AVALIAÇÃO DAS PROPRIEDADES MECÂNICAS E MORFOLÓGICAS DAS ESPUMAS DE EVA COM A INCORPORAÇÃO DE EVA RESÍDUO Anisabel Buzzatti 1*, Arthur S. Neto 2, Laura B. Gonella 3, Mara Zeni 4, Ademir J. Zattera 5 1* Depto. de Engenharia Química da UCS, Caixa Postal 1352, 95070-560 Caxias do Sul/RS - anisabelb@gmail.com; 2 Depto. de Engenharia de Materiais da UCS arthursusin@hotmail.com; 3 Depto. de Engenharia Química da UCS lbgonell@ucs.br; 4 Depto. de Físico-Química da UCS mzandrad@ucs.br; 5 Depto. de Engenharia Química da UCS - ajzattera@terra.com.br Evaluation of Mechanical and Morphological Properties of EVA foam with EVA residue incorporation The poly (ethylene-co-vinyl acetate) residue (EVA-r) is a crosslinked material, which can be used as filler in foam compositions. In this work, morphological and mechanical properties of EVA foams with or without EVA-r were investigated. The blends were expanded into foams and they were characterized by Scanning Electronic Microscopy(SEM) and Mechanical properties. These tests were performed on these EVA foams of densities ranging 100 until 190 Kg.m -3. The results showed that the mechanical properties of foam compositions were clearly modified by the addition of EVA-r, which contributed with the decrease of the density. The morphology was also affected with the increase of EVA-r, showing some wrinkled cell faces. These results indicated that EVA-r can act as non-reinforcing filler. Keywords: EVA-r; EVA foams; SEM; Mechanical properties Introdução As espumas de poli(etileno-co-vinil acetato) (EVA) têm uma estrutura de célula fechada que consiste em bolhas de ar separadas por uma membrana de fase contínua e sólida que pode ser rígida ou flexível. Quando uma espuma é submetida a uma pressão constante, as propriedades mecânicas decrescem, pois ocorre uma deformação da matriz [1]. A maioria dos calçados para corrida possui sola e a entresola de espuma produzida com EVA e moldada por compressão [2]. A utilização do EVA expandido em forma de placas se deve as suas características de: boa resistência química e a intempéries; baixa absorção de umidade; alta resistência ao impacto, e custo acessível. O resíduo de EVA (EVA-r) é um material proveniente dos retalhos de placas expandidas para a confecção de solas e entresolas da indústria de calçados, e por ser um material que possui estrutura reticulada, geralmente não é reaproveitado. A incorporação desse material em forma de resíduo em novas misturas tem a função de atuar como carga, resultando em um material com melhores propriedades mecânicas, onde há a diminuição do custo do produto final, e a contribuição para a redução do impacto ambiental [3].
O EVA-r apresenta um grande potencial de uso, por algumas empresas, como carga em formulações, nas quais podem ser classificadas de acordo com seu desempenho como: cargas de reforço ou de enchimento. Quando atua como carga de reforço promove melhoria nas propriedades mecânicas como: resistência à compressão, à tração e ao rasgamento; e quando atua como carga de enchimento diminui o custo do produto final e contribui com o meio ambiente [10]. Neste trabalho foram avaliados os efeitos da incorporação do EVA-r nas propriedades morfológicas das espumas de EVA, e também os resultados de ensaios mecânicos de compressão variando as concentrações de EVA-r na formulação das espumas, e comparando-as com espumas sem a adição de EVA-r. Experimental Materiais As espumas foram preparadas utilizando azodicarbonamida como agente expansor (Infinity Colors); óxido de zinco para reduzir a temperatura de ação do expansor e ácido esteárico como auxiliar de mistura (Quimibrás); peróxido de dicumila como agente reticulante (Retilox); EVA - 19% acetato de vinila (VA) (Politeno); EVA-r proveniente da indústria calçadista da região de Três Coroas RS. Análise Termogravimétrica (TGA) e Teor de Gel do EVA-r A técnica da análise termogravimétrica do EVA-r foi realizada num equipamento Shimadzu TGA-50. O material foi aquecido na faixa de 25 C a 810 C com taxa de aquecimento de 20 C.min -1 sob atmosfera de N 2. A determinação do teor de gel do EVA-r foi realizada de acordo com a norma ASTM D 2765. A amostra permaneceu 12 em refluxo com xileno e após foi seca em estufa a vácuo. O teor de gel foi determinado como sendo o percentual de resíduo remanescente após 12 horas em refluxo, descontando o teor de carga inorgânica e dividindo pela massa inicial da amostra. Preparação das misturas O EVA e as misturas de EVA/EVA-r foram preparados nas proporções (100; 95/5; 90/10; 85/15%g) num misturador Haake a 95 C com velocidade da rosca de 60 rpm por 8 minutos. Na formulação das misturas de EVA utilizamos: 5%g de azodicarbonamida; 2,5%g de óxido de zinco; 1,5%g de ácido esteárico e 2,0%g de peróxido de dicumila.
