AVALIAÇÃO DA ADESÃO DE FIBRAS SINTÉTICAS PROVENIENTES DE RESÍDUOS DE LAMINADO DE CALÇADO DE COMPÓSITOS DE PVC

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1 AVALIAÇÃO DA ADESÃO DE FIBRAS SINTÉTICAS PROVENIENTES DE RESÍDUOS DE LAMINADO DE CALÇADO DE COMPÓSITOS DE PVC A. A. Dreger 1, F. D. P. Morisso², R. M. C. Santana 3 1,3 Universidade Federal do Rio Grande do Sul PPGE3M 2 Universidade Feevale 1 ademirdreger@hotmail.com, 2 morisso@feevale.br, 3 ruth.santana@ufrgs.br Resumo O laminado sintético de PVC é muito utilizada na industria de calçados, para cabedais, porém o corte destas peças geram resíduos. O objetivo é a utilização do resíduo de laminado de PVC e tecido, moído em substituição de parte da resina virgem (PVC) nas proporções de 0, 10, 20, 30 pcr. Foram realizados testes mecânicos de tração e alongamento na ruptura, dureza shore A (DIN) e colagem conforme norma laboratório Vulcabras/Azaleia e análise morfológica por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV). Nas micrografias foi observado o descolamento das fibras pelo teste de pull out. Com o aumento do teor de resíduos observou-se uma redução da dureza e no teste de tração e colagem um decréscimo na resistência. Os resultados de alongamento demonstraram variação em função do aumento do percentual de resíduos de laminado de PVC, porem é importante salientar que todos os compósitos apresentaram resultados dentro do considerado aplicável ao setor calçadista. Palavras-chave: compósitos de PVC, resíduos, calçados, MEV INTRODUÇÃO As demandas mundiais por tecnologias ambientalmente corretas exigem, cada vez mais, coerência entre a composição e as propriedades dos materiais, ou seja, deve haver correspondência entre o material demandado, a tecnologia de produção e a posterior via de descarte. Neste sentido, o desenvolvimento de materiais é uma das linhas de desenvolvimento tecnológico que vem crescendo substancialmente no meio acadêmico, mas que, no entanto, apresenta alguma resistência para a aplicação no setor produtivo (5;1). A química e o desenvolvimento de materiais poliméricos são temas dos que mais evoluem neste contexto, com a preparação de novos polímeros, copolímeros e compósitos poliméricos. O PVC é um dos polímeros é o segundo polímero termoplástico mais utilizados no Brasil e segundo dados do Instituto do PVC (2014 a) apontam que o Brasil produziu, em 3805

2 2011 o volume de ton. Esta produção, somada à importação do material proporciona um consumo aparente de 1.1 milhão de toneladas e um consumo per capita de aproximadamente de 5,6 kg/hab. O status de segundo termoplástico mais consumido no mundo pode ser justificado pela versatilidade Kelly (2005) projetou que de lá para os 20 anos seguintes a quantidade de PVC inserida no fluxo de consumo mundial seria da ordem de 50% a mais. Conforme a norma NBR , que trata da terminologia envolvida com laminados sintéticos utilizados para a construção superior de calçados, um laminado sintético é um material polimérico que pode ou não estar aplicado sobre um substrato, que por sua vez, pode ser tecido, não tecido, malha ou papel. No caso dos laminados de PVC, normalmente são utilizados substratos têxteis (ABNT 2005). Estes materiais têxteis componentes dos laminados sintéticos de PVC, assim como outros, apresentam grande potencialidade para atuar como fase de reforço da preparação de compósitos (8;2). Desta forma, o objetivo deste trabalho é desenvolver compósitos de PVC com resíduos de laminados sintéticos na forma de pó moído, nas proporções 10 (Lam 10), 20 (Lam 20) e 30 (Lam 30) pcr sobre a resina virgem de PVC para aplicação em solados de calçados. EXPERIMENTAL Materiais A Tabela 1 apresenta os materiais utilizados na preparação dos compósitos estudados neste trabalho. Tabela 1: Matérias primas utilizadas na preparação dos compósitos. Material Função Fornecedor Norvic SP 1000 Resina PVC Braskem DOP Plastificante Elekeiroz Plastabil ICZ Estabilizante Térmico: Ca/Zn Inbra Ácido esteárico (estearina) Lubrificante externo Sim Estearina Drapex 6.8 Plastificante/Antioxidante Inbra MBU Preto 48/1-IE Master pigmentador Karina Resíduo moído laminado PVC c/ suporte* Carga Grupo Vulcabrás/Azaleia *Caracterizado somente pela medida de densidade aparente, segundo a norma ASTM D-1895 Os compostos foram pigmentados com o máster MBU Preto48/1. Os resíduos de 3806

