TERMOPLÁSTICO CONDUTOR DE ELETRICIDADE A BASE DE POLIANILINA E PÓ DE PNEU RECICLADO.

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1 TERMOPLÁSTICO CONDUTOR DE ELETRICIDADE A BASE DE POLIANILINA E PÓ DE PNEU RECICLADO. Wagner S. Machado 1, Demétrio A. W. Soares 2*, Álvaro A. A. de Queiroz 3, Maria Elena Leyva 4, Márcia G. Oliveira 5, 1 ICE Depto. de Física e Química da UNIFEI wagner_smachado@yahoo.com.br ; 2 Instituto de Ciências Exatas, Depto. de Física e Química, da UNIFEI, CEP , Itajubá/MG werner@unifei.edu.br; 3 ICE Depto. de Física e Química alencar@unifei.edu.br, 4 ICE Depto. de Física e Química da UNIFEI mariae@unifei.edu.br; 5 Divisão de Processamento e Caracterização de Materiais - Instituto Nacional de Tecnologia (DPCM-INT) marciago@int.gov.br Electric Conductive Thermoplastic Based on Polyaniline and Recycled Ground Tire Rubber The blend of ground tire rubber (GTR) and polyaniline composite and polyethylene (PE) was performed by meltmixing in a co-rotating twin-screw extruder. The effects of different composition PE/GRT-PAni on mechanical properties and electric properties were also studied. The blend PE/GRT-Pani 70/30 reveled improved electric conductivity without any observale changes in their mechanical properties. Introdução O descarte da borracha utilizada na fabricação dos pneus de veículos automobilísticos se converteu em uns dos maiores problemas ambientais das últimas décadas. Isto é atribuído ao aumento da produção anual de pneus e ao fato de que estes materiais são termo-rígidos. Outra dificuldade do rejeito de pneus é que estes materiais são resistentes à degradação biológica. (1). Geralmente, quando o pneu é utilizado como material reciclado incorporado como fibra a materiais termoplásticos ele é cortado e convertido em pequenos pedaços de fina granulometria. Este material é comumente chamado de pó de borracha de pneu (PBP). Porém, a incorporação de PBP a materiais termoplásticos usualmente resulta numa diminuição das propriedades mecânicas da matriz termoplástica. (1) Nas ultimas décadas inúmeras pesquisas tem sido dirigidas com o objetivo de dispersar materiais elastoméricos em matrizes termoplásticas visando o aumento da tenacificação dos materiais termoplásticos ou para preparar materiais com características de elastômero termoplástico. (2) A preparação de misturas envolvendo polímeros convencionais e polímeros condutores é uma solução para melhorar a processabilidade dos polímeros condutores, com o objetivo de produzir materiais que mantenham as propriedades elétricas dos polímeros condutores e as boas propriedades mecânicas dos polímeros convencionais. Em anos recentes, a pesquisa preocupou-se muito com a preparação de misturas de PAni com polímeros convencionais. Esta idéia teve êxito

2 produzindo misturas condutoras da eletricidade com propriedades mecânicas e elétricas interessantes. (3) O objetivo principal deste trabalho é preparar um material polimérico termoplástico condutor de eletricidade através da adição de compósito de pó de borracha de pneu (PBP) e polianilina (PAni) ao Polietileno (PE). Experimental Materiais A anilina (grau analítico Merck) foi previamente destilada. O dicromato de potássio (grau analítico Merck). O polietileno (PE) utilizado foi fornecido pela Politeno Brazil. O pó de borracha de pneu (PBP) com um tamanho médio de partícula de µm foi fornecido pelo INT. A todas as misturas foi adicionado o agente antioxidante Irganox B215 fornecido pela Ciba Especialidades Químicas Ltda. Sínteses do compósito condutor PBP-PAni A polianilina foi sintetizada numa dispersão aquosa de pó de borracha de pneu, razão PBP- PAni 1:1 g/g. A síntese de polianilina foi seguida em meio ácido (ácido dodecilbezenosulfônico DBSA) adaptando o procedimento descrito na literatura (3), foi utilizada uma razão 0,5 molar oxidante : anilina. Preparação das misturas As misturas foram preparadas em uma extrusora de rosca dupla co-rotacional interpenetrante Extrusion Brazil Modelo DCR 20:36. Anterior a cada processamento todos os materiais foram secos a vácuo por 24 horas a 70 C. O compósito PBP-PANI foi misturado ao PE nas seguintes composições PE/PBP-PAni 50/50, 60/40, 65/35, 70/30, 75/25, 80/20, 90/10. Para a preparação das misturas todos os materiais foram alimentados em uma única etapa na extrusora. O processo de extrusão foi realizado com perfil de temperatura de , 110, 110, 220 C e rotação da rosca de 350 rpm. O material extrusado foi resfriado em banho de água e posteriormente granulado. As amostras úmidas foram secadas durante 48 horas a 70 C.

