ESTUDO COMPARATIVO DE PROPRIEDADES MECÂNICAS DE ELASTÔMEROS UTILIZANDO A QUITINA COMO CARGA REFORÇANTE

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1 Page188 ESTUDO COMPARATIVO DE PROPRIEDADES MECÂNICAS DE ELASTÔMEROS UTILIZANDO A QUITINA COMO CARGA REFORÇANTE Adalberto Nestor Iwazaki Universidade Camilo Castelo Branco RESUMO A utilização da quitina é justificada pela variedade de cargas de reforço que podem propiciar a possibilidade de formular compostos com propriedades adequadas a cada tipo de aplicação. Neste trabalho, foram estudadas as propriedades mecânicas como, resistência à tração, resistência à compressão, dureza, geometria e determinação de área superficial pelo método, índice de iodo e CTAB(Cetil Trietil Brometo Amônio), usando corpos de prova com matriz polimérica reforçada com quitina. Os resultados mostraram boa influência das composições dos corpos de prova sobre as propriedades mecânicas, destacando-se a viabilidade tecnológica das formulações usadas e as diferentes indicações para as aplicações adequadas em cada caso. Palavras-chave: Quitina, Elastômeros e Resistência à tração. COMPARATIVE STUDY OF MECHANICAL PROPERTIES OF ELASTOMERS USING CHITIN AS REINFORCING FILLER ABSTRACT The utilization of quitina is justified by few variety of load of reforcementes which propitiate the possibility of formulating with adequates proprieties to each kind of application. This word, have been studied, mechanical properties as tensile strength, compressive strength, hardness, rheometria and particulas size by methods iodine indexes and CTAB (Cetyltrimethylammonium Bromide), using testes speciments of polimetric headquarters reinforced with quitina. The results showed good influence of the compositions of testesspecimens on the measured mechanical properties, detaching the techonological viability of the used formulations and the different indications for the adequate applications in each case. Key-Words: Quitina, Elastomers, Resistance to traction

2 Page189 INTRODUÇÃO As borrachas, também denominadas de elastômeros, é um material polimérico natural ou sintético que apresenta como principal característica a elasticidade. O grande interesse no desenvolvimento de pesquisas nesta área pode ser explicado em razão da ampla variedade de polímeros e copolímeros elastoméricos, os quais podem ser aditivados com cargas, plastificantes e reforços, que propiciam a possibilidade de aplicação. Desde o início da industrialização da borracha, no final do século passado, há uma crescente utilização destes materiais, pois se torna possível, para cada aplicação, selecionar um elastômero com as propriedades mecânicas adequadas às solicitações do produto final. Dentre os materiais poliméricos, o elastômero é o único material que não substitui outro já existente, pois tem características próprias com aplicações ímpares. A função da borracha na vida moderna é relevante sendo que sua aplicação vem desde a borracha utilizada para apagar escrita a lápis, passando pelos tecidos impermeáveis, correias, solados de sapatos, pneus e pisos entre outros. A borracha tornou-se um material de enorme importância e estratégica, sendo seu consumo um excelente termômetro da industrialização das nações. Os transportes, as indústrias químicas, elétricas e eletrônicas, e a espacial, são todos consumidores importantes de borracha. Ela também é chamada de elastômero, é um material polimérico natural ou sintético que apresenta como principal característica a elasticidade. A pesquisa nesta área pode ser explicado em razão da ampla variedade de polímeros e copolímeros elastoméricos, os quais podem ser aditivados com cargas, plastificantes e reforços, que propiciam a possibilidade de formular diferentes tipos de borrachas com propriedades adequadas a cada tipo de aplicação. Há uma crescente utilização destes materiais na indústria, pois se torna possível, para cada aplicação, selecionar um elastômero com propriedades mecânicas adequadas às solicitações do produto final. A industrialização da borracha sintética teve início durante a Segunda Guerra Mundial devido à escassez de matéria prima. Esta industrialização continuou a se expandir com grande velocidade, de modo que, atualmente, 70% da borracha consumida é de origem sintética. A indústria da borracha envolve desde a produção de monômeros, ou de matériasprimas, para a borracha natural e sintética, até a produção de derivados químicos e a

