ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA RADIAÇÃO GAMA NAS PROPRIEDADES MECÂNICAS E TÉRMICAS DE COMPÓSITOS PHB/PÓ DE MADEIRA RECICLADOS

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1 ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA RADIAÇÃO GAMA NAS PROPRIEDADES MECÂNICAS E TÉRMICAS DE COMPÓSITOS PHB/PÓ DE MADEIRA RECICLADOS Nilson C. Pereira 1*, Leila F. de Miranda 1, Mauro C. Terence 1, Miriam L. C. Machado 1, Giovanni P. Dias 1 1 Escola de Engenharia da Universidade Presbiteriana Mackenzie nilpereira@mackenzie.com.br, lfmiranda@sti.com.br, mterence@mackenzie.com.br, miriamlucia@mackenzie.com.br, giovannipolesel@terra.com.br Study of influence of gamma radiation on mechanical and thermal characterization on the PHB/wood flour recycled composites This work studied the influence of gamma radiation on mechanicals and thermals properties of PHB/Wood flour, from recycled composites (recycling simulation in extruder). The composite was processed with concentration wood flour 10%, 20% and 30%, in polymeric matrix Polyhydroxybutyrate (PHB). The specimens to the characterization was obtained in injection molding and subsequently submitted to gamma radiation. As the composite obtained was application in packing, the dose of radiation chosen was 30KGy. In comparation with the composites not irradiated, the irradiated composites not suffer significant alterations, concluding that these materials could be applied to packing, without damage in its properties when sterilized by this method. In future works suggest the continue study of radiolitic stability to verify the effect of gamma radiation to PBH/wood flour composites in doses over of sterilization dose, with objective to verify from doses will occur alterations. Introdução: Atualmente, os polímeros participam de diversos segmentos industriais, tais como, embalagens, têxteis, automobilístico, eletro-eletrônico, entre outros. No Brasil, ao longo dos últimos trinta anos, a indústria de polímeros adquiriu um importante status em termos de produção. O setor de embalagens é o que mais se destaca na utilização de polímeros, sendo que, no Brasil, aproximadamente 30% das resinas plásticas consumidas destinam-se à indústria de embalagens. A indústria automobilística consome cerca de 20% das resinas, enquanto que a eletro-eletrônica, a de construção e a têxtil consomem cerca de 15% cada uma. O restante do consumo destas resinas (5%) distribui-se em outros tipos de indústria (ROSA, 2003). Os problemas decorrentes da poluição ambiental gerada pelo resíduo plástico têm levado a comunidade científica a refletir sobre alternativas possíveis para os mesmos. Para o gerenciamento de resíduo plástico produzido em sociedade, são propostas as seguintes soluções: reciclagem, incineração ou uso de polímeros biodegradáveis (ROSA, 2003).

2 Apesar dos polímeros biodegradáveis ainda não serem muito utilizados, este cenário tende a mudar-se rapidamente. A mistura dos polímeros biodegradáveis entre si e com outros polímeros naturais ou outros tipos de materiais biodegradáveis e de baixo custo abre a possibilidade de se obter melhores propriedades físicas, melhores condições de processamento e menor custo. (BALTIERI et al.,1999). A fonte de matéria-prima utilizada para produção de PHB, o açúcar de cana, é um material renovável, ajudando a estabelecer um sistema cíclico e equilibrado, próximo aos sistemas naturais. Além disso, sua larga produção no Brasil torna o produto final altamente competitivo nos mercados internacionais e a produção do material ajuda na diversificação de negócios para os produtores de cana-de-açúcar, possibilitando a geração de mais riquezas e empregos para o país (IPT, 2003). Uma maneira de modificar as propriedades do PHB, que é duro e quebradiço, é a incorporação de cargas na preparação de compósitos, utilizadas para melhorar a rigidez e a resistência mecânica da matriz. A partir de resultados obtidos por CARASCHI et al (1999), concluiu-se que o amido pode ser utilizado de maneira satisfatória como reforço de PHB, uma vez que a sua incorporação no PHB levou a resultados promissores em relação à melhoria das propriedades mecânicas deste e que o teor máximo de carga é cerca de 20% em massa, sendo verificado, acima deste teor, o decréscimo das propriedades mecânicas. Quanto aos compósitos de PHB reforçados com lignina e bagaço de cana de açúcar, essas cargas apresentaram-se inferiores ao amido com relação às propriedades mecânicas avaliadas. As propriedades mecânicas foram avaliadas pela resistência à tração na ruptura, resistência à flexão, alongamento na ruptura e módulo de elasticidade. Sabe-se que os materiais poliméricos estão sujeitos à ação de diversos agentes que provocam alterações em sua estrutura. Tais agentes como: luz, calor, substâncias químicas, espécies biológicas, tensões mecânicas e radiações de alta energia podem provocar uma alteração das propriedades físicas e químicas, num processo que é denominado degradação. Certos autores (SCHNABEL, 1981; JELLINEK, 1983) definem a degradação, como mudanças nas propriedades físicas e químicas do polímero, provenientes da cisão de ligações da cadeia principal da macromolécula, a qual leva à diminuição da massa molecular do polímero. A formação de ligações cruzadas entre as cadeias poliméricas, que leva ao aumento da massa molecular, também considerado um fenômeno de degradação. Essa definição se aplica aos biopolímeros, contudo, nesse caso, é estendida, de maneira a

