INFLUÊNCIA DA ADIÇÃO DE MICA SOBRE AS PROPRIEDADES DE COMPOSIÇÕES DE NR/SBR

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1 INFLUÊNCIA DA ADIÇÃO DE MICA SOBRE AS PROPRIEDADES DE COMPOSIÇÕES DE NR/SBR Zine, C. L. G, Peres, A.C.C., Visconte, L. L. Y. Caixa Postal 68525, CEP , Rio de Janeiro, RJ, Brasil. Instituto de Macromoléculas Professora Eloisa Mano, Universidade Federal do rio de Janeiro. RESUMO Na busca por produtos de melhor qualidade, muitos artefatos de borracha estão sendo produzidos a partir de misturas de dois ou mais polímeros diferentes. Misturas de borrachas são usadas em composições para pneus, devido a três razões: menor custo, melhor processamento e modificação da performance do produto final. Misturas de borracha natural (NR) e copolímero de estireno butadieno (SBR) vêm sendo utilizadas em composição de banda de rodagem de pneu com esta finalidade. Neste trabalho, os elastômeros foram misturados na proporção de 1:1, tendo como carga a mica variando na faixa de 0 30 phr, com o objetivo de se estudar a influência da adição de mica sobre as propriedades reométricas das composições. As misturas foram feitas em misturador de cilindros Berstorff, com razão de fricção 1:1,25. Os resultados deste estudo mostram que a adição de mica nos teores estudados não influencia o processo de vulcanização da mistura NR/SBR. PALAVRAS-CHAVE: Misturas elastoméricas, SBR, NR, mica e propriedades reométricas. INTRODUÇÃO Em decorrência do desenvolvimento de novos materiais poliméricos, com aplicação comercial e utilidade prática, é muito comum, atualmente, a utilização de misturas de dois ou mais elastômeros. O uso de misturas proporciona um balanço das propriedades desejáveis, além de redução no custo [Coran, 1987]. A habilidade para a produção de misturas que apresentem uma melhor combinação de propriedades em relação aos componentes individuais e o comportamento dessas misturas não podem ser simplesmente considerados em termos do par elastômero/elastômero. Muitos outros fatores, tais como compatibilidade entres os elastômeros, morfologia das fases, dispersão dos agentes de cura e cargas na borracha, aspectos de cura, etc, estão envolvidos e devem ser investigados [Joseph, 1988; Vieira, 1994; Castro, 2002]. Os elastômeros se destacam como uma importante classe de materiais de engenharia e suas propriedades podem ser aumentadas pela adição de certas cargas. Negro de fumo é, sem dúvida, a carga de reforço mais utilizada na indústria de borracha. Porém a crise energética mundial forçou os produtores de artefatos de borracha a substituírem esta carga por cargas minerais, como sílica. Atualmente, com o maior conhecimento do fenômeno de reforço, a sílica tem sido bastante utilizada. O grande problema que esta carga enfrenta é o seu alto custo. Por isso na busca de vulcanizados menos

