PREPARAÇÃO DE BLENDAS DE POLIESTIRENO/COMPOSTO DE BORRACHA RECICLADA (SBRr)

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1 PREPARAÇÃO DE BLENDAS DE POLIESTIRENO/COMPOSTO DE BORRACHA RECICLADA (SBRr) * 1 D. F. da Silva; 1 C. B. B. Luna; 1 E. M. Araújo; 1 T. J. A. de Melo; 2 A. D. de Oliveira 1 Universidade Federal de Campina Grande - Departamento de Engenharia de Materiais, Av. Aprígio Veloso, 882, CEP , Campina Grande-PB, Brasil. 1* divaniaf@yahoo.com.br 2 Universidade Federal de São Carlos - Departamento de Engenharia de Materiais, São Carlos-SP, Brasil. RESUMO Blendas poliméricas obtidas de polímeros com diferentes propriedades físicas permitem melhorar as propriedades do material por meio de uma combinação de cada componente do sistema. O objetivo deste trabalho foi preparar blendas de poliestireno (PS)/composto de borracha reciclada (SBRr) e avaliar o efeito do compatibilizante copolímero de estireno-butadieno-estireno (SBS) nas propriedades da blenda. As blendas foram preparadas uma extrusora dupla rosca corrotacional e as caracterizações foram realizadas por meio de ensaios: mecânicos (tração e impacto), termomecânicos (HDT). Os resultados mostraram que a resistência ao impacto, o módulo de elasticidade e a temperatura de deflexão térmica das blendas compatibilizadas tiveram aumentos com relação ao poliestireno. Estas blendas representam uma boa perspectiva de aplicação destes rejeitos industriais na tenacificação do PS, minimizando o efeito nocivo sobre o meio ambiente e agregando valor a um material que seria descartado. Palavres-chave: blendas, poliestireno, SBS, borracha reciclada. 1 INTRODUÇÃO As blendas poliméricas são materiais originários da mistura de pelo menos dois polímeros e/ou copolímeros com o objetivo de se obter propriedades desejadas. As blendas de polímeros com diferentes propriedades físicas permitem melhorar as propriedades do material por meio de uma combinação de cada componente do sistema. Entretanto, misturar dois polímeros imiscíveis é um grande problema, pois os materiais resultantes da mistura são dificilmente processados, extrudados ou injetados, além de serem muito quebradiços (1). Misturas de polímeros têm sido muito estudadas ultimamente, porém, mais atenção tem sido dada as blendas binárias sem

2 compatibilizantes e compatibilizadas por agentes interfaciais adequados. Recentemente as misturas ternárias tem recebido muita atenção, com o propósito de desenvolver novos materiais para o mercado e avaliar se os resíduos industriais com muitos componentes têm valor para serem reciclados. O Poliestireno é um dos polímeros mais utilizados na indústria de transformação de plásticos devido às suas características de facilidade de processamento e baixo custo. Entretanto, o PS possui propriedades mecânicas de resistência e ductibilidade limitadas. Para contornar esse problema, a principal técnica utilizada pelas indústrias de polímeros tem sido sua tenacificação com elastômeros, que pode ser feita através da preparação de blendas com elastômeros (2). O copolímero de estireno-butadieno (SBR) é um elastômero que possui boa resistência à abrasão e à água do mar, boas propriedades a baixas temperaturas e são largamente empregados na indústria de artefatos em geral, como em peças mecânicas, forros de carpetes, em solas de calçados, adesivos e modificadores de asfalto (3). A possibilidade de alterar as propriedades de um polímero por meio da adição de outros polímeros com custos menores do que os de alterar o processo de polimerização e realizar reações químicas adicionais ou sintetizar um novo polímero torna a blenda uma estratégia bastante atrativa para a indústria (4). A incorporação de elastômeros como modificadores de impacto é um dos métodos mais utilizados para a melhoria de tenacidade de polímeros frágeis e pode dar-se por mistura mecânica ou por polimerização do polímero vítreo na presença do componente elastomérico, obtendo-se um copolímero do tipo enxertado. São condições essenciais para a obtenção de misturas com alta resistência ao impacto: a temperatura de transição vítrea do componente elastomérico deve ser bem abaixo da temperatura ambiente; a borracha deve formar uma segunda fase dispersa na matriz vítrea; deve haver uma boa adesão entre as fases (4). Este trabalho teve o objetivo de preparar blendas de Poliestireno/composto de borracha reciclada (SBRr), utilizando o SBS como agente compatibilizante, visando o reaproveitamento de um material descartado e a obtenção de materiais com boa tenacidade. MATERIAIS E MÉTODOS Materiais