3 incluir a alteração de estruturas, mesmo sem cisão de ligações, pois esta pode levar a uma perda de funcionalidade dos biopolímeros, em um processo denominado desnaturação que, desse modo, também é considerado como um tipo de degradação biopolimérica. As radiações de alta energia são importantes agentes de modificação polimérica e têm grande importância industrial, por exemplo, em esterilização de artefatos médicos e farmacêuticos, muitos dos quais são constituídos por polímeros. Outro exemplo é a reticulação, induzida por radiação ionizante, de fios e cabos para a indústria elétrica e automobilística. Este trabalho tem por objetivo pesquisar como a radiação gama influencia as propriedades mecânicas e térmicas dos compósitos PHB/pó de madeira reciclados. Os compósitos irradiados foram caracterizados pelos seguintes ensaios: resistência à tração, impacto IZOD, dureza Shore D e Temperatura de Deflexão Térmica sob Calor (HDT). Experimental: Materiais e Métodos: Os materiais utilizados na preparação dos compósitos foram: - Polihidroxibutirato (PHB) obtido na Indústria PHB Indutrial S/A, localizada em Serrana, Estado de São Paulo. - Pó de Madeira obtido a partir da serragem e trituração de madeiras, em especial o Pinnus Eliottis, fornecido pela Indústria Pinhopó Moagem de Madeira Ltda. Foram preparados compósitos PHB/pó de madeira com as seguintes porcentagens de carga (pó de madeira): 10%, 20% e 30%. As misturas foram processadas por calandragem com temperatura de processamento de aproximadamente 170 C. A seguir as misturas foram trituradas em moinho de facas e processadas por extrusão, a 150 C. e secadas em estufa a temperatura aproximada de 60 C, durante um período mínimo de 2 horas. Cada um dos compósitos obtidos foi reprocessado duas vezes na extrusora. Para os ensaios de caracterização dos materiais foram obtidos corpos de prova por injeção. Os corpos de prova obtidos foram enviados ao Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares IPEN, para serem irradiados. Os corpos de prova foram irradiados com uma dose de 30kGy com uma taxa de dose de 1,2kGy/h em uma fonte de 60 Co tipo panorâmica.

4 Foram realizados ensaios de resistência à tração, resistência ao impacto, dureza e HDT (Temperatura de Deflexão Térmica), de acordo com as normas ASTM D-638, ASTM D-256, ASTM D-2240 e ASTM D-48-96, respectivamente. Resultados e Discussão Ensaios de resistência à tração Foram realizados ensaios em cinco corpos de prova, obtendo-se a média dos valores e o desvio padrão. A tabela 1 apresenta os resultados para o PHB puro e para os compósitos (PHB com 10%, 20% ou 30% de pó de madeira). Tabela 1: Resultados dos ensaios de resistência à tração para corpos de prova irradiados. Tensão máxima na ruptura (MPa) Valores médios e desvio padrão 26,98 26,52 24,65 27,37 25,84 23,70 28,32 22,16 22,67 1,45 1,08 1,64 2,69 4,35 2,07 1,25 1,61 2,47 Tensão máxima na ruptura (MPa) Valores médios e desvio padrão 25,09 25,69 24,66 2,14 1,49 2,73 Ensaios de Resistência ao Impacto Foram realizados ensaios em dez corpos de prova e calculados os valores médios e os desvios padrões. A tabela 2 apresenta os resultados para o PHB puro e para os compósitos (PHB com 10%, 20% ou 30% de pó de madeira). Tabela 2: Resultados dos ensaios de resistência ao impacto para os corpos de prova irradiados Impacto Energia (J) Valores médios e desvio padrão 0,290 0,342 0,256 0,304 0,312 0,313 0,315 0,297 0,291 0,018 0,029 0,020 0,037 0,030 0,048 0,023 0,036 0,028

