Caracterização de Polímeros Biodegradáveis para Produção de Compósitos Marcus Vinícius Oliveira Santos *, Joyce Batista Azevedo ** * Bolsista de Iniciação Científica da Faculdade de Tecnologia SENAI CIMATEC, m.v.o.s@hotmail.com ** Mestre em Ciência e Engenharia de Materiais, Orientador Iniciação Científica da Faculdade de Tecnologia SENAI CIMATEC, joyce.azevedo@fieb.org.br Resumo Considerando o cenário em que convive a sociedade no que se diz respeito à consciência ambiental e a disponibilidade comercial de polímeros biodegradáveis, cada vez mais se busca o uso destes materiais como forma alternativa em substituição a outros materiais de fontes não renováveis. A utilização de polímeros biodegradáveis para produção de compósitos com fibras naturais busca a produção de materiais com melhores propriedades mecânicas e estabilidade térmica. Este trabalho avaliou duas concentrações diferentes de casca de arroz dispersa em matriz polimérica de Ecobras. Os resultados obtidos mostraram que a presença da fibra como fase dispersa tem influência nas propriedades dos compósitos o que pode ser comprovado pela análise microscópica das composições estudadas. Palavras-chave: Compósitos, Ecobras, casca de arroz, propriedades mecânicas. 1. Introdução Os polímeros biodegradáveis surgiram como uma alternativa para materiais poliméricos que agregam boas propriedades e durabilidade com rápida degradação após o descarte. Estas propriedades aliada ao apelo ambiental, faz com que estes polímeros sejam extremamente atraentes para estes requisitos. Tendo em vista esta vertente tecnológica, este trabalho buscou avaliar uma matriz de polímero biodegradável, Ecobras, quanto a sua utilização na produção de compósitos poliméricos com fibras naturais, para tanto utilizou-se como matriz dispersa a casca de arroz e avaliou-se mecanicamente duas formulações deste compósito. Os resultados apresentados a seguir indicam que a casca de arroz possui influência nas propriedades mecânicas dos compósitos sendo que estas variáveis dependem da concentração de fibra utilizada. 2. Revisão bibliográfica O novo contexto ambiental em que se encontra a sociedade, tem incentivado a procura por materiais que possam agregar uma procedência alternativa a do petróleo e que alie a isto propriedades que conciliem a durabilidade e uma rápida degradação após o descarte. Entre os materiais que atendem parte destes requisitos estão os polímeros biodegradáveis (PACHEKOSKI, 2005). Polímeros biodegradáveis são polímeros cuja degradação ocorre inicialmente através da ação de microorganismos (ROSA E COLABORADORES, 2003). Dentre 1
estes polímeros o Ecobras tem apresentado bastante destaque tecnicamente, ele combina propriedades do Ecoflex com um polímero natural modificado a base de milho. O Ecobras TM possui na sua composição mais de 50 % de matéria-prima de fonte renovável, o que ajuda a balancear o ciclo de carbono ao equilibrar o tempo de produção do plástico ao seu consumo e decomposição. Diante das propriedades dos polímeros biodegradáveis, busca-se o desenvolvimento comercial dos chamados produtos verdes o que tem proporcionado um grande esforço para viabilizar a produção de polímeros naturais com melhores propriedades mecânicas e estabilidade térmica, para tanto, tem-se utilizado tecnologias como nanotecnologia e compósitos com fibras lignocelulósicas (SATYANARAYANA, 2009). Entre as fibras naturais utilizadas na produção destes produtos a casca de arroz tem apresentado enorme potencial tecnológico além de atender as novas políticas ambientais e estarem abundantemente disponíveis. Segundo informações da Conab para a safra brasileira 2010/11 o Brasil colherá 13,81 milhões de toneladas de arroz e cerca de 20% do volume corresponde à casca (CONAB, 2011). Segundo FERRAN (2005), a casca de arroz é classificada como um material lignocelulósico, embora possua concentrações menores de lignina e hemicelulose, quando comparadas com a concentração presente na farinha de madeira. Por esta razão, o uso de casca de arroz pode proporcionar um aumento na temperatura de estabilização do compósito e desta forma possibilita o uso de temperaturas mais elevadas durante o processamento destes materiais. 3.0 Metodologia 3.1 Materiais Para a realização deste trabalho foi utilizado o polímero Ecobras TM fornecido pela BASF e como fibra natural utilizou-se uma casca de arroz micronizada fornecida pela Cerialista Polisul. 3.2 Métodos 3.2.1 Preparação dos compósitos Os compósitos de Ecobras e casca de arroz foram obtidos nas proporções de 95/5 e 90/10 respectivamente, estes foram misturados em um extrusora dupla rosca corotacional da marca Imacon, modelo DRC 30:40 IF com diâmetro de rosca de 30mm e razão L/D de 40. 3.2.2 Caracterização dos compósitos Para o polímero puro realizou-se a determinação do índice de fluidez em dois tempos de secagem, para tanto, utilizou-se um plastômetro marca DSM, sob uma carga 2,160 Kg a uma temperatura de 190ºC, segundo a norma ASTM D 1238. As propriedades mecânicas dos compósitos foram determinadas através do ensaio de tração em uma máquina universal de ensaios da EMIC. Os ensaios seguiram a norma ASTM D412-06 e os corpos de provas foram obtidos através do processo de injeção. Para a determinação das propriedades de resistência ao impacto, realizou-se ensaio de 2
