PROPRIEDADES DA MODIFICAÇÃO DE ELASTÔMERO SBR COM OLIGÔMERO POLIISOBUTILENO

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1 PROPRIEDADES DA MODIFICAÇÃO DE ELASTÔMERO SBR COM OLIGÔMERO POLIISOBUTILENO Fabio José Esper1, 2, Guillermo Ruperto Martín Cortés1,2,3, Janice Maria Zacharias1, Daniela Farias Caal1 Thais Moreira Da Silva1 1 Centro Universitário Estácio Radial São Paulo. Campus Santo Amaro. Engenharia Petróleo e Gás -janice.zacharias@estacio. ; daniela.caal@estacio. ; thais.moreira@estacio. 2 PMT-EPUSP - Departamento Engenharia Metalúrgica e Materiais da Escola Politécnica da Universida São Paulo. fabio.esper@usp. ; germac@usp. 3 Centro Universitário Faculdas Metropolitanas Unidas- FMU Campus Brigairo Liberda RESUMO Durante a execução do presente trabalho foram intificadas e avaliadas algumas das propriedas físico-mecânicas resultantes da adição do oligômero Poliisobutileno (PIB 24) ao elastômero Estireno-Butadieno (SBR). Para isso, cargas com teores diferentes ste oligômero foram adicionadas a composições vulcanizáveis do SBR. Essas misturas foram ensaiadas em Máquina Universal Ensaios para caracterizar Alongamento na Ruptura e resistência a tração segundo norma ASTM D412 e dureza segundo a norma ASTM D2240. Em todas as formulações elaboradas com teores diferenciados do oligômero PIB 24, o mesmo agiu forma multifuncional e em sinergia. Os resultados mostraram que os elastômeros modificados por adição ste oligômero em sua composição, adquirem propriedas parcialmente similares as apresentadas pelos polímeros; on o PIB 24 atua como Agente Plastificante, Agente Amaciante (Softner) e Agente Pegajosida (Tack), simultaneamente. Conclui-se que o material resultante, otimiza as propriedas físicas e mecânicas caraterísticas sses elastômeros, maneira que pom ser utilizados na produção diversos artefatos uso econômico industrial como guarnições portas, juntas e outros produtos similares. 1.INTRODUÇÃO consirando as exigências globais sustentabilida da indústria atual, baseada O Poliisobutileno (PIB) é um polímero sintético que possui características muito favoráveis e inúmeras aplicações, porem quando não acontece a polimerização completa, é obtido como resultado insejável um oligômero igual composição. Esse oligômero não possui aplicação industrial, por isso não é consirado material útil para fins nas exigências da humanida que aspira a crescer e se senvolver em meio ambiente aquado, a preocupação com o meio ambiente e com o controle da emissão gases poluentes procura evitar, diminuir ou controlar a emissão gases poluentes como os emitidos durante a queima esses polímeros inúteis até hoje. industriais econômicos lucrativos. Quando esse oligômero é acintalmente obtido é enviado à queima para gerar Assim, tendo em vista que: energia. (WIEBECK e HARADA; 2005). Entretanto,

