aditivos

Prof. Marco-A. De Paoli

Principais tipos de aditivos para termoplásticos e suas funções:

!estabilizantes,

! plastificantes,

!lubrificantes,

!agentes antiestáticos,

!retardantes de chama,

!pigmentos e corantes,

!agentes de expansão e espumantes,

!nucleantes

!modificadores de impacto,

!cargas e agentes de reforço.


Cargas

Cargas (“fillers”) são materiais sólidos, insolúveis, que são adicionados aos polímeros durante o processamento em quantidades suficientes para diminuir o custo final ou para alterar de forma controlada alguma de suas propriedades físicas. A combinação produz um material heterogêneo com duas ou mais fases sólidas distintas, comumente chamado de compósito.

Os tipos principais de cargas são:

•Cargas de enchimento: •Cargas de reforço:•Cargas funcionais:


Cargas

Tipos principais de cargas, caracterizadas por forma de atuação:

•Cargas de enchimento: apenas reduzem o custo do produto.

•Cargas de reforço: alteram as propriedades mecânicas do produto.

•Cargas funcionais: alteram propriedades específicas do produto, como condutividade elétrica ou condutividade térmica.


Alguns tipos de cargas podem ter uma ou outra característica, ou agrupar várias delas de uma só vez.

Um exemplo é o negro de fumo, que pode atuar como:

•Carga de reforço em borracha vulcanizada.

•Carga de enchimento em termoplásticos

•Carga funcional em termoplásticos ou borrachas

•Pigmento em geral.

Cargas


As cargas também podem ser classificadas quanto à sua natureza ou origem em:

•Cargas inorgânicas ou cargas minerais.

•Cargas orgânicas.

•Cargas metálicas.

Cargas


Cargas inorgânicas ou cargas minerais.

"Carbonato de Cálcio

"Alumina tri-hidratada

"Silicas; diatomita, sílica gel

"Silicatos; caolin, talco, mica.

"Sulfato de bário

"Antracita

"Fibras de vidro ou microesferas ôcas de vidro.

"Etc.

Cargas


Micrografia eletronica de:(a) carbonato de calcio moido; (b) sílicamicrocristalina; (c) talco e (d) muscovita, mica.

Cargas


Micrografia eletrônica de: (e) caolin; (f) wollastonita e (g) micro esferas de vidro.

Cargas


Cargas orgânicas.

"Negro de fumo

"Pó de madeira

"Celulose

"Sabugo de milho moído

"Fibras vegetais em geral

"Etc.

Cargas metálicas*.

"Fibras ou partículas metálicas*Discutidas na seção de agentes anti-estáticos.

Cargas


Cargas de enchimento: apenas reduzem o custo do produto.

De um modo geral são compostos inorgânicos:

•Carbonatos, CaCO3

•Asbestos

•Argilas

•Talco, Mg3(Si4O10)(OH)2

•Outros


Cargas de enchimento, critérios de seleção:

"Propriedades intrínsecas às cargas.

"Aspecto e forma física

"Tamanho e distribuição do tamanho das partículas.

"Natureza química da superfície das partículas.

"Pureza química.

"Higroscopicidade.

"Abrasividade

"Propriedades térmicas, ópticas, elétricas, etc.

"Cu$to



Propriedades intrínsecas às cargas.

Aspecto e forma física:

Depende da origem e do processo de fabricação, variam as formas, o tamanho de grão, a área superficial do grão, a apresentação na forma de manta, fibra curta, fibra longa, fibra picada, etc.



Tamanho e distribuição do tamanho das partículas:

Afeta as propriedades mecânicas e reológicas do composto, pois definem a área de contato entre os componentes da formulação. Por exemplo, aglomerados não dispersos fragilizam o material.



Natureza química da superfície das partículas e pureza química:

Estas características definirão a compatibilidade e adesão da carga à matriz polimérica, pois estão relacionadas com a energia livre superficial, molhabilidade e a presença de grupos químicos superficiais (como hidroxilas ou carboxilas por exemplo).

A presença de contaminantes químicos também deve ser evitada pois eles podem agir como pró-degradantes (caso dos óxidos metálicos) ou, se forem orgânicos, podem se volatilizar durante o processamento provocando a formação de bolhas.



Higroscopicidade:

Cargas higroscópicas causam reações de hidrólise durante o processamento (problemático com poliamidas e poliésteres) ou dificultam a moldagem.

Abrasividade:

Causam desgaste prematuro e excessivo dos equipamentos de mistura e de processamento. O quartzo como impureza em cargas minerais pode causar este problema.



Propriedades térmicas, ópticas, elétricas, etc

Vão definir as propriedades finais do composto depois de processado. Neste caso essa característica é mais predominante nas cargas funcionais.

Cu$to:

O custo será fator preponderante em cargas de enchimento, onde o principal objetivo é justamente abaixar o custo final da peça.

No caso de cargas funcionais o custo vai depender do valor agregado ao material.


Cargas de reforço: alteram as propriedades mecânicas do produto.

Tipos mais comuns de cargas de reforço.

"Fibra de vidro

"Fibras vegetais

"Fibras poliméricas, polímeros auto-reforçados.

"Negro de fumo



"Fibra de vidro

Disponível no mercado com diferentes dimensões, variando o tamanho e o diâmetro das fibras. É usada em larga escala, principalmente com poliamidas (plásticos de engenharia) e resinas termofixas.

Apesar de ser um excelente agente de reforço, tem a desvantagem de ser muito abrasiva aos equipamentos de processamento e seus produtos tem um custo muito alto de reciclagem, seja térmica ou mecânica.