3 Page190 fabricação de artefatos de borracha. Em virtude destes fatos, as investigações no campo dos materiais elastoméricos e a função dos diferentes aditivos e suas propriedades despertam especial interesse e crescem a cada ano. No Brasil as pesquisas são incipientes e as indústrias necessitam de subsídios para o seu desenvolvimento. Os elastômeros são materiais que exibem elasticidade, em longa faixa de estiramento, a temperatura ambiente. Quando o material elastomérico não é aditivado há deformações, devido ao estiramento, que podem ser permanente, havendo a necessidade de modificarmos sua estrutura por meio de adição de agentes denominados de reforçadores. A borracha tem uma grande importância para a sociedade em suas várias maneiras de utilização e por isso vem sendo estudada exaustivamente, assim como os vários aditivos que melhoram as suas propriedades. Para melhorar as propriedades mecânicas dos materiais elastoméricos costumam-se adicionar enxofre e negro de fumo, que por meio de ligações primárias e secundárias tornam estes materiais mais resistentes. A quitina é um biopolímero encontrado em invertebrados marinhos, insetos, fungos e leveduras. Ela aparece em grandes concentrações nas carapaças de crustáceos (lagostas, camarões e caranguejos), e sendo estas carapaças responsáveis por grande parte da poluição causada pela indústria pesqueira, pois são, geralmente, descartadas sem qualquer tipo de tratamento. A quitina, em sua estrutura, possui um grupo amino que tem sido estudado na formação de filmes pela adição de ácido acético diluído. Esta mistura forma filmes quelatos. A quitina quando solubilizada na presença metacetamida 5% de cloreto de lítio dissolvido, forma uma solução viscosa, que com a adição de álcool ou acetona, em sua forma anidra, forma filamentos contínuos, que após estiramento a frio, torna-se mais resistentes que os filamentos obtidos a partir de polímeros sintéticos. O objetivo inovador deste trabalho é estudar o efeito da adição de quitina, como agente de reforço, em composições elastoméricas, comparando o efeito da quitina com o efeito de negro de fumo, fazendo uma comparação da ação reforçante em cada caso. Desta forma estudou-se o comportamento e as propriedades de compostos de borracha usando como elastômeros o terpolímero etileno-propileno-dieno monômero (EPDM), o copolímero de estireno-butadieno (SBR) e a borracha natural (NR).

4 Page191 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA Compósitos - Material compósito designa uma estrutura formada por uma ou mais fases descontínuas, dispersas em uma fase contínua para formar um material que tenha um melhor desempenho. 5.2 Polímeros São compostos onde as moléculas são formadas por um número grande de grupos atômicos ligados entre si por meio de ligações covalentes ao longo de cadeia. Podem ser naturais ou artificiais. 5.3 Elastômeros É um material composto por macromoléculas que retorna rapidamente às suas dimensões originais, sendo capaz de recuperar-se rapidamente de grandes deformações Cura ou Vulcanização da Borracha É um processo pelo qual um elastômero(borracha) constituído de polímeros lineares se transforma em uma rede tridimensional, mediante a construção de retículos, dando ao artefato acabado altas propriedades físico-químicas. 5.6 Cargas É qualquer material particulado de baixa granulometria, que seja passível de ser incorporado a uma matriz polimérica. As cargas podem ser naturais, artificiais ou sintéticas. As cargas comumente usadas nos elastômeros são: Negro de fumo; Cargas minerais, Caulim, Sílicas, Carbonato de Cálcio, Alumina Hidratada, Sulfatos e Quitina.

5 Page192 COMPOSIÇÃO NATURAL DA BORRACHA NATURAL Para obter-se artefatos de borracha natural a mesma deve ser processada com outros materiais, uma composição genérica é apresentada na tabela 1. Tabela 1- Composição genérica de compostos a base de borracha natural Material Elastômero Natural Àcido esteárico Óxido de zinco Antioxidante Antiozonante Negro de fumo Acelerador Enxofre ventilado Quantidade 100,0 partes 0,5 2,0phr 3,0 5,0phr 0,8 1,0phr 0,2 1,0phr 10,0 80,0phr 0,8-2,0phr 2,5-3,0phr A fórmula de composição de um elastômero deve sempre ser calculada considerando 100 partes de elastômero. Os demais componentes da mistura são calculados em percentagem em relação ao elastômero, daí o uso da unidade phr (partes de borracha). AGENTE DE REFORÇO A quitina [β-(1 4)acetamido-2-desoxi-D-glicano] usada no trabalho foi fornecida pelo Departamento de Aplicações Tecnológicas do IPEN/CNEN SP, que a obteve a partir da extração de carapaças, com 90% de pureza. Negro de fumo usado no trabalho foi fornecido pela Cabot Ind. E Come. Ltda.