impacto IZOD, seguindo a norma ISO 179, em uma máquina EMIC. A caracterização morfológica dos compósitos foi realizada em microscópio eletrônico de varredura, no DEMa da UFCG. 4.0 Resultados e Discussão 4.1 Caracterização reológica Na Tabela 1 temos os valores de índice de fluidez para as amostras de Ecobras com dois tempos de secagem. Tempo de secagem (h) Índice de Fluidez (g/10 min) 0 67,8 ± 2,71 2 68,64 ± 3,00 Tabela 1- Valores de índice de fluidez do Ecobras para diferentes tempos de secagem Verifica-se que os valores encontrados são semelhantes para os tempos de secagem utilizados, o que pode dar indícios que Ecobras utilizado não sofreu influencia da umidade. Estes valores são muito abaixo dos encontrados na ficha técnica do fabricante. Provavelmente o material utilizado nesta etapa da pesquisa já deve ter sofrido degradação, diante disto utilizou-se, para a obtenção dos compósitos, outro lote de Ecobras. 4.2 Caracterização mecânica A Tabela 2 mostra os resultados das propriedades mecânicas obtidas para o Ecobras puro e para os compósitos. Observa-se que com a adição de 5% de casca de arroz o módulo elástico do biocompósito apresenta um discreto aumento, no entanto, com 10% já se verifica um aumento significativo desta propriedade quando comparado com o Ecobras puro. A deformação na ruptura é bastante reduzida com adiação de carga, este efeito se deve possivelmente a fraca adesão entre a matriz e a fase dispersa diminuindo assim a capacidade de deformação do material. Composto Tensão na força máxima (σmpa) Deformação específica na ruptura (%) Módulo elástico (Mpa) Ecobras 5,29 ± 0,09 63,42 ± 8,80 93,62 ± 5,10 Ecobras + 5% casca de arroz 3,89 ± 0,15 14,89 ± 0,41 99,81 ± 2,49 Ecobras + 10% casca de arroz 4,31 ± 0,18 11,80 ± 0,29 169,28 ± 11,05 Resistência ao Impacto (KJ/m²) - 19,02 ± 1,20 10,58 ± 0,38 Tabela 2- Propriedades mecânicas em tração de biocompósitos Ecobras /casca de arroz. 3
Os resultados de resistência ao impacto mostraram que com o aumento da concentração de casca de arroz o material tem a sua resistência ao impacto reduzida. Este comportamento se deve ao aumento da rigidez do composto aumentando a fragilidade do material e conseqüentemente diminuindo a resistência. Para o Ecobras puro não foi possível medir esta propriedade, pois o material apresentou-se extremamente flexível. 4.3 Caracterização morfológica A Figura 1 ilustra micrografias obtidas com compósitos de Ecobras /casca de arroz. (a) (b) Figura 1 Micrografias de compósitos Ecobras /casca de arroz. (a) Formulação com 5% de casca de arroz; e (b) formulação com 10% de casca de arroz. Por meio das imagens obtidas é possível verificar que não existe uma boa adesão entre o Ecoflex e o amido, fases que formam o Ecobras, verificam-se algumas partículas de amido que não são envolvidas pela matriz Ecoflex. Observa-se nas imagens que existem vazios, o que sugeri que fibras se desprenderam do material durante o ensaio de tração evidenciando desta forma, a pouca adesão entre o reforço e a matriz. 5. Conclusões Com os resultados encontrados pode-se verificar que o Ecobras possui um alto índice de fluidez o que pode dificultar o processamento. A partir da caracterização mecânica de compósitos Ecobras /casca de arroz conclui-se que as propriedades de tração são influenciadas pela presença da fibra natural. Com a adição da fase dispersa obteve-se materiais mais rígidos com redução da deformação na ruptura. Este comportamento pôde ser comprovado pela análise microscópica dos compostos, o que evidenciou uma fraca adesão interfacial entre a carga e a matriz. 4
6. Referências CONAB - Companhia Nacional de Abastecimento. Acompanhamento de safra brasileira: grãos, nono levantamento, junho 2011 / Companhia Nacional de Abastecimento. Brasília, 2011. FERRAN, M., FRANCISCO, V., AMPARO, R., ADOLFO, B., CONCHA, S. Flour Rice Husk as Filler in Block Copolymer Polypropylene: Effect of Different Coupling Agents. Journal of Applied Polymer Science, 99, 1823-1831, 2005. HARADA, J. Biopolímeros Biodegradáveis e Compostáveis. In: Palestra Técnica- SENAI CIMATEC, Salvador, 2008. PACHEKOSKI, W.M. Tese de Doutorado Universidade Federal de São Carlos, 2005. ROSA, D. S., FILHO, R. P., CHUI, Q. S. H., CALIL, M. R., GUEDES, C. G. F. The biodegradation of poly-b-(hydroxybutyrate), poly-b-(hydroxybutyrate-co-b-valerate) and poly(e-caprolactone) in compost derived from municipal solid waste. European Polymer Journal, v. 39, p. 233-237, 2003. SATYANARAYANA. K. G., ARIZAGA, G.G.C., WYPYCH, F. Biodegradable composites based on lignocellulosic fibers An overview. Progress in Polymer Science. v. 34. p.982 1021, 2009. 5