Palavras-chave: polipropileno; borracha nitrílica; extrusão mono-rosca; elastômeros termoplásticos.

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1 PROCESSAMENTO E CARACTERIZAÇÃO DE MISTURAS A BASE DE POLIPROPILENO (PP) E BORRACHA NITRÍLICA (NBR) Rafael O. S. R. Correia 1* (IC), Rodrigo C. Vieira 1 (IC), Luciana P. da Silva 1 (PQ) 1 Centro Universitário Estadual da Zona Oeste do Rio de Janeiro UEZO, Rio de Janeiro RJ *Rafael_rommano@yahoo.com.br Resumo: Elastômeros termoplásticos são misturas que aliam a elasticidade do elastômero com a processabilidade do termoplástico. Este trabalho trata-se de um estudo sobre a preparação em extrusora mono-rosca e caracterização de misturas a base de Polipropileno (PP) e borracha nitrílica (NBR - Acrilonitrila - Butadieno), com percentuais de 5, 10, 20 e 30% em massa de NBR. Os materiais puros, assim como as misturas obtidas foram caracterizadas por: Caracterização Visual, Densidade, Dureza, Índice de Fluidez e Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV). Os resultados de caracterização visual mostraram que as misturas se apresentaram homogêneas. A densidade das misturas apresentou-se maiores do que as dos componentes em separado. Os resultados de dureza mostram que a mesma diminuiu com o aumento do teor de NBR na mistura. As imagens do MEV mostraram uma boa interação entre a matriz e a carga, sendo mais homogêneas e com redução visível de tamanho de domínios de NBR para as misturas com 20% e 30% em massa de NBR. Os resultados mostram que o processamento por extrusão em mono-rosca mostrou-se bastante eficiente. Palavras-chave: polipropileno; borracha nitrílica; extrusão mono-rosca; elastômeros termoplásticos. Processing and mixes characterization the polypropylene base (PP) and nitrile rubber (NBR). Abstract: Thermoplastic elastomers are blends that combine the elasticity of the elastomer with the processability of thermoplastics. This work was a study on the preparation of mono- screw extruder and characterization of thermoplastic elastomers based on polypropylene (PP) and nitrile rubber (NBR- Acrylonitrile - Butadiene), with percentages of 5, 10, 20 and 30% of mass of NBR. The pure materials, as well as mixtures obtained were characterized by: Visual characterization, density, hardness, Flow Index and Scanning Electron Microscopy (SEM). The results of visual characterization showed that the mixtures were presented homogeneous. The density of the mixtures presented to be larger than those of the separate components. The results show that the same hardness decreased with increasing NBR content in the mixture. The SEM images showed good interaction between the matrix and the load being more homogeneous and visible reduction in size of areas of NBR for mixtures with 20% and 30% by weight of NBR. The results show that by processing the single-screw extrusion proved to be very efficient. Keywords: polypropylene, nitrile rubber, single screw extruder, thermoplastic elastomers. Introdução Elastômeros termoplásticos são misturas de polímeros que, acima de sua temperatura de fusão, exibe um caráter termoplástico, o que lhe permite serem moldados e transformados em produtos finais os quais, dentro de uma definida gama de temperaturas e, sem que tenha ocorrido qualquer tipo de reticulação durante a fabricação, possuem um comportamento elastomérico. Tendo processamento reversível, dando a utilidade de reprocessá-los permitindo a reciclagem desses materiais. No processo vantagens são adquiridas como: melhor resistência a baixas temperaturas; melhor resistência ao impacto; peças menos ruidosas; projetos de peças de variada dureza 1. A