2 onerosos, novos materiais têm sido usados, substituindo total ou parcialmente as cargas de reforço convencionais [Furtado, 1996]. A mica vem sendo muito utilizada como carga em termoplásticos e termorrígidos, porém em elastômeros seu uso é menos estudado. A importância do emprego da mica em polímeros, de um modo geral, deve-se ao seu baixo custo e abundância no Brasil, além de suas ótimas propriedades de isolamento elétrico e térmico [Escócio et al, 2003; Furtado, 1996]. Praticamente todos os artefatos de borrachas de interesse comercial são sistemas cuja composição compreende uma variedade de produtos, além dos componentes poliméricos, de modo que um número expressivo de variáveis deve ser avaliado para se encontrar a formulação mais adequada a uma determinada aplicação. Além das variáveis introduzidas, como tipo e quantidade de cada um dos aditivos, um outro fator a ser considerado diz respeito à afinidade de cada um destes componentes com a matriz elastomérica e a suscetibilidade de cada uma das borrachas em relação à vulcanização com o sistema de cura usado. Essas diferenças irão determinar o grau de migração dos aditivos para as fases elastoméricas e serão decisivas para o estabelecimento da extensão de reticulação e a morfologia, e terão uma forte influência sobre o conjunto de propriedades finais da mistura [ Castro, 2002; Choi, 2001]. Este Trabalho relata a influência da adição de mica, nos teores de 0,, 20 e 30 phr, sobre as propriedades reométricas das composições de borracha natural (NR), copolímero de butadieno e estireno (SBR 1502) e mistura de NR/SBR na proporção de 1/1 em peso. MATERIAIS E MÉTODOS NR, tipo GEB1, fornecida pela Braslátex Indústria e Comércio de Borrachas Ltda, e SBR 1502 fornecida pela Petrofex Indústria e Comércio S.A. foram usadas sem tratamento. Os aditivos comerciais, tais como enxofre, óxido de zinco, ácido esteárico, TBBS (N-t-butil-2-benzotiazol sulfenamida), óleo naftênico e octamine (4, 4 -diocti-difenil amina) foram utilizados como recebidos. A mica (fornecida pela Brasilminas Indústria e comércio limitada) foi seca em estufa a 120 C durante 1 hora antes da etapa de mistura. As composições foram preparadas em misturador de rolos Berstorff, com razão de fricção 1:1,25, a temperatura ambiente, e tempo de mistura de A formulação (em phr) utilizada se encontra na Tabela 1, de acordo com a ordem de adição. Apenas o teor de carga foi variado nas composições. A determinação dos parâmetros reométricos foi feita em reômetro de disco oscilatório da marca Tecnologia Industrial, modelo TI-0, de acordo com a norma ASTM D Os parâmetros de vulcanização avaliados foram: torque mínimo (ML), torque máximo (MH), tempo de pré-vulcanização (ts 2 ) e tempo ótimo de vulcanização (t 90 ). As condições utilizadas para as análises foram: temperatura, 160 C; arco de oscilação, 3 ; e tempo, 1 hora.

3 RESULTADOS E DISCUSSÃO Tabela 1: Formulação empregada nas composições NR/SBR/mica Componentes Teor (phr) NR 50 SBR 50 Ácido esteárico 2 Óxido de zinco 3 Octamine 2,5 Mica 0-30 Óleo naftênico % da quantidade de carga Enxofre 1,5 TBBS 1,1 Nas Figuras 1 e 2, observa-se que em relação às composições das borrachas puras, os menores valores de t 90 e t s 2 apresentados pela NR confirmam a maior reatividade desta borracha para a formação de ligações cruzadas, comparadas a SBR. Isto porque a borracha natural possui um maior número de hidrogênios alílicos na sua estrutura, que são atacados mais facilmente pelos radicais de enxofre do sistema de vulcanização [Sung-Hyo,1996]. E interessante notar, que a adição de mica praticamente não influencia o t 90 das composições com NR, nos teores de carga estudados. Já para as composições com SBR, o aumento do teor de carga proporcionou um aumento destes parâmetros, o que indica um efeito retardador da mica. As diferenças nos parâmetros reométricos com as diferentes borrachas podem ser atribuídas às características peculiares de cada uma, haja visto que todos os outros parâmetros são mantidos constantes. Isto sugere o desenvolvimento de interações entre a mica e a SBR. A borracha SBR possui unidades repetidas de estireno que contém anéis aromáticos que apresentam uma certa polaridade e a mica é uma carga polar. Em relação às composições da mistura NR/SBR, todas apresentam valores de t 90 intermediários aos das composições com as borrachas puras. A adição de mica não exerce influencia na vulcanização da mistura. Tempo ótimo de vulcanização(min) Teor de mica (phr) Figura 1: Tempo ótimo de vulcanização (t 90 ) das composições em função do teor de mica. Tempo de prévulcanização (min) Teor de mica (phr) Figura 2: Tempo de pré-vulcanização (t s 2) das composições em função do teor de mica.