Preparação das espumas As espumas foram obtidas por compressão em prensa à quente a 170 C, sob pressão de aproximadamente 10.000N por 10 minutos. Análise Morfológica A morfologia das espumas foi analisada por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV). As amostras para esta análise foram obtidas a partir da fratura criogênica em nitrogênio líquido, e foram analisadas no microscópio eletrônico de varredura JEOL-JEM 1200ExII com tensão de aceleração de 10KV. Propriedades Mecânicas Foram realizados ensaios de deformação permanente estático nas espumas de EVA, e para este ensaio foi utilizado um dispositivo constituído de duas placas metálicas paralelas cuja distância entre elas é regulada por parafusos. A amostra de espuma de 5 x 5 x 2,5 cm, cortada a partir da placa moldada por compressão, é colocada entre as placas metálicas e com o aperto dos parafusos a mesma passa a sofrer o efeito da força compressiva. A força compressiva que provoca a redução de 30% da espessura inicial da amostra é aplicada durante 22 horas a 35 C. As medidas foram realizadas após 24 horas. Resultados e Discussão Caracterização do resíduo de EVA O resíduo de EVA foi caracterizado por análise termogravimétrica (TGA) em N 2 e o teor de carga inorgânica obtido foi de 22% em massa. A análise de teor de gel determinou teor de 74% em massa. Morfologia O aumento do teor de Eva-r na formulação das espumas resultou em uma mudança significativa na morfologia das mesmas como pode ser observado nas Figuras 1(b, c, d).o formato e o tamanho das células se modificaram, tornando-se não-homogêneos. Quando estas espumas foram submetidas à compressão, observa-se que a estrutura celular das espumas sofreu modificação significativa, como a deformação nas paredes das células [Figuras 2(a, b)], e deformação e rompimento das paredes das células com perda do gás expansor, como pode ser observado nas Figuras 2(c, d).
(a) (b) (c) (d) Figura 1: Micrografias (MEV) do EVA 100%g (a); EVA/EVA-r 95/5%g (b); EVA/EVA-r 90/10%g (c); EVA/EVA-r 85/15%g (d) (Espumas antes da Compressão) (a) (b) (c) (d) Figura 2: Micrograafias (MEV) do EVA 100%g (a); EVA/EVA-r 95/5%g (b); EVA/EVA-r 90/10%g (c); EVA/EVA-r 85/15%g (d) (Espumas depois da Compressão) A Figura 1(a) EVA (100%g) apresenta uma estrutura de células fechadas e homogeneidade no tamanho destas células. Quando incorporamos 5%g de EVA-r [Figura 1 (b)], o tamanho e o formato destas células mantém esta homogeneidade. Adicionando 10%g de EVA-r na matriz [Figura 1 (c)] verifica-se que as células apresentam diferentes tamanhos e suas formas se tornam não homogêneas. Na Figura 1(d) pode-se observar que a adição de 15%g de EVA-r resulta no aparecimento de algumas células rugosas, mesmo antes da compressão, com o aparecimento de alguns orifícios nas paredes internas das células, provavelmente causado pela grande quantidade de resíduo. Na amostra sem resíduo e que sofreu a ação da compressão [Figura 2(a)], observa-se uma estrutura diferenciada com células mais alongadas. Foi observado também, que a parede das células está relativamente mais espessa, e o formato das células não é semelhante em nenhuma das direções. Devido a maior espessura da parede destas células não há evidência de células rompidas. Quando se submete a amostra com 5%g de EVA-r [Figura 2 (b)], ao teste de compressão, ocorre distorção na geometria das células, apresentando a formação de paredes levemente enrugadas. Na Figura 2(c) com a adição de 10%g de EVA-r submetida à compressão, verifica-se que as células começam a colapsar e se tornam rugosas. Anais do 9o Congresso Brasileiro de Polímeros
A Figura 2(d) apresenta a amostra com a adição de 15%g de EVA-r submetida à compressão. Observa-se que as paredes das células estão muito finas e começam a romper, liberando o gás de seu interior. Há a formação de diferentes geometrias das células. A Tabela 1 mostra as propriedades das espumas. A deformação permanente é expressa em percentagem da espessura inicial, como segue[11]: Deformação permanente = [(espessura inicial espessura final)/espessura inicial] x 100 Tabela 1: Propriedades das espumas de EVA e EVA/EVA-r Amostra %g ρ(kg.m -3 ) antes da compressão ρ(kg.m -3 ) depois da compressão Deformação permanente (%) EVA-100 190 290 33,44 EVA/EVAr 95/5 EVA/EVAr 90/10 EVA/EVAr 85/15 160 250 34,31 120 200 43,67 100 190 47,16 Os valores para deformação permanente são apresentados na Tabela 1. Observa-se que o melhor resultado de incorporação de EVA-r na matriz é de 5%g, pois o aumento na deformação permanente foi de aproximadamente 1% comparado à amostra pura expandida. Com a incorporação de 15%g de EVA-r, a diferença foi em torno de 10%, obtendo uma maior deformação da amostra comparada à amostra pura expandida. Também se pode verificar que, com o aumento do teor de EVA-r, a densidade das espumas diminuiu antes e também depois quando as amostras foram submetidas aos testes de compressão.