6 Page193 MÉTODO A amostra em estudo, primeiro foi mastigada a borracha em moinho do tipo bambury, com abertura de 2,54cm (1,0 pol). Após a massa polimérica cobrir o primeiro rolo, deixa-se a borracha em cisalhamento por cerca de cinco minutos. A seguir adiciona-se lentamente o ácido esteárico juntamente com o óxido de zinco (ZnO) e o óleo parafínico até a incorporação completados mesmos. Faz-se alguns cortes na manta, com o auxilio de uma faca, com o objetivo de auxiliar a homogeneização. O agente de reforço (enxofre, enxofre+quitina ou enxofre+negro de fumo) é adicionado lentamente, posteriormente, seguido da adição da mistura de aceleradores (MBTS, NS, ZDBC e TMTD). Quando todos os ingredientes estiverem incorporados à massa, a mesma é pesada para verificar-se há perda de massa. Esta não deve exceder a 1%. O tempo adotado para a mistura foi de 30 minutos, e a rotação do rolo foi de 23±0,5rpm e a relação entre o tamanho dos rolos foi de 1,4:1. PREPARAÇÃO DOS CORPOS DE PROVA Com o auxílio de uma máscara de corte, foram corte, foram cortadas amostras com 8g para o ensaio de reometria, realizado em 12 minutos à 165ºC. As amostras, a serem vulcanizadas, foram cortadas em forma de placas com 32,5±2,0g. A amostra é colocada em prensa aquecida à 165ºC, por 10 minutos, e posteriormente resfriada em banho de água por 30 minutos. Os materiais utilizados e os compostos obtidos foram caracterizados de acordo com os seguintes ensaios: Área Superficial; Reometria; Análise Granulométrica; Ensaios Mecânicos e Microscopia Ótica.

7 Page194 REULTADOS E DISCUSSÃO Conforme os dados apresentados os ensaios de tração mostraram que: A resistência à tração na ruptura para os compostos a base de borracha natural e EPDM contendo quitina como agente de reforço diminui em relação aos compostos sem reforço, e tem seus valores menores do que aqueles contendo negro de fumo como este tipo de agente; A resistência à tração na ruptura para os compostos a base de SBR contendo quitina como agente de reforço apresenta uma pequena elevação nos valores em ralação aos compostos sem reforço, e tem seus valores menores do que aqueles contendo negro de fumo como este tipo de agente; Os módulos de tração à 50%, 100% e 150% tiveram um aumento acentuado para os compostos a base de borracha natural contendo quitina em sua composição em relação aos compostos sem reforço e aqueles contendo negro de fumo como este tipo de agente; Para os compostos a base de EPDM e de SBR os módulos de tração à 50%, 100% e 150% tiveram um aumento para os compostos contendo quitina em sua composição em relação aos compostos sem reforço, sendo estes valores mais baixos do que aqueles obtidos para os compostos contendo negro de fumo; Os módulos de tração à 300% tiveram um aumento acentuado para os compostos a base de borracha natural contendo quitina em sua composição em relação aos compostos sem reforço sendo estes valores mais baixos do que aqueles obtidos para os compostos contendo negro de fumo; Analisando-se os resultados encontrados para as propriedades medidas nas condições experimentais deste trabalho de pesquisa, pode-se concluir, basicamente, o seguinte: 1. Observa-se que há viabilidade tecnológica na formulação de compostos elastoméricos utilizando quitina como agente de reforço; 2. Os compostos elastoméricos formulados com quitina apresentam uma dispersão compatível com as exigências de mercado para este tipo de material, apesar do tamanho de partícula da quitina ser maior do que o tamanho de partícula de negro de fumo;

8 Page O tempo de cura do composto contendo quitina em sua formulação diminui em relação ao composto sem reforço, e ao reforçado com negro de fumo para compostos a base de borracha natural e EPDM. Para compostos a base de SBR, o tempo de cura dos compostos contendo quitina foi maior do que para compostos contendo negro de fumo e menor do que para compostos sem reforço. Portanto a quitina acelera a cura dos elastômeros estudados. REFERÊNCIAS Iwazaki. A. N (2000). Estudo Comparativo de Propriedades Mecânicas de Elastômeros Utilizando a Quitina como carga Reforçante apresentado à Universidade Makenzie para a obtenção do título de Mestre em Engenharia de Materiais. Hofmann.W. (1967). Vulcanization and Vulcanizing Agents, Maclaren and Sons Ltda; London. Miranda, L. F. (1994). Estudo Comparativo de Propriedades Mecânicas de Poliésteres apresentada à escola Politécnica da Universidade de São Paulo para a obtenção do título de Mestre em Engenharia. Recebido em: 16/06/2010 Aceito em: 24/08/2010 para correspondência: adalberto.iwazaki@gmail.com