5 Impacto Energia (J) Valores médios e desvio padrão 0,268 0,274 0,296 0,049 0,032 0,031 Ensaios de Dureza Foram realizados ensaios em cinco corpos de prova e calculados os valores médios e os desvios padrões. A tabela 3 apresenta os resultados para o PHB puro e para os compósitos (PHB com 10%, 20% ou 30% de pó de madeira). Tabela 3: Resultados dos ensaios de dureza os corpos de prova irradiados Dureza (Shore D) Valores médios e desvio padrão 83,90 83,9 83,6 82,2 85,2 82,0 84,7 84,1 83,2 0,74 0,74 0,55 0,45 1,30 0,71 0,67 1,02 0,27 Dureza (Shore D) Valores médios e desvio padrão 85,0 85,1 84,9 1,00 0,65 1,43 Ensaios de Temperatura de Deflexão Térmica A tabela 4 apresenta os resultados dos ensaios de Temperatura de Deflexão Térmica (HDT) para o PHB puro e para os compósitos (PHB com 10%, 20% ou 30% de pó de madeira). A taxa de aquecimento escolhida foi de 3 C por minuto. Tabela 4: Resultados dos ensaios de Temperatura de Deflexão Térmica (HDT) para os corpos de prova irradiados. HDT Temperatura ( o C) Valores médios e desvio padrão 131,25 129,65 137,4 136,05 133,4 135,4 140,15 135,1 138,6 2,19 1,77 4,81 1,48 0 4,53 0,07 0,99 3,82 HDT Temperatura ( o C)

6 122,90 130,05 122,35 2,40 1,91 1,202 Conclusões: A partir dos resultados obtidos para o PHB puro e seus compósitos irradiados, observa-se que não ocorreram alterações significativas para os vários reprocessamentos, na dose empregada (30 KGy). Comparando-se com resultados obtidos anteriormente (CARMO et al, 2006) de reprocessamento de PHB puro e de compósitos de PHB/pó de madeira preparados da mesma maneira descrita neste trabalho, sem serem irradiados, observa-se que com a dose de irradiação empregada também não ocorreram alterações significativas. Com o objetivo de aplicação em embalagens alimentícias cuja esterilização é realizada com a dose de irradiação empregada neste trabalho (30 KGy), conclui-se que tanto o PHB puro como os compósitos preparados poderão ser esterilizadas por este método, sem prejuízo de suas características mecânicas. Para futuros projetos, sugere-se a continuação do estudo da estabilidade radiolítica, para verificar qual será o efeito da radiação gama para compósitos PHB/Pó de madeira, em dosagens acima da dose de esterilização, com o objetivo de verificar a partir de que doses ocorrerão alterações. Agradecimentos: Ao Fundo Mackenzie de Pesquisa MackPesquisa, pela bolsa concedida ao aluno Giovanni Polezel Dias. À PHB Industrial do Brasil pelo fornecimento do polímero PHB utilizado neste trabalho. À Pinhopó Moagem de Madeira Ltda pelo fornecimento do pó de madeira utilizado neste trabalho. Ao Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares IPEN, pela irradiação das amostras de compósitos PHB/Pó de Madeira.

7 Referências Bibliográficas: ASTM D1415 Determinação de dureza em materiais poliméricos. ASTM D256-90b: Standard test methods for impact resistance of plastics and electrical insulating materials. ASTM D a: Standard method of test for tensile properties of plastics. ASTM D 648: Standard test method for deflection temperature of plastics under flexural load. BALTIERI, R. C.; CARNEIRO, A. L.; MEI, L. H. I. Blendas ambientalmente degradáveis de poli(ácido 3-hidroxibutírico)(PHB) e amido modificado. In: QUINTO CONGRESSO BRASILEIRO DE POLÍMEROS, 3., Águas de Lindóia, CARASCHI,J. C.; LEÃO, A. L. Propriedades mecânicas dos compósitos polihidroxibutirato/amido. In: QUINTO CONGRESSO BRASILEIRO DE POLÍMEROS, 4., Águas de Lindóia, CARMO P.P., PEREIRA N.C., CHIQUETTO M.L., MIRANDA L.F. in Anais do 17º Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais, Foz do Iguaçu, IPT Inovação, Pesquisa e Desenvolvimento. Disponível em: Acesso em: 6 ago JELLINEK, H.H.G. Degradation and Stabilization of Polymers, Elsevier Science Publishing Company Inc., New York, N. Y.: ROSA, D. S.; FILHO, R. P. Biodegradação um ensaio com polímeros. 1ed. Bragança Paulista-Itatiba: Editora Universitária São Francisco, 2003, 112p. SCHNABEL, W. Polymer Degradation - Principles and Pratical Aplications, Hanser International, New York, N.Y.: 1981.