A Figura 5 apresenta o efeito do aumento do teor de EVA-r na deformação permanente das espumas. deformação permanente (%) 50 48 46 44 42 40 38 36 34 32 30 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 EVA-r (%) Figura 5: Efeito da incorporação do EVA-r na deformação permanente das espumas de EVA A adição de 5%g de EVA-r na matriz de EVA obteve valor semelhante ao da amostra sem resíduo. Este resultado está de acordo com a análise morfológica, onde grandes quantidades de resíduo tornam as paredes das células muito finas a ponto de se romperem, liberando o gás e aumentando a percentagem de deformação. Na Figura 6 podem-se observar as densidades antes e depois da compressão. densidade (Kg.m -3 ) 300 densidade antes da compressão 280 densidade depois da compressão 260 240 220 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 0 5 EVA-r (%) 10 15 Figura 6: Efeito da incorporação do EVA-r nas densidades das espumas antes e depois da compressão
Na amostra sem resíduo há um aumento de 53% no valor da densidade depois da compressão. Com a incorporação de 5%g de resíduo o valor da densidade aumenta 56% depois da compressão. Com a adição de 15%g de resíduo o aumento da densidade foi de 90% depois da compressão. A compressão teve influência na densidade mesmo sem a adição de resíduo, mas somente com 5%g de incorporação de EVA-r, a diferença não foi tão significativa em relação ao EVA 100%g. Conclusões Os resultados para os testes de compressão, discutidos em relação à influência da adição do EVA-r na morfologia, e nos valores de deformação permanente das espumas, apresentaram o melhor resultado com 5%g de adição do EVA-r. Na adição de 5%g de resíduo as amostras apresentaram o melhor valor para a densidade, a morfologia de células fechadas, onde a parede das células não se rompeu mesmo depois da compressão, não liberando assim o gás do seu interior e não sofrendo uma deformação permanente muito maior do que as amostras sem resíduo. Com a adição de 15%g de EVA-r as paredes das células se romperam antes e depois da compressão, e os valores obtidos para as suas densidades diminuíram o que torna as espumas menos resistentes. O EVA-r atuou como uma carga de enchimento, porque não promoveu melhoria na propriedade mecânica e seu aumento resultou na diminuição da densidade, provando que não pode ser utilizado em componentes onde seja necessária uma solicitação maior de resistência. Agradecimentos Os autores agradecem a CNPq, ao LPOL e a UCS. Referências Bibliográficas 1. J. R. Ruiz-Herrero; M. A. Rodríguez-Pérez; J. A. Saja Polymer. 2005, 46, 3105-3110. 2. N. J. Mills; M. A. Rodríguez-Pérez Cell. Polymer. 2001, 20, 79-100. 3. G.C. Stael; M.C.G. Rocha; S.M.C. Menezes; J.R.M. Almeida; N.M.S. Ruiz Materials Research. 2005, 8, 269 273. 4. R. Verdejo; N. J. Mills J. Biomechanics. 2004, 37, 1379-1386. 5. B. Pimpa; K. Muhammad; Z.Ghazali; K. Hashim; M. A. Hassam; D. M. Hashim Carbohydrate Polymers. 2006, Article in press.
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