3 Poliestireno cristal, sob o código 158K, na forma de grânulos, adquirido da Unigel S.A., que apresenta como característica principal excelente propriedade de brilho, transparência e adequado à moldagem por extrusão e injeção. Copolímero tribloco linear (SBS), sob o código Kraton D1101B, baseado em estireno e butadieno contendo 31% de poliestireno, na forma de grânulos adquirido da Activas S.A. Composto de borracha de estireno-butadieno, na forma de pó de cor preta, passado em peneira 35 mesh, provenientes da indústria de calçados São Paulo Alpargatas S.A. da região de Campina Grande/PB. Este composto é constituído de uma mistura complexa de SBR (copolímero de estireno-butadieno), cargas, aditivos de processamento, agentes de cura e estabilizantes. PREPARAÇÃO DAS BLENDAS Os polímeros puros e as misturas poliméricas foram processados em uma extrusora de rosca dupla corrotacional ZSK 18 mm da Coperion Werner-Pfleiderer do Laboratório de Engenharia de Materiais da UFCG, com perfil de temperatura de 190ºC para as duas primeiras zonas e 200ºC nas demais, velocidade de 250rpm e taxa de alimentação de 4kg/h. As proporções estudadas foram: (70/30, 60/40, 50/50) e /SBS (67,5/27,5/5; 57,5/37,5/5 e 47,5/47,5/5). Após extrusão, o material foi submetido ao processo de moldagem por injeção em injetora Fluidmec, modelo H3040 pertencente ao mesmo laboratório. Os corpos de prova de tração, impacto e HDT foram moldados numa temperatura de 180ºC na zona 1 e 190ºC na zona 2, com temperatura do molde de -40ºC e ciclo de injeção de 25s. CARACTERIZAÇÃO DAS BLENDAS Resistência à tração Os corpos de prova moldados por injeção foram ensaiados utilizando uma Máquina de Ensaio Universal EMIC DL 2000, com capacidade de 50kN. Foram ensaiados cinco

4 corpos de prova em temperatura ambiente de cada um dos sistemas em estudo, com uma velocidade da travessa de 5,0 mm/min., segundo a norma ASTM D638. Ensaio sob impacto Os ensaios sob impacto foram realizados em corpos de prova entalhados tipo Izod, segundo a norma ASTM D256, em um equipamento Ceast modelo Resil 5.5 operando com martelo de 2,75J e os resultados foram analisados a partir de uma média de cinco corpos de prova. Temperatura de deflexão térmica A temperatura de deflexão térmica (HDT) foi obtida, conforme a norma ASTM D 648, em um equipamento Ceast, modelo HDT 6 VICAT, com uma tensão de 1,82 MPa, taxa de aquecimento de 120 C/h (método A). A temperatura foi determinada após a amostra ter defletido 0,25 mm. Uma série de cinco amostras foi ensaiada. RESULTADOS E DISCUSSÃO A Fig. 1 ilustra os valores de resistência ao impacto das amostras de PS puro, das blendas binárias e ternárias. Na Fig. 1, observa-se que as blendas 70/30, 60/40 e 50/50 estão de acordo com a literatura, ou seja, com o aumento do teor do elastômero na mistura a resistência ao impacto aumenta. O melhor resultado da blenda na proporção 50/50 em relação as blendas 70/30 e 60/40 pode ter sido devido ao maior teor de elastômero. Durante o processamento, este teor causa maior número de colisões com aglomerações das partículas obtendo-se tamanhos de partículas provavelmente maiores que as proporções 70/30 e 60/40 e, portanto, capaz de absorver melhor a energia de impacto (5). A blenda /SBS na proporção 47,5/47,5/5%, obteve o melhor resultado com um aumento de aproximadamente 270% em relação ao PS puro. Observa-se que o aumento do teor de elastômero na mistura 47,5/47,5/5% e a adição do SBS melhorou a resistência ao impacto, pois os copolímeros em bloco de estireno-butadieno, especialmente os triblocos, por apresentarem propriedades similares a borracha vulcanizada, ou seja, alta resistência a tração, alta elongação na ruptura e rápida recuperação, tem alto potencial como modificadores de impacto do poliestireno (6)

