POLIPROPILENO RECICLADO REFORÇADO POR FIBRAS DE PIAÇAVA: PROPRIEDADES MECÂNICAS

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1 POLIPROPILENO RECICLADO REFORÇADO POR FIBRAS DE PIAÇAVA: PROPRIEDADES MECÂNICAS S. G. Nunes 1,2*, T. E. Borges 1, L. V. da Silva 2, S. C. Amico 2, F. D. R. Amado 1, D. D. Damm 1. * stephaniegnunes@hotmail.com 1 - Universidade Estadual de Santa Cruz (UESC) 2 - Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) RESUMO Este trabalho tem como objetivo utilizar fibras de piaçava (FP) para reforçar polipropileno reciclado (PPr) utilizando polipropileno funcionalizado com anidrido maleico (MAPP). Formulações, com variação no teor de FP (1, 2 e 3%) e MAPP ( e 1%), foram extrusadas e moldadas por injeção para caracterização por ensaios mecânicos. Os compósitos com 3% de FP apresentaram melhores propriedades em tração (resistência: 26,2 MPa), flexão (resistência: 45 MPa) e dureza (7 Shore D), porém menor resistência ao impacto (7,11 kj/m 2 ). Comprovou-se por microscopia que o MAPP, na proporção de 1%, promoveu uma melhor adesão interfacial fibra/matriz. Em geral, conclui-se que a utilização de FP como reforço em matriz de PPr é uma maneira eco-eficiente de reduzir resíduos sólidos, apresentando potencial para ser utilizada como matéria-prima para a produção de elementos construtivos da construção civil e arquitetura, embora análises complementares e de viabilidade econômica sejam ainda necessárias. Palavras-chave: Fibra de Piaçava, PP Reciclado, MAPP, sustentabilidade. 1 INTRODUÇÃO Com a evolução da ciência & tecnologia e a ascensão do mercado consumidor, a quantidade de resíduos sólidos apresenta um contínuo crescimento mundial e seu destino tem se tornado uma preocupação constante em todos os setores [1]. De acordo com o Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA) [2], a disposição 2375

2 inadequada desses resíduos constitui ameaça à saúde pública e agrava a degradação ambiental, comprometendo a qualidade de vida das populações. Na fabricação de compósitos poliméricos, é possível o uso simultâneo de dois ou mais resíduos, sendo um deles com função de matriz e o outro, de reforço. Porém, a incompatibilidade entre eles é uma das principais barreiras para a efetiva aplicação desses compósitos. Para minimizar esta dificuldade, pesquisadores [3,4] propõem a utilização de agentes compatibilizantes, que diminuem as tensões interfaciais e melhoram a adesão entre as fases, consequentemente influenciando as propriedades mecânicas deste compósito. Este trabalho tem como objetivo o preparo e a caracterização de compósitos poliméricos, utilizando insumos de polipropileno PP reciclado (PPr), fibra de piaçava in natura (FP) e anidrido maleico funcionalizado com polipropileno (MAPP), visando o desenvolvimento de elementos construtivos da indústria da construção civil e arquitetura, contribuindo para a diminuição do passivo ambiental. 2 MATERIAIS E MÉTODOS O PP reciclado (PPr) utilizado neste trabalho foi oriundo de coletas realizadas de descartes ocorridos dentro e fora da Universidade. As fibras de piaçava foram fornecidas por uma Cooperativa de Produtores Rurais, localizada no município de Nilo Peçanha, Bahia. Foi também utilizado um PP quimicamente funcionalizado com um elevado teor de anidrido maleico. Por ser higroscópica, a FP passou por um processo de secagem em estufa com circulação de ar a uma temperatura de 11 ºC por 4 h. Foram preparadas seis composições, conforme descrito na Tabela 1, misturando manualmente os materiais selecionados e processando-os em uma extrusora dupla rosca para posterior injeção no formato de corpos de prova (CP s) para ensaios mecânicos. Ensaio de flexão foi realizado de acordo com a norma ASTM D79 em máquina universal de ensaios modelo 3382, Instron, com célula de carga de 5 kn, velocidade de 2 mm/mim e span 52,32 mm. Ensaio de tração foi realizado na mesma máquina, com velocidade de 5 mm/mim, conforme a norma ASTM D638. Um extensômetro (25 mm de alongamento) foi utilizado para medir a deformação axial. Ensaio de impacto IZOD foi realizado de acordo com a norma ASTM D256, para CP s entalhados, com um pêndulo de 2,75 J. O ensaio de dureza Shore D, com 2 medidas para cada família, seguiu a norma ASTM D

