INFLUÊNCIA DO PÓ DE FIBRA DE COCO NAS PROPRIEDADES MECÂNICAS DO POLIETILENO DE ALTA DENSIDADE. Brasil -

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1 INFLUÊNCIA DO PÓ DE FIBRA DE COCO NAS PROPRIEDADES MECÂNICAS DO POLIETILENO DE ALTA DENSIDADE L. Pisanu*; J.D. Viana 1 ; J. B. Azevedo 1 ; Z.I.G Santos 2 ; M.L.F. Nascimento 3 * Senai Cimatec, Av. Orlando Gomes, 1845 Piatã , Salvador BA Brasil - luciano.pisanu@fieb.org.br 1 Senai Cimatec, Salvador BA Brasil 2 Universidade Federal de Sergipe, SE- Brasil 3 Universidade Federal da Bahia, Salvador BA - Brasil RESUMO Os problemas de ordem ambiental têm incentivado pesquisadores a buscar alternativas de sustentabilidade e maior reaproveitamento de materiais descartados no pós consumo. Neste sentido têm surgido inúmeros estudos para aproveitamento de fibras vegetais como reforço em produtos com matriz polimérica. Após o processamento da polpa do coco, a fibra tem se destacado como uma atividade altamente rentável na confecção de subprodutos que vão desde compósitos poliméricos, reforço estrutural e artesanato. O resíduo da fibra também denominado como pó da fibra numa razão de 60% com polietileno de alta densidade e um percentual de 6% de aditivos compatibilizante e lubrificantes foi objeto desta pesquisa. Observou-se que a adição desta partícula resultou em um material com maior rigidez e menor resistência a tração e impacto, indicando que a adesão entre as fases não foi satisfatória. Palavras-chave: pó da fibra de coco, polietileno de alta densidade, compósitos poliméricos, sustentabilidade INTRODUÇÃO 6831

2 A utilização de fibras vegetais em compósitos poliméricos tem sido uma prática que vem satisfazendo em parte os consumidores cada vez mais atentos aos problemas ambientais oriundos do descarte incondicionado de plásticos. Este movimento tem forçado o setor industrial a buscar estratégias que atendam os anseios da sociedade. A ideia da utilização de plásticos reforçados com fibras naturais na obtenção de compósitos está ganhando mais adeptos com o passar do tempo e os desenvolvimentos nesta emergente área são vantajosas a partir de um ponto de vista tecnológico pelo baixo custo das fibras e facilidade no processamento. O sentimento de preservação ambiental agregado a estes materiais espelha o seu rápido crescimento no mercado de termoplásticos. Um dos maiores desafios no trabalho com fibras naturais na obtenção de compósitos é a sua grande variação nas propriedades e características que são influenciados por um número de variáveis incluindo o tipo fibra, condições ambientais (onde as fibras vegetais são originadas) e métodos de processamento. Recentemente tem havido um aumento nas aplicações industriais de compósitos contendo biofibras para obtenção de componentes automotivos, utilidades domésticas, eletrônicos e outra gama de produtos (1). As fibras vegetais são provenientes de fonte renovável e podem ser consideradas ilimitadas além de serem biodegráveis, característica fundamental no descarte do produto ao final de sua vida útil. Pela grande biodiversidade brasileira, as fibras naturais representam uma nova fonte de renda para a população rural, podendo contribuir para evitar o enorme fluxo do campo para a cidade, verificado principalmente nas regiões Norte e Nordeste do país (2). Muitos estudos têm evidenciando as vantagens de utilizar fibras vegetais em compósitos poliméricos, porém a utilização do pó da fibra de coco carece de estudos aplicados a formulação de compósitos. Encontra-se várias publicações da utilização desta matéria prima como substrato agrícola, por ser inerte e substituir a turfa em cultivos envasados (3). O pó de coco é um material biodegradável, renovável, muito leve e assemelha-se a estrutura física do mineral chamado Vermiculita pela aparência de blocos sanfonados, conforme imagem da Fig. 1 obtida através da microscopia eletrônica de varredura. Esta 6832

