DETERMINAÇÃO DO TEOR DE NEGRO-DE-FUMO EM TUBOS DE PEAD PARA
ABASTECIMENTO DE ÁGUA – COMPARAÇÃO ENTRE DOIS MÉTODOS
Micheli de Souza Haack 1, Ruth Marlene Campomanes Santana 2
1
Departamento de Engenharia de Materiais - UFRGS, Porto Alegre/RS, Brasil, [email protected]
2 Departamento de Engenharia de Materiais - UFRGS, Porto Alegre/RS, Brasil, [email protected]
INTRODUÇÃO
Atualmente o polietileno de alta densidade (PEAD) é o material polimérico mais usado como matéria-prima na produção de tubos para transporte de
água, devido as suas propriedades intrínsecas tais como: leveza, inércia química a temperatura ambiente, resistente à corrosão, fácil processamento e
instalação e ter um custo de manutenção relativamente baixo. [1,2] Porém, o material polimérico vem acompanhado com um pacote de aditivos de
proteção e modificação de propriedades, tais como pigmentação (negro-de-fumo (NF), dióxido de titânio, entre outros). O negro-de-fumo (NF), aditivo
composto de partículas finas de carbono, é um importante constituinte em compostos de polietileno usados na manufatura de tubos para distribuição
ou adução de água potável ou gás e transporte de esgoto sanitário sob pressão. O seu uso proporciona o meio economicamente mais eficiente para
alcançar o nível requerido de proteção do polietileno ao intemperismo UV necessário sem comprometer os requisitos de desempenho final desses
tubos. [3]
A norma ABNT NBR 15561 apresenta um conjunto de requisitos para qualificação dos tubos a serem utilizados para distribuição e adução de água e
transporte de esgoto sanitário sob pressão. [1] Um dos principais itens a ser avaliado para qualificação, está o teor de NF que segundo a norma deve
ser 2,5 ± 0,5%. Assim a determinação do teor de NF em amostras de tubos de PEAD é de grande importância e um dos requisitos principais para a
qualificação na distribuição ou adução de água ou transporte de esgoto sanitário.
O presente trabalho tem por objetivo mostrar a comparação entre resultados obtidos por dois diferentes métodos de ensaio para determinação do
teor de NF em amostras de tubos de PEAD. Foram analisadas seis amostras de tubos de PEAD utilizando o método convencional conforme a norma
ABNT NBR 9058 e um método desenvolvido utilizando o equipamento de análise termogravimétrica – TGA baseado nas normas ASTM E1131 e ASTM
D6370.
MÉTODOS
Análise Termogravimétrica - TGA
Determinação do teor de Negro-de-Fumo
Método convencional
ABNT NBR 9058
Método Alternativo (TGA)
ASTM E1131
ASTM D6370
Início:
Atmosfera N2
Aquecimento até 600°C
O termograma de TGA mostrado na Figura 2 apresenta o resultado
obtido para a 1ª via de análise da amostra 4, onde observa-se duas
curvas correspondentes a perda de massa (TG) (verde) e a derivada da
TG (azul) em função da temperatura. Na curva TG estão marcadas as
perdas de massas referente à decomposição do polímero (PEAD), para
essa amostra 97,5%, o momento em que ocorre a troca de atmosfera de
inerte (N2) para oxidante (ar sintético) próximo a 600 °C, perda de massa
referente ao NF que é oxidado e liberado na forma dióxido de carbono
(CO2), 2,1%, e ainda o resíduo de 0,4%. Da curva DTG podem ser obtidos
as temperaturas máximas de decomposição do polímero em 485 °C e da
oxidação do NF em 671 °C.
Isoterma - 2 minutos
Troca de atmosfera
N2 para ar sintético
Forno para Negro-de-Fumo
Atmosfera de N2
600°C por 15 minutos
Final:
Atmosfera N2
Aquecimento até 900°C
TGA 2050 TA Instruments
Forno para Negro-de-Fumo
Atmosfera de ar sintético
Aquecimento até 900°C
Termograma de TGA
Resultado
Resultado
Figura 2. Exemplo de termograma de TGA:
Amostra 4 – 1ª via de análise.
Figura 1. Procedimentos para realização dos ensaios:
Método convencional e método alternativo (TGA)
CONCLUSÃO
RESULTADOS E DISCUSSÃO
A Tabela 1 apresenta os resultados obtidos para determinação do
teor de negro-de-fumo das seis amostras de tubos analisadas com
uso dos dois métodos: Convecional (ABNT NBR 9058) e alternativo
(TGA – ASTM E1131 e ASTM D6370).
Os resultados obtidos através dos dois métodos apresentam uma
diferença média de 0,6%. O que é um valor bem próximo ao valor
de 0,5% referente ao desvio requerido na norma ABNT NBR 15561.
1
Teor NF (%)
Método
convencional
3,0
Teor NF (%)
Método
alternativo (TGA)
2,1
2
2,4
1,9
0,5
3
2,4
1,9
0,5
4
2,5
2,2
0,3
5
2,3
1,9
0,4
6
2,6
1,8
0,8
Amostra
Diferença entre
os resultados
Tabela 1. Comparativo entre os resultados obtidos:
Método convencional e método alternativo
0,9
Conclui-se que o método desenvolvido para análise por TGA oferece
bons resultados e otimiza o ensaio devido a precisão oferecida pelo
equipamento e também em função deste e do software de controle
associado fornecerem gráficos, termogramas, que possibilitam verificar
de maneira prática e rápida os resultados para determinação do teor de
negro-de-fumo.
REFERÊNCIAS
[1] Associação Brasileira de Normas Técnicas. ABNT NBR 15561: Sistemas para distribuição e adução de água e transporte
de esgoto sanitário sob pressão – Requisitos para tubos de polietileno PE 80 e PE 100. Rio de Janeiro, 2007.
[2] HSUAN, Y. G., McGRATH, T. J., HDPE Pipe: Recommended Material Specifications and Design Requirements.
Transportation Research Board, NCHRP Report 429, National Academy Press, Washington, D.C. 1999.
[3] China National Technical Committee of Standardisation for Plastic Products (SAC/TC48). Technical Performance
Requirements of Black Pressure Pipes – The Critical Role of Specialty P-Type Carbon Blacks in Compounds e
Masterbatches, 2005. http://www.cabot-corp.com/wcm/download/en-us/sb/P-type%20for%20Pipes%20Paper.pdf
visualizado em 02/10/2014.
[4] Associação Brasileira de Normas Técnicas. ABNT NBR 9058: Sistemas de ramais prediais de água – Tubos de polietileno
PE – Determinação do teor de negro-de-fumo. Rio de Janeiro, 1999.
[5] American Society for Testing and Materials. ASTM E1131: Standard Test Method for Compositional Analysis by
Termogravimetry, United States, 2008.
[6] American Society for Testing and Materials. ASTM D6370: Standard Test Method for Rubber - Compositional Analysis
by Termogravimetry (TGA), United States, 2009.
[7] TGA 2050, TA Instruments – Manual do Equipamento e software.
AGRADECIMETOS