4 O torque mínimo está relacionado com a viscosidade das composições não vulcanizadas e está apresentado na Figura 3. Comparando-se as composições das borrachas puras, as com SBR apresentam maiores valores de ML, que é atribuído à menor mobilidade das cadeias deste elastômero. As misturas NR/SBR apresentam valores intermediários aos das composições com as borrachas puras. Estas misturas são processadas com mais facilidade, comparadas às composições de SBR, pois apresentam menores valores de ML. O aumento do torque mínimo com o aumento do teor de carga indica que a presença da mesma na matriz de borracha restringe a mobilidade das cadeias elastoméricas. O efeito é mais evidente no caso das composições com NR. As demais praticamente não apresentam variação em presença de carga. Com relação ao torque máximo, apresentado na Figura 4, o aumento deste parâmetro pela adição de carga é um efeito esperado e está relacionado ao aumento da rigidez da matriz elastomérica após a vulcanização. Esta maior rigidez pode ser devido tanto à presença da carga, quanto à formação de um maior número de ligações cruzadas (químicas e/ou físicas). Torque Mínimo (N.m) Composição Teor de mica 0 phr phr 20 phr 30 phr Torque Máximo (N.m) Composição teor de mica 0 phr phr 20 phr 30 phr Figura 3: Torque mínimo das composições em função do teor de mica. Figura 4: Torque máximo das composições em função do teor de mica. Para as composições com a borracha SBR isolada, este comportamento não é observado. A adição de phr de mica promove um leve aumento deste parâmetro, que diminui com 20 phr e volta a aumentar com 30phr de carga, porém apresenta menor valor comparado à composição sem carga. CONCLUSÕES As composições das misturas NR/SBR apresentam menores tempos de vulcanização, comparados aos das composições de SBR pura, o que é favorável para maior produtividade destes materiais. A adição de mica até 30 phr não influencia o tempo de vulcanização da mistura NR/SBR, conseqüentemente não diminui a produtividade deste material.

5 Outra vantagem da mistura NR/SBR em relação à composição com SBR pura, diz respeito a processabilidade mais fácil da mistura que está relacionada com menores valores de torque mínimo. A adição de mica até 20 phr não interfere na processabilidade da mistura. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem à Fundação de Amparo à Pesquisa do estado do Rio de Janeiro (FAPERJ) pelo apoio financeiro, à professora Regina Célia Reis Nunes pela colaboração para realização deste trabalho e à Teadit Industria e Comércio Ltda. Pelas análises de reometria. REFERÊNCIAS [1] Castro, D. F.; Modos de preparação de Composições NR/BR com mica e seu efeito sobre as propriedades, Tese de Mestrado,Instituto de Macromoléculas Universidade Federal do Rio de Janeiro, [2] Choi, S. S.; Preblending effect of biblends on properties of the carbon black-filled rubber compounds, Korea polymer Journal, v. 9, nº1, p , [3] Choug, S.; Chang,D.; Kinetics of sulfur vulcanization of NR, BR, SBR, and their blends using a rheometer and DSC, Journal of Applied Polymer Science, v. 61, p ,1996. [4] Coran, A.Y.; Thermoplastic Elastomers ; editado por N.R. Leege, G. Holden, e H.E. Shoeder; Hanser Publishers, New York, capítulo 7, 1987 [5] Escócio, V. A.; Martins, A.. F.; Visconte, L. L.Y., Nunes, R.C.R.; Influência da mica nas propriedades mecânicas e dinâmico-mecânicas de composições de borracha natural, Polímeros: Ciência e Tecnologia, v. 13, nº 2, p , [6] Furtado, C. R. G. Substituição Parcial de Negro de Fumo e Sílica por Mica em Composições Elastomérica de SBR, Tese de Doutorado, Instituto de Macromoléculas - Universidade Federal do Rio de Janeiro, [7] Joseph, R., George, K. E.; Samad, E. E. E.; Francis, D. J.; Effect of blending techniques on curing of elastomer blends, Die Angewandete Makromolekulare Chemie, v. 163, p , [8] Vieira, A.; Compósitos elastoméricos de borracha natural e polibutadieno com carga celulósica, Tese de Mestrado,Instituto de Macromoléculas Universidade Federal do Rio de Janeiro,1994. INFLUENCE OF MICA ADDITION ON PROPERTIES OF NR/SBR COMPOSITION. ABSTRACT In the search for the optimum product properties, most rubber goods are manufactured using blends of two or more dissimilar polymers. Elastomer blends are used in tire rubber for three reasons: the compound cost may be lowered; during production, the tire may be more easily fabricated in the complex

6 shaping, forming, and building operations used to make a tire; the final product performance can be modified beneficially. Natural rubber and styrene-butadiene copolymer have long been blended for these reasons. In this work, the elastomers in a 1/1 ratio (w/w) was blended with mica in the range 0-30 phr, with the objective to study the influence of mica addition on rheometric properties. The blends were prepared on a two-roll mill, with friction ratio of 1:1,25. This study shows that the addition of mica does not influence the process of vulcanization in NR/SBR blends. KEY-WORDS: Elastomer blends, SBR, NR, mica and rheometric properties.