3 laminado de PVC, originados do processo de corte de cabedais para calçados, com substrato à base de tecido, foram moídos e micronizados sem identificação ou seleção de cor, até a forma de pó com massa específica de em torno de 1,2 g/cm 3 (4). Processamento Os resíduos de corte dos laminados de PVC foram moídos em um moinho granulador de facas (corte tipo tesoura), modelo MGHS Seibt e tamizados em peneira com orifícios de 8 mm de diâmetro; em seguida foi micronizado. Com o laminado pulverizado, todos os componentes foram transferidos para um recipiente na ordem de medida. A mistura dos componentes, após repouso de 24 horas, foi transferida para um misturador do tipo kneader, O tempo de mistura dos compostos foi de 8 minutos, chegando a uma temperatura média de 130 C devido ao atrito. Os corpos de prova (CP) foram obtidos por injeção na forma de placas com dimensões de 250 mm x 100 mm x 6 mm e posterior corte nos formatos adequados aos testes realizados. Caracterização A avaliação da dureza foi realizada segundo a norma DIN (DIN, 1988 a) em um durômetro digital Bareiss, modelo HPE-A. O teste de tração e alongamento foi realizado em uma máquina universal de ensaios, modelo DL 500, EMIC, com célula de 200 Kg e velocidade de 100 mm/min. Os corpos de prova são preparados de acordo com o tipo S1. O valor orientativo para o PVC compacto é de no mínimo 0,8 kgf/mm² na tração e 300% de alongamento, conforme a norma DIN (DIN, 1988 b). A tração em kgf/mm 2 foi obtida pela equação (A): Tração = F / a x b (A), sendo: F = Força em kgf (valor lido no dinamômetro); a = Espessura do corpo de prova em mm; b = Largura do corpo de prova em mm. O alongamento percentual foi obtido através da equação(b): Alongamento = (D Final D Inicial ) x 100 / D Inicial (B) sendo: D = distância lida na régua flexível em mm. A avaliação da força de colagem foi realizada segundo procedimento utilizado no Laboratório Vulcabras / Azaléia (2002). Neste procedimento devem ser assumidas amostras de adesivo com 600 g. Foram preparadas dez amostras cortadas com dimensões de 150 x 25 mm. As superfícies foram limpas com acetona e deixadas secar ao ar por 7 minutos, em seguida foi aplicado o adesivo nas duas superfícies a serem coladas, resguardando 50 mm de cada tira sem cola para a posterior colocação do corpo 3807

4 de prova no dinamômetro da etapa de abertura da colagem. Como referência é indicada o valor de 4,5 kgf/cm. Os resultados do teste foram calculados segundo a equação (C) R = X / L (C), sendo: R = Resultado, kgf/cm; X = valor médio encontrado para cada corpo de prova em kgf; L = soma das larguras dos corpos de prova em cm. A morfologia das amostras foram caracterizadas por microscopia eletrônica de varredura no equipamento JEOL, Modelo JSM-6510LV, com software SEM Control User Interface Ver. 3.01, utilizando-se radiação de tungstênio da ordem de 5 kv e por detecção de elétrons secundários. RESULTADOS Na figura 1 podem ser observados os resultados da avaliação da dureza. Sobre estes resultados pode-se considerar, segundo a literatura (12;1;10), que a incorporação do plastificante em uma matriz polimérica conduz à alteração das propriedades mecânicas do polímero puro. Figura 1: Resultados da avaliação da dureza Shore A Deve-se salientar que neste trabalho, ao composto básico de PVC foi adicionado mais PVC na forma de laminado para a preparação dos compósitos e, proporcionalmente, isso implica adição de mais plastificante. Assim a diminuição da dureza Shore A dos compósitos de PVC / laminado de PVC pode ser consequência desta adição. Também é importante destacar que mesmo sofrendo decréscimo na dureza, os valores obtidos não ultrapassaram os valores de referência e não impedem a utilização de qualquer dos compósitos como material para solado. Na figura 2 podem ser observados os resultados da avaliação de resistência à tração, que evidenciam um decréscimo no valor desta propriedade com o aumento do 3808