3 Tensão (MPa) Módulo de Flexão (MPa) 21º CBECIMAT - Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais Tabela 1. Nomenclatura das amostras. Código PPr (% em peso) MAPP (% em peso) FP (%em peso) RESULTADOS Flexão As curvas medianas de tensão x deformação em flexão e o módulo obtido estão mostrados na Figura 1. Pode-se observar que a adição da FP fez com que a resistência à flexão aumentasse, sendo a formulação a de maior resistência e a 1.. a de menor. A adição do agente compatibilizante, MAPP, aumentou a resistência do compósito pois promoveu a adesão fibra/matriz. Para a amostra com 1% de fibra com MAPP, observou-se uma baixa resistência (33,7 MPa), devido a uma possível não uniformidade na distribuição das fibras pela baixa concentração na matriz polimérica [5]. Houve aumento no módulo de elasticidade à medida que aumentou a concentração de FP. Porém, o composto 8..2 apresentou um comportamento não esperado, pouco acima do composto Deformação (%) Figura 1. a) Curva Tensão x Deformação do ensaio de flexão; b) Módulo de Flexão das formulações estudadas. Tração A Figura 2 mostra as curvas medianas e valores obtidos de módulo em ensaio de tração. Pode-se observar que a amostra contendo apena PPr, apresentou uma ductilidade muito superior aos compostos contendo FP, e quanto maior o teor de 2377

4 Tensão (MPa) Modulo de Tração (MPa) 21º CBECIMAT - Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais fibra, mais frágil foi o material. Já a resistência à tração cresceu com o aumento do teor de FP, sendo o composto com 3% de FP o de maior resistência (26 MPa). Com relação à formulação 8..2, a presença de FP reduziu a resistência à tração em comparação com a matriz pura. Esse comportamento pode ser explicado pela fraca adesão interfacial entre a FP e a matriz de PPr. Contudo, o módulo de elasticidade aumentou, devido à mobilidade reduzida da matriz polimérica com a incorporação das FP [6]. Sem a presença do compatibilizante a adesão entre as fases é pobre, dessa forma, a fibra age como um defeito. Estes defeitos podem atuar como pontos concentradores de tensão e iniciar possíveis trincas, fragilizando o compósito. Quando a carga é aplicada a tensão do material não se transfere para as fibras, porque estas são praticamente puxadas para fora da matriz [7] Deformação (%) Figura 2. a) Curva tensão x deformação do ensaio de tração; b) Gráfico do Módulo de Elasticidade sob tração. Impacto IZOD A Figura 3 apresenta os valores de resistência ao impacto para as composições estudadas e pode-se observar que o aumento no teor de FP provocou redução dos valores. A matriz polimérica está apresentando a maior absorção de energia ao impacto (1,5 kj/m 2 ) e a formulação com 3% de FP a menor (7,1 kj/m 2 ),similar aà composição sem MAPP. Esse comportamento pode estar relacionado à melhor dispersão da fibra na matriz polimérica, quando adicionada em maiores proporções. Dureza A Figura 4 apresenta os valores de dureza Shore D. Observa-se que houve um aumento dos valores obtidos de dureza à medida que aumentou o teor de FP, sendo 2378

5 Dureza Shore D 21º CBECIMAT - Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais de 62 Shore D para o PPr puro e de 7 Shore D para a formulação contendo 3% de FP. A incorporação da FP na matriz, fez com que aumentasse a rigidez do compósito, elevando assim sua dureza. 12 Resistência ao Impacto (kj/m 2 ) Figura 3. Resistência ao impacto das composições estudadas Figura 4. Resultados de Dureza Shore D. Microscopia eletrônica de varredura (MEV) As superfícies das amostras submetidas ao ensaio de impacto foram analisadas por MEV (Figura 5). Na Figura 5a e 5b, pode-se observar a formulação 8.1.1, onde as fibras de piaçava se encontram bem aderidas e sem deslocamento, com rompimento rente à matriz. Ou seja, as fibras agiram como reforço do material, e quando o compósito falhou houve fratura de fibra. Para a composição (Figura 5c), pode-se notar a presença de alguns vazios, indicado pelas setas amarelas, devido ao arrancamento de algumas fibras que não estavam bem aderidas. Porém, a maior parte das FP continuaram aderidas a matriz. 2379

6 Em comparação com a formulação sem o MAPP (Figura 5f), pode-se observar que a fibra está impregnada na matriz e que a superfície da fibra apresenta um bom molhamento (Figura 5e), o que sugere a eficiência do agente de acoplamento, dessa maneira afetando as propriedades mecânicas dos compostos [8]. Todos os CP s com 1% de MAPP exibiram superfícies de fratura semelhantes. Na Figura 5g e 5h, pode-se ver que aparentemente a distribuição das fibras parece ser mais uniforme na matriz com a presença do MAPP na proporção de 1%. Nas Figuras 5g e 5h, a superfície de fratura do composto 8..2 revelou a existência de espaços vazios (fibras arrancadas durante a ruptura das amostras), indicados pelas setas vermelhas, o que demonstra a pobre interação entre a matriz apolar e a FP polar, assim justificando a diminuição nas propriedades de tração desses compósitos. Figura 5 - Micrografia da superfície de fratura do PPr (a, b - 16, 45); PPr (c, d 55, 2 ) e do PPr (e, f 19, 27); PPr 8..2 (g, h 75, 8). 4 CONCLUSÕES Os ensaios mecânicos mostraram que os compósitos de PPr com 1% de MAPP reforçados com fibras de piaçava (1, 2 e 3%) apresentaram propriedades em tração superiores ao da matriz de PPr pura, sendo a formulação a de maior módulo e resistência à tração e à flexão. A resistência ao impacto IZOD diminuiu com a incorporação da FP, pois as fibras se comportaram como defeito enfraquecendo a coesão do material, dessa forma reduzindo sua capacidade de absorção de energia. A dureza destes compósitos se encontrou dentro da média e 238

