado na tensão do fundido. CONCLUSÕES As técnicas e métodos utilizados neste estudo permitiram visualizar de maneira satisfatória a influência da adição dos resíduos micronizados de borracha 6665

7 vulcanizada do tipo silicone nas propriedades reológicas do polipropileno. Com base nos resultados obtidos pela avaliação em reômetro de torque é possível verificar que tanto a adição de 20% de pó de borracha na composição da mistura, quanto à variação no tamanho de partícula do pó não ocasionou uma variação significativa no torque final de mistura. Em relação à avaliação em reômetro capilar, é possível avaliar que, apesar de todas as granulometrias testadas proporcionarem uma redução na viscosidade do polipropileno, o composto com menor tamanho de partícula de borracha apresentou uma menor variação de viscosidade em relação aos compostos utilizando BS com granulometria de 30 e 40 mesh. REFERÊNCIAS 1. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DA INDÚSTRIA DE ARTEFATOS DE BORRACHA. São Paulo, Disponível em: < Acesso em: 5 nov BRADESCO. DEPARTAMENTO DE PESQUISAS E ESTUDOS ECONÔMICOS. Pneus e borracha. São Paulo, Disponível em: < df>. Acesso em: 5 nov ROCHA, Edmundo Cidade da; LOVISON, Viviane Meyer Hammel; PIEROZAN, Nilso José. Tecnologia de transformação dos elastômeros. 2. ed. São Leopoldo: Centro Tecnológico de Polímeros SENAI, DE, Sadhan Kumar. ISAYEV, Avraam I.; KHAIT, Klementina. Rubber recycling. Boca Raton: Taylor & Francis, RABELLO, Marcelo Silveira. Aditivação de polímeros. São Paulo: Artliber, AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. ASTM D5644:2001 (Reapproved 2008) ε1. Standard test methods for rubber compounding materials determination of particle size distribution of recycled vulcanizate particulate rubber, West Conshohocken, AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. ASTM D1238:2013. Standard test method for melt flow rates of thermoplastics by extrusion plastometer. West Conshohocken, AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. ASTM D5099:2008 (Reapproved 2013). Standard test methods for rubber : measurement of processing properties using capillary rheometry. West Conshohocken,

8 INFLUENCE OF PARTICLE SIZE OF RUBBER IN PROCESSING AND RHEOLOGICAL PROPERTIES OF POLYPROPYLENE/SILICONE RUBBER COMPOSITES ABSTRACT The reuse or proper disposal of solid waste is an issue that has gained great emphasis on industrial field, mostly in the rubber industry that has its wastes almost entirely discarded. One way to reduce this environmental impact is reusing these elastomeric wastes, after turning them into powder, as filler in new formulations of thermoplastic compounds. The objective of this study is determine the influence of the particle size of the powdered silicone rubber (SR) in the rheological and processing properties of the compositions obtained by mixing such waste with polypropylene (PP). For this evaluation a granulometric classification of the waste rubber being prepared three compounds with a mass concentration of PP / BS 80/20, varying the particle size of the BS. Based on these formulations, the samples have been characterized by rheological measurements through the monitoring of torque and maximum power during the process and capillary rheometry. Key-words: polypropylene, silicone rubber, rheological properties, waste rubber. 6667