2 i) a maioria dos polímeros sintéticos são produzidos a partir matérias-primas oriundas do petróleo (Mano, 1972), polímero só é polímero a partir um certo comprimento do filamento macromolecular ou, o que é a mesma coisa a partir um terminado ii) que a queima do petróleo é consirada uma das principais atividas industriais poluentes, e a molecular (BOWER, 2002a). As macromoléculas com tamanhos consirados insuficientes para serem chamadas polímeros, ou seja, que possuam Ou seja, o oligômero PIB 24 não é uma exceção peso queima ste oligômero baixa massa molecular são chamadas oligômeros (BOWER, 2002a). Eles são geralmente viscosos, peso molecular da certamente é mais uma forma poluição. orm 103. Um exemplo oligômero do Por causa dos problemas acima citados, polietileno é a parafina extraída do petróleo. A o presente trabalho procurou uma solução rota produção oligômeros é a mesma ambiental e um stino e oportunida produção lucrativa para este material. HARADA; 2005). Todos os polímeros têm um Por isso, foi proposto avaliar seu comportamento em aplicações que o polímero igual composição possui: produção e adição em borrachas visando atenr às necessidas mercado maneira amigável com o meio ambiente. macromoléculas 1972). Para porem são uma nem polímeros polímeros oligômero (WIEBECK corresponnte, mas e a reciproca não é verdaira (BOWER, 2002a). Algumas macromoléculas por mais que cresçam nunca atingem o ponto serem rotuladas como polímero (BOWER, 2002b). O polimetilmetacrilato, cujo monômero é o metilmetacrilato, é o nosso conhecido acrílico Sabe-se que todos os polímeros são macromoléculas, todas as (MANO, macromolécula ser consirada um polímero é necessário que ela que possui excelentes propriedas óticas e mecânicas (MANO, 1991a). Já o monômero butil acrilato, por mais que seja polimerizado nunca atinge a condição polímero (MANO, 1991a). seja sintética e que tenha propriedas físicas e mecânicas tais que permita o seu uso na faicação artefatos (MANO, 1991a). Como estas propriedas estão relacionadas com o comprimento da macromolécula, o Polímeros são materiais que apresentam em sua estrutura molecular unidas relativamente simples que se repetem, ligadas entre si por ligações covalentes. Este tipo ligação favorece uma gran estabilida

3 físico-química, formando longas caias e, Poliisobutileno portanto, resultando em compostos alta modificador massa molecular; unidas monoméricas mecânicas. petroquímico propriedas como físicas e (BOWER, 2002a). Também, reduzir as perdas econômicas Para os polímeros que realmente e o impacto ambiental produzido pela queima possuem alta massa molecular (da orm sse elastómero SBR para produzir energia 103 a 106 g/mol), usa-se a expressão alto quando não é obtida a sua polimerização. Isso polímero (high polymer) (BOWER, 2002a). po ser conseguido ao encontrar aplicações industriais modificando suas propriedas O termo polímero vem do grego e quer dizer muitas partes, já o termo oligômero, também do grego, significa poucas partes. Os polímeros, diferentemente das substâncias físicas e mecânicas mediante adição do oligômero Poliisobutileno petroquímico. 2. MATERIAIS E METODOS químicas baixa massa molecular, são As borrachas para o trabalho foram produtos heterogêneos, pois pom possuir cedidas pela empresa Indústria Artefatos uma mistura moléculas diferentes Borracha Esper ltda. As mesmas foram massas moleculares, apresentando, portanto, recebidas em blocos, pois foram cortadas e polimolecularida (WIEBECK e HARADA; tratadas por calandras proporção industrial 2005). até se transformarem em mantas, formato 1.2 OBJETIVO aquado para ensaios em escala laboratorial (Fig. 1). O oligômero Poliisobutileno (PIB Este trabalho se propôs agregar valor econômico-industrial ao elastômero SBR através da adição do oligômero 24) foi recebido como doação da empresa Braskem.

4 Figura 1: Elastômero SBR1502 em bloco (a) e em manta (b) e oligômero PIB 24 (c) Foram pesados 100 g do Elastômero SBR e processados no misturador rolos em (caulim) + oligômero) a massa (elastômero) (Fig. 2). temperatura 45º C, aproximadamente. Ao Foram pesados 40 g argila correr da mistura, processo nomeado juntamente com 4 g do oligômero (carga) mastigação, (aproximadamente 5 minutos) (Tabela 1) e essa mistura foi adicionada a após este período adicionou-se a carga (argila massa no misturador (Fig. 3). Figura 2. Elastômero com argila e oligômero no misturador rolos. Foto do autor. Figura 3. Adição ativadores e catalizadores no misturador do laboratório. Fotos do Autor. Tabela 1. Composição inicial das massas Materiais e Reagentes Quantidas Carga (Argila) 40,0 (phr)* Oligômero PIB-24 4,0 (g)