7 de acordo com a literatura, sendo o composto com maior teor de FP (6.1.3) o de maior dureza. Na análise morfológica, a partir da análise das imagens obtidas por microscopia eletrônica de varredura, pôde-se comprovar a eficiência do agente de acoplamento utilizado na proporção de 1% no composto, pois nas formulações 8.1.1, e as fibras se encontraram melhor aderidas à matriz, sem a presença de vazios na interface fibra/matriz, dessa forma agindo como reforço na matriz e aumentando as propriedades mecânicas dos compósitos. Com base nos resultados obtidos e nas comparações realizadas com a literatura, pode-se concluir que o desempenho da fibra de piaçava como reforço de matriz de PPr foi satisfatório, obtendo-se boas propriedades mecânicas, e com isso sua utilização como substituta da madeira pode ser favorável e muito promissora, porém análises complementares devem ainda ser feitas para superar algumas limitações desse material e explorar todo o seu potencial, aumentando a confiabilidade dos resultados. 5 REFERÊNCIAS 1. FRAGA, I. M. Aproveitamento de Carepa e E-CAT no Desenvolvimento de Compósitos de Polietileno Reciclado e Modificado com Agentes Oxidantes. 21. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro. 2. CONAMA Resolution nº 38, March 21, 22 Published in the Official Gazette no 144, July 29, 22, section 1, pages (Environmental licensing). 3. PRACHAYAWARAKORN, J.; ANGGULALAT, K. Influence of Meranti Sawdust Aspect Ratios and Amount of Loadings on Mechanical and Morphological Properties of Composites from Polypropylene and Meranti Sawdust. In: Mechanical and Morphological Properties of Composites, Vol. 25 n. o 5 Sep./Oct. Thailand, JESKE, H.; SCHIRP, A.; CORNELIUS, F. Development of a Thermogravimetric Analysis (TGA) Method for Quantitative Analysis of Wood Flour and Polypropylene in Wood Plastic Composites (WPC). in: Thermochimica Acta, p , May. Germany, BORSOI, C. et al. Obtenção e Caracterização de Compósitos Utilizando Poliestireno como Matriz e Resíduos de Fibras de Algodão da Indústria Têxtil como Reforço. Polímeros, vol. 21, nº 4, p ,

8 6. ANTICH, P.; VÁZQUEZ, A.; MONDRAGON, I.; BERNAL, C.. Mechanical behavior of high impact polystyrene reinforced with short sisal fibers. Composites: Part A, v. 37, p Argentina, BETTINI, S. H. P.; ANTUNES, M. C.; MAGNABOSCO, R. Investigation on the Effect of a Compatibilizer on the Fatigue Behavior of PP/Coir Fiber Composites. Polymer Engineering and Science, p , DOI 1.12/pen, Brazil, AWAL, A.; GHOSH, S. B.; SAIN, M. Development and morphological characterization of wood pulp reinforced biocomposite fibers. Journal of Materials Science, p , Toronto, March,29. RECYCLED POLYPROPYLENE REINFORCED WITH PIASSAVA FIBER: MECHANICAL PROPERTIES ABSTRACT This work aims to use the piassava fiber (PF) to strengthen recycled polypropylene (PPr) aided by maleic anhydride functionalized with polypropylene (MAPP). Formulations with variation in the content of FP (1, 2 and 3%) and MAPP ( to 1%) were extruded and injection molded for mechanical tests for characterization. The composites with 3% of FP showed better tensile properties (strength: 26.2 MPa), flexural (strength: 45 MPa) and hardness (7 Shore D), but lower impact strength (7.11 kj/m 2 ). Can be proven by microscopy that the MAPP, proportion of 1%, promoted a better interfacial fiber / matrix adhesion. In general, it is concluded that the use of FP in PPr as reinforcement matrix is an eco-efficient way of reduce solid waste, having potential to be used as feedstock for the production of building elements of construction and architecture, although complementary and economic feasibility analyzes are still needed. Key-Words: Piassava Fiber, Recycled PP, MAPP, sustainability. 2382