2 borracha nitrílica (NBR) tem propriedades de resistência ao óleo. É um copolímero de butadieno e acrilonitrila e sua polimerização feita por emulsão, realizada de maneira a quente ou a frio, conforme sua temperatura se situa entre 5 e 30 e superior a 30 respectivamente. Pelo teor de acrilonitrila, temos um bom balanço entre sua Resistencia à baixa temperatura (entre -50 C e - 10 C), aos solventes e ao óleo. Estas características aliadas a uma boa resistência à abrasão e a alta temperatura, tornam a borracha acrílica aconselhada a utilização em várias utilidades 2. O polipropileno é um termoplástico maleável a temperatura ambiente e muito resistente. Possui um a alta cristalinidade que está entre 60 e 70%, que lhe oferece elevada resistência mecânica, dureza e rigidez. O polipropileno é o segundo termoplástico mais consumido ultimamente, abaixo somente do PVC. O objetivo principal desse trabalho é estudar o processamento e a caracterização de misturas de PP/NBR realizadas em extrusora mono-rosca, com percentuais de NBR que estão entre 5 a 30% em massa de NBR e avaliar as suas propriedades térmicas, físicas e morfológicas 3. Experimental Para a realização desse trabalho, foram adotadas três etapas, descritas a seguir: 1º etapa: Caracterização dos materiais utilizados; 2º etapa: Preparação das misturas PP/NBR: Processamento em extrusora mono-rosca misturas PP/NB; 3º etapa: Caracterização das amostras de PP/NBR; 1-Caracterização visual; 2-Densidade; 3- Dureza; 4-Índice de Fluidez (MFI); 5-Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) Preparação das misturas PP/NBR por Processamento em extrusora mono-rosca Os elastômeros termoplásticos PP/NBR foram processados em extrusora mono-rosca de filmes planos marca AX Plásticos, com 3 zonas de temperatura. Foi realizado primeiramente o processamento do PP e do NBR separadamente. As condições de processo adotadas foram: temperaturas de zonas de 140, 175 e 210 C, respectivamente, e velocidade da rosca de 40 RPM. Seguindo as mesmas condições, foram processadas as misturas de PP com NBR nos percentuais de 0, 5, 10, 20 e 30% em massa de NBR. Após o processamento, foram realizadas as prensagens dos materiais processados, para posterior caracterização. Caracterização das misturas PP/NBR Os materiais puros, assim como as misturas de PP/NBR foram caracterizadas utilizando-se as seguintes análises: caracterização visual, ensaios de densidade, dureza, índice de fluidez (MFI) e Microscopia Eletrônica de varredura (MEV). Resultados e Discussão Caracterização visual dos materiais puros e das misturas de PP/NBR A Figura 1 apresenta as fotos dos filmes de PP e NBR e das misturas de PP/NBR obtidas. Em uma rápida e superficial caracterização visual, pode-se observar que os pellets de polipropileno estavam dentro das condições esperadas, possuía forma adequada, estava inodoro e apresentava coloração branca. Para o NBR observa-se a sua coloração amarelo claro e odor forte. De acordo com a caracterização visual dos compósitos foi observado que o aumento da porcentagem de NBR alterou a coloração do material de branco translúcido para um material mais opaco e amarelado.

3 NBR 100% PP 95% NBR 5% PP 90% NBR 10% PP 100% PP 80% NBR 20% PP 70% NBR 30% NBR. Figura 1. Fotos do NBR e do PP puro e das misturas PP/NBR com 5, 10, 20 e 30% em massa de Análise de Densidade Os resultados encontrados para a análise de densidade das amostras puras e das misturas estão descritos na Tabela 1. Tabela 1. Determinação da densidade do NBR e do PP puro e das misturas PP/NBR com 5, 10, 20 e 30% em massa de NBR. Composições Densidade Desvio (g/cm³) Padrão PP 100 0,962 0,024 NBR 100 1,023 0,012 PP/NBR 95/5 0,907 0,022 PP/NBR 90/10 0,916 0,02 PP/NBR 80/20 0,951 0,019 PP/NBR 70/30 0,984 0,006 A densidade do polipropileno é aproximadamente de 0,90-0,91 g/cm³ 3. A densidade do PP processado obtida foi de 0,962 g/cm 3, um pouco acima da densidade da literatura, provavelmente devido ao processamento, um direcionamento do fluxo. A densidade obtida para a amostra de NBR processada foi de 1,023 g/cm 3. Para as misturas, observa-se que, ao adicionar-se NBR obtém-se o aumento do valor de densidade com o aumento na quantidade de NBR adicionada, o que já é esperado para elastômeros termoplásticos. A adição de um elastômero promove aumento de densidade do termoplástico 4. Análise de Dureza A dureza shore D e usada para materiais plásticos e segundo sua escala quanto menor for a dureza mais macia e maleável ele será, no caso com o aumento da carga ocorre a perda de dureza. A Tabela 2 apresenta os resultados de dureza para o PP e para as misturas de PP/NBR.