3 Caracterização mecânica O índice de fluidez (MFI) de todas as misturas foi determinado segundo a norma ASTM D 1238, a C e com carga de 2,6 kg, numa máquina Tinius Olsen Modelo MP993a. Os corpos de prova utilizados para os testes das propriedades mecânicas, resistência à tração, e deformação na ruptura foram preparados por moldagem por injeção utilizando uma temperatura de C e uma pressão de injeção de 40 bar, a temperatura do molde foi igual à temperatura ambiente e o tempo de resfriamento de 30 segundos. Os ensaios de tração foram realizados segundo a norma ASTM D638, utilizando uma máquina de ensaio EMIC, modelo DL 2000, a uma velocidade de 10 mm/min. Caracterização elétrica As medidas para a obtenção da condutividade elétrica foram realizadas utilizando as técnicas de dois pontos, tipo sanduíche, através de curvas IxV. Os equipamentos utilizados foram: um Eletrômetro 6512, uma Unidade Fonte Medidora 237, um Multímetro 2001, Sistema de chaveamento 7001 com módulo para baixas correntes 7152 e uma caixa de testes 8009, todos da marca Keithley. Resultados e Discussão Na Figura 1 são apresentados comparativamente os valores da resistência à tração e deformação na ruptura da mistura PE/PBP. Resistência à tração [MPa] Deformação na ruptura [%] /0 80/20 75/25 70/30 65/35 60/40 0 Composição de PE/PBP [% em peso] Figura 1. Efeito da concentração de PBP nas propriedades mecânicas da mistura PE/PBP.

4 Observou-se que na medida em que aumenta o teor de PBP na mistura, as propriedades mecânicas diminuem. O que demonstra que a separação de fase durante a mistura assim como a pobre adesão interfacial entre o PBP e a matriz de PE promove uma queda nas propriedades mecânicas. Resultados semelhantes das propriedades mecânicas foram obtidos para a mistura PE/PBP-PAni. Na Figura 2, observou-se que ao aumentar a concentração do compósito PBP-PAni na mistura a condutividade elétrica aumenta e a transição da mistura de isolante a condutora acontece em torno de 15% Condutividade [Scm -1 ] Concentração PBP-PAni [% em peso] Figura 2. Efeito da concentração de PBP-PAni na condutividade elétrica da mistura PE/PBP-PAni. A partir da curva JxE, Figura 3, mediu-se uma condutividade elétrica do compósito PBP- PAni puro, 8, [S.cm -1 ]. Densidade de Corrente [Am -2 ] Linear Regression : J= Jo + σ * E Parameter Value Error Jo σ 8.15E E R = Campo Elétrico Aplicado [Vm -1 ] Figura 3. Curva JxE para determinação da condutividade do compósito PBP-PAni..

5 Portanto, na mistura PE/PBP-PAni 70/30 temos um material condutor de eletricidade, com condutividade de mesma ordem de grandeza que o compósito PBP-PAni puro. Conclusões O compósito condutor obtido através da síntese da polianilina na presença do pó de borracha de pneu (PBP-PAni) é um ótimo aditivo condutor, que incorporado em poliolefinas através de processamento por extrusão permite obter um material condutor de eletricidade sem afetar de maneira considerável as propriedades mecânicas do termoplástico. Permitindo também o reaproveitamento do pneu não recuperável. Agradecimentos Os autores agradecem ao Programa de Desenvolvimento Cientifico Regional (DCR), Processo. No. E-26/ /2005 & E-26/ /2005, CNPQ, CAPES e FAPERJ pelo auxílio financeiro. Referências Bibliográficas 1- C. Jacob, A.K. Bhattacharya, A.K. Bhowmick, P.P. De, S.K. De, Recycling of Ethylene Propylene Diene Monomer (EPDM) Waste.III. Processability of EPDM Rubber Compound Containing Ground EPDM Vulcanizates, Journal Applied Polymer Science, 87 (2003) Coran, A. Y. Thermoplastic Rubber-Plastic Blends. In: Bhowmick, A.K.; Stephens H. L. (Ed) Handbook of Elastomers. Marcel Dekker, INC., New York, S. Kutanis, M. Karakısla, U. Akbulut, M. Saçak, The conductive polyaniline/poly(ethylene terephthalate) composite fabrics, Composites: Part A 38 (2007)