5 Tensão máxima no escoamento (MPa) 60/40 50/50 70/30 /SBS 67,5/27,5/5 PS/SBr/SBS 57,5/37,5/5 /SBS 47,5/47,5/5 PS PS 70/30 60/40 50/50 Resistência ao impacto (J/m) /SBS 67,5/27,5/5 /SBS 57,5/37,5/5 /SBS 47,5/47,5/5 21º CBECIMAT - Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais Materiais Figura 1: Resistência ao impacto de todos os materiais. A Fig. 2 ilustra a tensão máxima no escoamento do PS puro, das blendas binárias e ternárias. A tensão máxima no escoamento está relacionada com a morfologia, tamanho dos domínios e a homogeneidade da blenda. Tamanhos de partícula menores refletem um incremento na tensão máxima devido à maior transferência de carga entre as fases. Observa-se então na Fig. 2 que todos os valores da resistência à tração foram abaixo daqueles obtidos para o PS puro. Isto está relacionado à estrutura química do PS que possui anéis aromáticos em sua cadeia lateral que conferem rigidez a este polímero tornando-o um polímero vítreo (5-7) PS Materiais Figura 2: Tensão máxima no escoamento de todos os materiais

6 HDT ( C) PS 70/30 60/40 50/50 /SBS 67,5/27,5/5 /SBS 57,5/37,5/5 /SBS 47,5/47,5/5 A Fig. 3 apresenta os dados de temperatura de deflexão térmica do PS, das blendas binárias e ternárias com 5% do compatibilizante SBS. A determinação da temperatura de deflexão térmica (HDT) pode ser utilizada para avaliar a compatibilidade dos sistemas poliméricos de forma semelhante às propriedades mecânicas (8). A HDT do PS foi de 80 C e de todas as blendas ficou na faixa de 65 a 76ºC. Verifica-se que o valor máximo para a HDT foi de 80 C para o PS e o menor valor de 65 C para a blenda binária na proporção de 50/50. Os resultados na Fig. 3 evidenciam que todas as misturas ficaram com HDT abaixo do PS. Isto pode ser atribuído ao fato do PS puro ser caracterizado como um material rígido, e possivelmente necessitando de uma maior temperatura para que o corpo de prova sofra deflexão. Efeito semelhante na queda da HDT com o aumento do teor de elastômero foi observado por Pereira et al. (9), utilizando o polipropileno reciclado. Nota-se que as blendas binárias e ternárias com o PS ratificam a teoria, ou seja, o aumento do teor de elastômero proporcionou uma queda da HDT, pois as blendas tornaram-se mais flexíveis, necessitando de uma menor temperatura para que o corpo de prova sofra deflexão, ainda assim este resultado é interessante do ponto de vista tecnológico, pois a queda não foi tão grande em relação ao PS puro (10). 21º CBECIMAT - Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais Materiais Figura 3: Temperatura de deflexão térmica (HDT) de todos os materiais

