PTI 2011 - WORKSHOP DE PESQUISA, TECNOLOGIA E INOVAÇÃO
SENAI/DR-BA
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, [email protected]
** Mestre em Ciência e Engenharia de Materiais, Orientador Iniciação Científica da Faculdade de Tecnologia SENAI
CIMATEC, [email protected]
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
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estes polímeros o Ecobras™ tem apresentado bastante destaque tecnicamente, ele
combina propriedades do Ecoflex® com um polímero natural modificado a base de
milho. O EcobrasTM 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 EcobrasTM 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
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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.
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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.
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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.
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