5 percentual resíduo. de Figura 2: Resultados da resistência à tração na ruptura Este resultado está de acordo com Iulianelli (2008) que descreve que a resistência à tração está vinculada à qualidade da interface carga / matriz. Também convergem os resultados obtidos para os compostos de PVC/laminado de PVC e os obtidos por Mattoso (2004) que observou alteração positiva na resistência à tração quando o composto foi preparado com plastificante sólido, que aumentou a molhabilidade da fibra de sisal e consequentemente a resistência à tração. Porém, é importante mencionar que mesmo a maior queda na resistência à tração, observada para o compósito com 30 pcr de laminado de PVC (Lam 30), está dentro de uma faixa aceitável para a aplicação do material na fabricação de solados, que é de 0,8 kgf/mm² na tração, conforme a norma DIN Os resultados apresentados na figura 3, sobre o teste de alongamento, demonstram variação em função do aumento do teor de resíduos de laminado de PVC. Vale mencionar que todos os compostos apresentaram comportamento dentro do considerado aplicável ao setor calçadista (até 300% de alongamento DIN, 1988 b). 3809

6 Figura 3: Resultados da avaliação de alongamento O alongamento na ruptura corresponde ao aumento percentual do comprimento da amostra, sob tração, no momento de ruptura (5). Este evento já havia sido observado por Iulianelli (2008) e por Khan (2012). Os resultados do teste de força de colagem estão descritos na figura 4, onde verifica-se que mesmo com o aumento do teor de resíduos de laminado sintético de PVC, os resultados foram satisfatórios e apresentaram certa uniformidade, com exceção do compósito Lam30, que apresentou uma redução da força de colagem, embora os desvios padrão associados a cada amostra não foram significativas. Figura 4: Resultados da avaliação de força de colagem A Figura 6 apresenta a micrografia da superfície do padrão, onde é possível observar a superfície do corpo de prova sem bolhas ou falhas, isto é, somente com o estriamento na superfície devido à fratura criogênica. Figura 6: Micrografia da amostra padrão Na Figura 7 são mostrados as micrografias da superfície das amostras correspondentes 3810

7 aos Lam 10, Lam 20 e Lam 30, onde é possível observar a presença da fibra têxtil na matriz de PVC, aparentemente sem nenhum tipo de interação química. Estas observações também encontram argumento na literatura (11;7;3;6;9). Mattoso, 2004 aumentou a proporção de plastificante sólido de 35 para 48 pcr e observou um aumento da molhabilidade e, consequentemente, da adesão fibra/matriz. O correspondente efeito não foi observado com respeito ao plastificante líquido e, em razão desta observação, conclui que a maior molhabilidade e adesão fibra/matriz contribuíram para o desempenho mecânico observado pelos compósitos. (a) (b) Figura 7: Micrografias da superfície das amostras (a) Lam 10, (b)lam 20 e (c)lam 30. (c) CONCLUSÕES As propriedades avaliadas neste trabalho concordam entre si de forma a convergirem nos seguintes aspectos: o incremento de material laminado, reduz a dureza e não dão suporte para um aumento da resistência à tração pela disposição aleatória da fibra. A força de colagem foi considerada satisfatória e estatisticamente aceitável em todos os casos. Sobre a metodologia de preparação dos compósitos pode-se concluir que é efetiva. O processo de moagem, micronização e mistura com o composto base de PVC para posterior extrusão, mostrou-se efetivo para a preparação dos compósitos, que 3811