7 Conclusões Blendas de PS/composto de borracha reciclada foram produzidas. A resistência ao impacto tanto para as blendas binárias quanto para as ternárias aumentou expressivamente em relação ao PS puro e este aumento foi maior para as blendas ternárias, indicando o efeito positivo do compatibilizante SBS utilizado. Quanto aos resultados do ensaio de tração, ficou evidenciado que no geral a resistência à tração de todas as blendas reduziu quando comparado ao PS puro, devido à adição de uma fase dispersa flexível e tenaz como o SBRr. Com relação ao comportamento termomecânico, a blenda binária 70/30 foi a mais interessante do ponto de vista tecnológico, uma vez que o valor obtido está próximo ao do PS e não houve uma grande perda da HDT. Estas blendas representam uma boa perspectiva de aplicação destes rejeitos industriais na tenacificação do PS, minimizando o efeito nocivo sobre o meio ambiente e agregando valor a um material que seria descartado. Referências 1. VOSSEN, C. A. Nanocompósitos de ABS/PA e Argila Organofílica. Dissertação de Mestrado em Engenharia Metalúrgica e de Materiais, Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, 88 f., Luzinov I.; Pagnoulle R.; Jérôme R. Dependence of phase morphology and mechanical properties of PS/SBR/PE ternary blends on composition: transition from core shellto triple-phase continuity structures, Polymer, v. 41, P , LIBIO I. C. Efeito de Agentes de Compatibilização em Blendas de PS/EPDM. Dissertação Mestrado em Química, Universidade Federal de Caxias do Sul, Instituto de Química, Porto alegre, BRYDSON, J. A. Rubber material and their compounds, Elsevier Applied Science, London - New York, BLAZEK G. R. Estudo da blenda poli(3-hidroxibutirato)/poli(etileno glicol). Dissertação de Mestrado em Engenharia de Materiais, Departamento de Engenharia Metalúrgica e Materiais da Escola Politécnica da USP, São Paulo, RIBEIRO, V. F., DOMINGOS JR, N. S., RIEGEL I. C. Estudo da recuperação das propriedades de poliestireno de alto impacto (HIPS) através da incorporação de borracha termoplástica tipo estireno-butadieno-estireno (SBS), Polímeros v. 22, n. 2, São Carlos,

8 7. BLAZEK G. R. Estudo da blenda poli(3-hidroxibutirato)/poli(etileno glicol). Dissertação de Mestrado em Engenharia de Materiais, Departamento de Engenharia Metalúrgica e Materiais da Escola Politécnica da USP, São Paulo, VERONESE, V. B. Desenvolvimento e Avaliação de Misturas de Poliestireno (PS) e Copolímero em Bloco Estireno-Butadieno-Estireno (SBS). Dissertação de Mestrado, Centro de Ciências e Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre-RS, PEREIRA N. C.; BARBOSA A. A.; MILITÃO R. A. Fabricação de Tubos e Perfis Termoplásticos Reforçados, a Partir de Polímeros Reciclados, Para Atender à Comunidade de Baixa Renda, em Aplicações na Construção Civil ou Agricultura, Disponível em: < Acesso em: 22 mar LUNA C. B. B.; SILVA D. F.; ARAÚJO E. M. Estudo do comportamento mecânico e reológico de blendas de e /S, Revista Iberoamericana de Polímeros, v 15, n. 2, p , PREPARATION OF POLYSTYRENE/COMPOUND BY RECYCLED RUBBER (SBRr) BLENDS ABSTRACT Polymer blends obtained from polymers with different physical properties allow to improve the properties of the material through the combination of each component of the system. The objective of this work was to prepare blends of polystyrene (PS)/recycled rubber compound (SBRr) and evaluate the effect of compatibilizer copolymer of styrenebutadiene-styrene (SBS) in the blend properties. The blends were prepared in a twin screw extruder corrotacional and characterizations were: mechanical tests: (tensile and impact), thermomechanical (HDT). The results showed that the impact strength, elastic modulus and heat deflection temperature of compatibilized blends had increased relative to polystyrene. That these blends are a good prospect of application of these industrial wastes on the toughness of the PS, minimizing the harmful effects on the environment and adding value to a material that would be discarded. Keywords: blends, polystyrene, SBS, recycled rubber