3 aparência também fez crescer o interesse por pesquisas com painéis de absorção sonora (4). Figura 1- Imagem do pó de coco obtida por MEV. Fonte: Autor Para a agricultura o pó da fibra do coco apresenta uma estrutura física vantajosa, proporcionando alta porosidade, alto potencial de retenção de umidade, o que favorece a atividade fisiológica das raízes (5). Pesquisas utilizando o pó de coco como reforço em matriz epóxi indicam que as propriedades de abrasividade aumentam com a concentração de pó, carga aplicada e distancia de deslizamento (6). Quando avaliada a utilização deste material como reforço em cimento Portland em substituição da areia obteve-se resultados similares. A resistência mecânica apresentou uma variação inferior a 5%, porém a densidade aparente e o comportamento da fissura por tensão ambiental foram superiores, sinalizando as vantagens da utilização em construções leves não estruturais (7). Neste contexto, o presente trabalho teve como objetivo avaliar as propriedades mecânicas e morfológicas de compósitos obtidos a partir de uma concentração de 60% de pó da fibra do coco com polietileno de alta densidade utilizando aditivos para melhorar a adesão do pó com a matriz polimérica. MATERIAIS E MÉTODOS Materiais O pó da fibra de coco foi obtido do resíduo da fibra de coco beneficiada na região de Conde no Estado da Bahia pela empresa Frysk Industrial do 6833

4 Grupo Aurantiaca. O material utilizado apresentava também uma concentração de fibras de coco oriunda do seu benecifiamento. O polietileno de alta densidade utilizado é produzido pela Braskem, sob o código IA 59 com fluidez de 7,3 g/10min adicionado à razão de 19% na mistura. Um mix de aditivos composto por Cesar Mix PEA , Orevac CA 167, Carbonato de Cálcio e Struktol completaram o percentual da formulação. Estes aditivos tiveram a função de reforço, lubrificante, agente de acoplagem, anti UV e agente estabilizante antioxidante para o compósito. Obtenção e Caracterização do Compósito Polimérico O pó da fibra de coco foi secado a uma temperatura de 100 C em uma estufa com circulação de ar marca PALLEY durante um período de 24 horas antes de ser misturada com a matriz polimérica e os aditivos citados. A preparação dos compósitos foi realizada numa extrusora dupla rosca corrotante fabricada pela Imacom; modelo DRC 30:40 IF com diâmetro de rosca de 30 mm e razão L/D = 40 com a rotação da rosca a uma velocidade de 120 rpm e temperatura da massa de 177ºC. Devido ao alto teor de pó no compósito, a matriz foi retirada do equipamento, como indicado na Fig. 2 e, posteriormente o compósito obtido foi moído em um moinho de facas com peneira de 5 mm. Figura 2 - Imagem da extrusora sem a matriz Após a moagem do material o mesmo foi submetido novamente à secagem pelo mesmo período e condições de secagem anterior para posteriormente ser injetado. A moldagem dos corpos de prova, através do processo de injeção obedeceu à norma ISO 527 para tanto, foi usado uma injetora da marca ROMI, modelo PRIMAX 100, com força de fechamento de 100 toneladas e temperatura da massa em torno de 200 C. Os ensaios para caracterização mecânica foram conduzidos em máquina universal de ensaios 6834

5 Emic Modelo DL 2000 e a aquisição e tratamento dos dados através de Software Tesc. O ensaio de impacto foi realizado seguindo a norma ISO 180, numa máquina Instron, modelo CEAST 9050, com martelo de 2,7 J e configuração IZOD. Os corpos de prova foram entalhados (45º e 2,5mm de profundidade) antes de serem submetidos ao teste de tração. Utilizando-se um microscópio eletrônico de varredura marca Jeol brand, model JSM LV foi avaliada a morfologia das superfícies de fratura dos compósitos. RESULTADOS E DISCUSSÃO Os compósitos obtidos foram caracterizados mecanicamente sob tração e resistência ao impacto a fim de observar a influência da concentração de pós da fibra do coco nas propriedades mecânicas. A Tab.1 apresenta os resultados referente à Módulo Elástico, Deformação na Ruptura, Tensão na Força Máxima e Impacto para as formulações analisadas. Tabela 1- Propriedades mecânicas do compósito Material Módulo (Mpa) Def. Rup (%) Ten. FM (Mpa) Impacto (J) PEAD PURO 908,21 ± 117,37 351,83 ± 106,94 21,96 ± 1,53 0,295 ± 0,09 PEAD + 60% FC 1150,28 ± 188,63 3,20 ± 0,31 14,32 ± 069 0,102 ± 0,01 Na formulação com 60% de pó da fibra de coco pode-se verificar um aumento de 26% do módulo elástico quando comparado ao polímero puro. A adição de uma carga rígida, pó de coco, à matriz polimérica pode restringir a sua mobilidade e deformação resultando no aumento do módulo elástico, este comportamento também foi evidenciado em outros estudos (8). A deformação na ruptura foi bastante reduzida com a adição de pó de coco, ficando 110% abaixo do polímero puro, bem como a tensão na força máxima que reduziu em 35% seu valor. Observou-se também um significativo decréscimo da resistência ao impacto com a adição do teor de carga. Esta propriedade teve um decréscimo de aproximadamente 35% em relação ao polímero puro. Pode-se observar na Fig. 3 (a), espaços vazios na matriz polimérica devido ao arrancamento das partículas de pó durante o ensaio de impacto. Este comportamento é típico em compósitos com baixa adesão entre as fases. 6835