4 Tabela 2. Determinação da Dureza Shore D do PP puro e das misturas PP/NBR com 5, 10, 20 e 30% em massa de NBR. Composições Dureza Desvio (Shore D) Padrão PP ,6 1,5 PP/NBR 95/5 51,3 1,5 PP/NBR 90/10 50,6 1,1 PP/NBR 80/20 47,0 1,0 PP/NBR 70/30 37,6 1,5 Observa-se uma redução significativa nos valores de dureza quando se adicionou 5% em massa de NBR na matriz de PP, passando de 633,6 para 51,3 g/cm 3. Aumentando-se ainda o percentual de NBR na matriz de PP a dureza continua diminuindo, porém, uma redução menos pronunciada para os percentuais de 5, 10 e 20% em massa de NBR. Com 30% em massa de NBR, observa-se que a dureza chega a quase metade do valor do PP virgem processado. Análise de MFI A Tabela 3 apresenta os resultados de índice de fluidez do PP e das misturas de PP/NBR. O resultado de PP virgem obtido foi o de 3,764 g/10 min, inferior ao da literatura, que foi de 4,9 g/10min. Tabela 3. Determinação do índice de fluidez PP puro e das misturas PP/NBR com 5, 10, 20 e 30% em massa de NBR. Índice de Desvio Padrão Composições Fluidez (g/10min) PP 100 3,764 0,025 PP/NBR 95/5 1,418 0,094 PP/NBR 90/10 1,412 0,058 PP/NBR 80/20 0,818 0,195 PP/NBR 70/30 0,329 0,036 Acredita-se que este fato pode ter ocorrido devido ao processamento do PP, que promoveu a redução na fluidez do material. Ao adicionar o NBR, observa-se que a redução no MFI apresenta-se ainda mais pronunciada para todas as misturas, principalmente da amostra PP/NBR 70/30. Realmente, foi observado visualmente que o material tornou-se mais viscoso com a presença de NBR. Análise de Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) A Figura 2 mostra as micrografias em aumento de 500x, obtidas por MEV da amostra de PP virgem e de NBR processados, assim como as misturas PP/NBR. Análise de MEV mostrou os domínios de NBR presentes nas misturas com PP, sendo mais pronunciado e mais bem disperso nas misturas com 20 e 30% em massa de NBR.

5 NBR PP PP/NBR (95/5) PP/NBR (90/10) PP/NBR (80/20) PP/NBR (70/30) Figura 2. Micrografias do NBR e PP e das misturas de PP/NBR Conclusões O processamento em extrusora mono-rosca das misturas PP/NBR em diferentes percentuais mostrou-se efetivo no preparo destas misturas. Os resultados de dureza e MFI obtidos foram os esperados, uma vez que a presença de uma borracha em uma matriz termoplástica promove a redução da dureza e a redução da fluidez do material. Da mesma forma, os resultados obtidos de densidade também foram como os esperados, uma vez que a densidade de um termoplástico aumenta com a inserção de um elastômero, fato ocorrido. Segundo as análises de MEV, a homogeneidade da mistura foi alcançada com teores de 20% e 30% em massa de NBR na matriz de PP. Análise de MEV mostrou os domínios de NBR presentes nas misturas com PP, sendo mais pronunciado e mais bem disperso nas misturas com 20 e 30% em massa de NBR. Em suma, o processamento por foi eficaz para preparar elastômeros termoplásticos poliolefínicos de maneira eficiente. Agradecimentos FAPERJ. Referências Bibliográficas 1. Ana Carolina A. C. de Lima, Gabrielle S. da Rocha, N. Y. H. K. A Utilização de Plásticos na Construção Civil (accessed May 25, 2015). 2. Kempermann, T.; Koch, S Callister W D. Materials Science And Engineering: An Introduction / William D CallisterJr, 4 ed. John Wiley & Sons, USA, Canevarolo Jr., Sebastião V., Ciência dos Polímeros 2 ed., Brasil, 2007.