5 Oxido Zinco 5,0 (phr) Ácido Esteárico 2,0 (phr) Enxofre 1,0 (phr) MBTS (mercaptobenzotiazol sulfenamida) 1,0 (phr) TMTD ( tetrametil thiuran dissulfeto) 0,5 (phr) Elastômero SBR 100,0 (phr) TOTAL 153,50 (phr) Fonte: Composição utilizada na Ind. Artefatos Borracha Esper, Ltda. *phr significa partes por cada 100 partes borracha. 2da. e 3ra. Variações Composição Na segunda mistura utilizou-se 7g oligômero e na terceira 10 g oligômero. A Essas formulações foram processadas da mesma forma, porem com distinção na composição. Na segunda e na terceira formulação utilizaram-se os mesmos produtos, porem em quantidas diferentes única variação efetuada nessas formulações referente a anterior scrita, foi a oligômero pois o resto cada formulação utilizou a mesma quantida materiais e reagentes. oligômero.

6 Fig. 4 Massa homogeneizada e composição completa (Foto do Autor) Fig. 5 Vulcanização (Foto do Autor) Já no caso da carga adicionada a massa, A Prensa já estava em condições teve-se também uma variação que foi a adição necessárias para o processo: temperatura argila, não tendo oligômero algum em sua 160 C e pressão 3 bar, aproximadamente. As composição. massas foram mantidas na prensa hidráulica A submetida mistura assim ao misturador composta, rolos foi e (Fig. 5) por aproximadamente 5 minutos visando obter uma vulcanização ial. processada da mesma maneira, mas, quando a Após os 5 minutos o material, já massa obtida apresentou aspecto totalmente vulcanizado, foi retirado (Fig. 6) e então homogêneo foi retirada do misturador (Fig. 4) colocado embaixo agua corrente para ser e colocada na Prensa Hidráulica para o resfriado. processo vulcanização.

7 Fig. 6 Retirando material vulcanizado da Prensa Hidráulica (Foto do Autor) Soe a face inferior foi colocada uma prova (Fig. 7) placa que serviu superfície para a placa Foram produzidos tantos corpos vulcanizada e a cima la foi colocado o prova mol corpo prova, maneira que anteriormente scritas como necessários e fossem dispostas umas soe as outras. Assim suficientes a placa foi submetida a cortes forma que os subsequentes manetes superiores do Balancim fossem prevista. rosqueados até cortarem fato, os corpos com as para quatro realizar propostos na composições os ensaios metodologia.

8 Fig. 7 Balancim, mol para corte corpos prova 8 mm aquados para os ensaios do trabalho e, no extremo direito um corpo prova. (Fotos do Autor) Ensaios Laboratório Ensaio dureza ASTM D 2240 prova com o tempo regulado para 5 s. Os Com o Durômetro Shore aferimos a resultados que se apresentam na seção dureza do material vulcanizado. A amostra corresponnte são a média das medidas 6 própria para o ensaio, foi colocada entre as corpos prova cada composição. chapas metais que pressionam o corpo Fig. 8 Durômetro Shore A e Corpo prova para aferir dureza (Fotos do Autor)

9 Ensaio alongamento e ruptura segundo a Norma ASTM D 412. alongamento ou estiramento axial até a ruptura do material (Fig. 9b), ou seja, um Com a máquina universal (Fig. 9a) ensaio strutivo. ensaio foi realizado o ensaio alongamento Também foram calculadas as médias e ruptura. Os corpos prova produzidos das aferições resultantes dos ensaios, para se foram fixados por suas extremidas nas obter resultados que se apresentam na seção garras do equipamento. Este equipamento corresponnte. aplica esforços crescentes na sua direção axial, sendo medida a formação Fig. 9 Máquina Universal e Corpo prova fixado ás garras (a) e Ruptura do corpo prova (b). (Fotos do Autor) RESULTADOS E DISCUSSÕES Nesta secção se apresentam mecânicos, os monstrando comparativamente os e analisando resultados obtidos resultados obtidos nos ensaios scritos na baseado em informações adquiridas tanto pela metodologia. Acompanha-se a discussão dos empresa mesmos. Poliisobuteno (PIB 24) quanto pela literatura Os estudos se iniciam pela avaliação das que patenteou o polímero estudada. propriedas, envolvendo ensaios físicos e