6 Na Figura 3 (b) observa-se uma baixa molhabilidade entre as fibras e a matriz, o que também justifica a redução na resistência à tração do compósito. Para que ocorra uma transferência de esforço da matriz para a carga é necessário que o grau de contato (molhabilidade) e a adesão entre as fases seja satisfatória. Caso contrário, a interface entre as fases pode atuar como um concentrador de tensão fragilizando o material e reduzindo sua resistência a tração. (a) Figuras 3 (a) e (b) - Microscopia da superfície de fratura do compósito (b) CONCLUSÕES O pó da fibra do coco até o momento ganhou grande notabilidade como substrato para a agricultura. No entanto, para produção de compósitos com altas concentrações de pó de coco e matriz de PEAD, verificou-se que a adição desta partícula resulta em um material com maior rigidez e menor resistência a tração. A adesão entre as fases não foi satisfatória, sendo necessário o estudo de outros aditivos e formulações para melhorar a compatibilidade entre os constituintes do compósito estudado. REFERÊNCIAS 1. FARUK, O., BLEDZKI, A. K., FINK, H. P., & SAIN, M., Biocomposites Reinforced with Natural Fibers: , Progress in Polymer Science, 37(11), pp ,

7 2. MARINELLI, A. L., MONTEIRO, M. R., AMBRÓSIO, J. D., BRANCIFORTI, M. C., KOBAYASHI, M., & NOBRE, A. D., Desenvolvimento de Compósitos Poliméricos com Fibras Vegetais Naturais e a Biodiversidade: Uma Contribuição para a Sustentabilidade Amazônica. Polímeros: Ciência e Tecnologia, 18(2), pp , EMBRAPA - Agência Embrapa de Informação Tecnoclógica, 2014, Árvore do Conhecimento Coco Disponível em: gfso 502 wx5ok 0f7mv209jae397.html, acesso em 08 de abril de MAHZAN, S., ZAIDI, A.M., AHMAD, ARSAT N., HATTA, M.N.M, GHAZALI, M.I, Study on sound absorption properties of coconut coir fibre composite with added recycled rubber, Inter. J. of integ. engg., 2(1), 29-34, ABAD, M., NOGUERA, P. Substratos para el cultivo sin suelo y fertirrigación. In: CADAHIA,C. (Coord.) Fertirrigación. Cultivos Hortícolas y Ornamentales. p Madrid Mundi-Prensa, AIREDDY, H., MISHRA, S.C., Tribological behaviour and mechanical properties of bio waste reinforced polymer Matrix composites, J. metal. and Mater. Sci.,53(2), , BRASILEIRO, G. A. M., VIEIRA J. A. R., BARRETO L. S., Use of coir pith particles in composites with Portland cement, Journal of environmental management 131: , SANTOS, M.V. O., AZEVEDO J. B., Caracterização de Polímeros Biodegradáveis para Produção de Compósitos, Caderno de Resumo: 87, 2011, Disponível em: 3%ADcius%20-%20Cst%20Pol%C3%ADmeros.pdf acesso em 19 de setembro de THE COCONUT FIBER POWDER INFLUENCE IN MECHANICAL PROPERTIES OF HIGH DENSITY POLYETHYLENE 6837

8 ABSTRACT The environmental impact problems have encouraged researchers to seek alternatives for sustainability and greater reuse of discarded materials in the post consumption. In this sense numerous studies have been emerged for use of vegetable fibers as reinforcement in polymer matrix products. After processing of coconut pulp, fiber has emerged as a highly profitable activity in the production of by-products ranging from polymer composites, structural reinforcement and handcrafts. The residue also known as fiber powder in a ratio of 60% high density polyethylene and a percentage of 6% compatibilizer and lubricant additives has been researched. It was observed that the addition of coir fiber powder particles resulted in a material with greater rigidity and less resistance to tensile and impact, indicating that the adhesion between the layers was not satisfactory. Key-words: powder coconut fiber, high density polyethylene, polymer composites, sustainability 6838