8 podem ser processados por injeção para a preparação de solados. Assim, a principal conclusão a que se pode chegar com este trabalho é a viabilidade de se incorporar resíduos de laminado de PVC ao composto base de PVC utilizado na fabricação de solados. Também, a possibilidade de preparação e aplicabilidade dos compósitos apresenta-se como uma alternativa tecnológica e ambientalmente correta para a fabricação de solados de PVC. REFERÊNCIAS 1. BALZER, Palova Santos. Comparativo do Efeito Plastificante de Policaprolactona e Dioctil Ftalato em Poli (Cloreto de Vinila) f. Tese (Doutorado), Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, CASTRO, Bruno Francisco Morte de. Estudo e Caracterização Mecânica de Compósitos Reforçados com Fibras Naturais f. Dissertação (Mestrado) - Curso de Materiais e Tecnologias de Fabrico, Instituto Superior de Engenharia do Porto, Porto, Portugal, CHUAYJULJIT, Saowaroj; SU-UTHAI, Siriwan; CHARUCHINDA, Sireerat. Poly(vinyl chloride) film filled with microcrystalline cellulose prepared from cotton fabric waste: properties and biodegradability study. Waste Management & Research, v. 28, p , DREGER, Ademir Anildo. Incorporação de Laminado de PVC Moído em Formulações de Compósitos de PVC com Possível Aplicação na Fabricação de Solados f. Dissertação (Mestrado) - Curso de Mestrado Profissional em Tecnologia de Materiais e Processos Industriais, Departamento de Instituo de Ciências Exatas e Tecnológicas, Universidade Feevale, Novo Hamburgo, ESMERALDO, Milena Alencar. Preparação de Novos Compósitos Suportados em Matriz de Fibra Vegetal/Natural f. Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal Do Ceará, Fortaleza, GARMABI, Hamid; FASIHI, Mohammad. Evaluation and Optimization of the Mechanical Properties of Highly Filled PVC/(Wood Flour) Composites by Using Experimental Design. Journal Of Vinyl & Additive Technology, v. 17, n. 2, p , IULIANELLI, Gisele Cristina Valle. Preparação de Compósitos PVC/Pó de Madeira e Caracterização por Ressonância Magnética Nuclear no Estado Sólido f. Tese (Doutorado) - Instituto de Macromoléculas Professora Eloisa Mano da Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, JOSEPH, Kuruvilla; MEDEIROS, Eliton S.; CARVALHO, Laura H.. Compósitos de Matriz Poliéster Reforçados por Fibras Curtas de Sisal. Polímeros: Ciência e Tecnologia, p , Out/Dez, KHAN, Ruhul A. et al. Fabrication and Characterization of Jute Fabric-Reinforced Reinforced. Journal Of Thermoplastic Composite Materials, v. 25, p.45-58, MADALENO, Emerson et al. Estudo do Uso de Plastificantes de Fontes Renovável em Composições de PVC. Polímeros: Ciência e Tecnologia, v. 19, n. 4, p , MATTOSO, Luiz H. C. et al. Caracterização Mecânica e Térmica de Compósitos de: Poli (Cloreto de Vinila) Reforçados com Fibras de Sisal. Polímeros: Ciência e Tecnologia, v. 14, n. 5, p , ZAIONCZ, Soraia. ESTUDO DO EFEITO DE PLASTIFICAÇÃO INTERNA DO PVC f. Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Curitiba,

9 EVALUATION OF MEMBERSHIP OF SYNTHETIC FIBRES POVENIENTES WASTE OF COMPOSITE LAMINATED SHOE PVC ABSTRACT The synthetic laminated PVC is widely used in the footwear industry, for uppers, however the cut of these parts generate waste. The goal is to use the residue of PVC laminate and fabric, milled in place of part of the virgin resin (PVC) in proportions of 0.10, 20, 30 phr. Mechanical tests were performed and elongation at break, hardness shore A (DIN) and glue according to standard laboratory Vulcabras / azaleia and morphological analysis by Scanning Electron Microscopy (SEM). In the micrographs of detached fibers pull out of the test was observed. With the increase in the ash content was observed a decrease in hardness and tensile test and a decrease in bonding strength. The results showed variation of elongation due to the increase in the percentage of waste PVC laminate, however it is important to point out that all composites showed results within the considered applicable to the footwear industry. Keywords: composite of PVC, waste, footwear, MEV 3813