10 Tabela 2: Resultados Dureza segundo a Norma ASTM D 2240 Formulação Dureza Shore A Sem oligômero 40 1ª Formulação (4g oligômero) 39 Shore A 2ª Formulação (7g oligômero) 36 Shore A 3ª Formulação (10g oligômero) 33,6 Shore A Da leitura da Tabela 2 Resultados da polímeros elastômeros quando diminui a Dureza Shore A ensaio efetuado segundo a dureza aumenta a elasticida o que confere Norma ASTM D2240 se po comprovar que propriedas aquadas para produtos como o aumento na adição do oligômero PIB 24 as juntas ou guarnições portas automotivas produz o efeito diminuição da dureza no o que confere valor industrial ao novo elastômero SBR. Isso analisado do ponto material assim obtido vista elastômero resulta positivo pois nos Tabela 3: Resultados dos Ensaios Resistência a Tração e Alongamento na Ruptura segundo a Norma ASTM D412. Composição Resistência a Alongamento % Tração Sem oligomêro 1ª Composição 2ª Composição 3ª Composição (MPa) 3,3 3,55 3, , Já no que se refere à Resistência a consegue ser estirado em maior quantia que o tração e ao alongamento na Ruptura se material original, o que resulta num novo confere que a medida que se aumenta a adição material propriedas muito interessantes do oligômero PIB 24 a Resistência a Tração para a indústria polímeros e borrachas em aumenta em tanto que o material assim obtido geral. resulta mais elástico, ou seja, o mesmo

11 CONCLUSÕES seriam stinados à incineração para produzir energia com a subsequente contaminação Concluiu-se que a adição do oligômero Poliisobutileno (PIB 24) ao elastômero estireno-butadieno melhoras mecânicas similares das (SBR) em físicas e/ou Deve-se stacar ainda que, do ponto propriedas vista econômico e social, com a adição do propriedas do procedimento. resultou proporcionando as ambiental o qual se evita com o novo 24, oligômero PIB 24 ao elastômero SBR po se asivando), oferecer um novo tipo material com conferindo boas características, reduzindo sua perspectivas oportunida lucrativa e dureza e aumentando a porcentagem sustentável para este produto, antes visto alongamento ruptura. como um resíduo inútil. plastificando-o polímero (selando, PIB Ainda, do ponto vista ambiental, a A possibilida novas aplicações adição do oligômero PIB 24 ao elastômero mereceria novos estudos em maior quantida SBR resgata materiais que outra forma aplicações. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ASTM D2240. Standard Test Method for Rubber Property Durometer Hardness. ASTM D412-15a Standard Test Methods for Vulcanized Rubber and E. B. Mano; H. Morawets Polymers Science, North Holland, London, E. B. Mano Introdução a Polímeros ; Edwarg Blucher, São Paulo, 1991a. Thermoplastic Elastomers Tension E. B. Mano Polímeros como BOWER, D. I. An Introduction to Polymer Physics; Camidge University Materiais Engenharia ; Edwarg Blucher, São Paulo, 1991b Press: Camidge, 2002a. TORRES, Eduardo Mc Mannis. A BOWER, D. I. An Introduction to Polymer Physics; Camidge University evolução da indústria petroquímica asileira. Quím. Nova, v.20, p , Press: Camidge, 2002b. WIEBECK, Hélio; HARADA, Júlio.

12 Plásticos engenharia. São Paulo: Artliber, 2005.