Polímeros auto-reforçados“Composites for reciclability”, T. Peijs, Materials Today, abril de 2003, pág. 30.

A tendência moderna é usar fibras de PP de alta performance para reforçar PP, ou seja o material reforçado é composto de um único polímero e, portanto, reciclável por métodos mecânicos.

Esta tecnologia já é usada para material cirúrgico bio-absorvível.


Cargas de reforço: alteram as propriedades mecânicas do produto. Polímeros auto-reforçados.

Placa de PP manufaturada por termoformagem usando reforço com fibras de PP.



Polímeros auto-reforçados.

20720186500,9PP

28430406001,4Linho

277707020002,6Vidro

Tenacidade específica

GPa/g cm-3

Tensão específica

MPa/g cm-3

Tenacidade

GPa

Esforço máximo

MPa

densidade

g cm-3

Fibra



Curvas de DSC das fibras de PP tencionadas e não tencionadas, mostrando o deslocamento do ponto de fusão.



Micrografia óptica mostrando a região interfacial transcristalina entre a fibra e a matriz de PP. Fibra e matriz feitos com o mesmo grade de PP.



Co-extrusão com um núcleo altamente orientado (B) e uma “pele” de polímero (A). O fio ou a fita são puxados a frio para maior orientação e cristalinidade.

A

A

B


Compósitos reforçados com fibras vegetais:A.N. Netravali e S. Chabba, “Composites get greener”, Materials Today, abril de 2003, pág. 22.

Fibras vegetais estão sendo cada vez mais usadas em substituição às fibras convencionais devido às seguintes vantagens:

"São produzidas por fontes renováveis.

"São biodegradáveis

"Menos abrasivas ao equipamento de processamento

"Podem ser incineradas

"Melhor capacidade de isolação térmica e sonora.

"Mais leves.

"Sua produção pode resolver graves problemas sociais no campo.

" Menor cu$to.


Compósitos reforçados com fibras vegetais também tem uma desvantagem:

!Não podem ser reciclados por métodos mecânicos, só podem ser reciclados por métodos térmicos.

Compósitos reforçados com fibras vegetais:


Compósitos reforçados com fibras vegetais: fibras usadas atualmente e suas propriedades.

61,4 – 128400 - 9383,6 – 3,81,5rami

48 – 89391 – 1000-----0,8Bambu

9,4 – 22,0511 – 6352,0 – 2,51,5Sisal

----6901,6---Canabis

27,6345 – 10352,7 – 3,21,5Linho

26,5393 – 7731,5 – 1,81,3Juta

5,5 – 12,6287 – 5977,0 – 8,01,5Algodão

Modulo/GPaTensão de fratura/MPa

Alongamento na ruptura/%

Densidadeg/cm3

Fibra



Seção de corte e vista longitudinal de fibras vegetais:a- sisal, b- juta, c- ramie e d- hanequem


Compósitos reforçados com fibras vegetais: a maior parte das peças é produzida por termoformagem ou moldagem por compressão.

Alguns exemplos de compósitos produzidos com fibras vegetais.



Placas de proteção inferior (“peito de aço”) do modelo Classe A da Mercedez feitas por termoformagem com compósitos de PP reforçados com fibras de linho (“flax”).



Peças do modelo Classe E da Mercedez feitas por termoformagem com compósitos de PP reforçados com fibras de linho (“flax”).



Painéis de porta feitos com 60 % de fibras vegetais em resina depoliuretano Baypreg® . O poliuretano por outro lado, pode ser produzido a partir de óleo de mamona.


Cargas funcionais: alteram propriedades específicas do produto, como condutividade elétrica ou condutividade térmica.

#Fibra de carbono*

#Fibras metálicas*

#Micro esferas ocas de vidro

#Etc.

* Já abordados quando tratamos dos agentes antiestáticos.


– Compósito de PP puro/HGM; micrografia eletrônica de varredura (aumento de 1000 vezes) de criofraturade espaguete extrudado

- Compósito de PP funcionalizado/HGM ,micrografia eletrônica de varredura (aumento de 1500 vezes) de criofratura de espaguete extrudado

Compósito de PP com micro esferas ocas de vidro, HGM.

A. C. R. Nery Barboza e Marco A. De Paoli, “Polipropileno carregado com microesferas ocasde vidro (glass bubblestm): obtenção de espuma sintática”, Polímeros: Ciência e Tecnologia, 12 (2002) 130 – 137.


Funcionalização do PP com anidrido maleico.

CH2 CH

CH3

n

ROOR' ++

O OO

CH2 CH

CH3

CH2 CH

CH3

CH2 CH

CH3

CH2 CH

CH3

OO O

CH2 CHCH2 CH

CH3

CH2 CH

CH3

OO O

RCH3


Principais Características das Microesferas Ocas de Vidro, HGM, utilizadas

Composição vidroborossilicato

Tratamento de superfície nenhum

Resistência ao Esmagamento (90% permanecem íntegras) / Pa

6,90x103

Densidade / g cm-3 0,37

Diâmetro médio das esferas / mm 85

Cor aparente branco


Principais tipos de aditivos para termoplásticos e suas funções:

!estabilizantes,

! plastificantes,

!lubrificantes,

!agentes antiestáticos,

!retardantes de chama,

!pigmentos e corantes,

!agentes de expansão e espumantes,

!nucleantes

!modificadores de impacto,

!cargas e agentes de reforço.

! etc .....

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