AVALIAÇÃO DAS PROPRIEDADES MECÂNICAS E MORFOLÓGICAS DAS ESPUMAS DE EVA COM A

INCORPORAÇÃO DE EVA RESÍDUO

Anisabel Buzzatti1*, 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;

2Depto. de Engenharia de Materiais da UCS – arthursusin@hotmail.com;

3Depto. de Engenharia Química da UCS –

lbgonell@ucs.br; 4Depto. de Físico-Química da UCS – mzandrad@ucs.br;

5Depto. 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].

Anais do 9o Congresso Brasileiro de Polímeros

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 N2. 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.

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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 N2 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).

Anais do 9o Congresso Brasileiro de Polímeros

(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

160 250 34,31

EVA/EVAr

90/10

120 200 43,67

EVA/EVAr

85/15

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.

Anais do 9o Congresso Brasileiro de Polímeros

A Figura 5 apresenta o efeito do aumento do teor de EVA-r na deformação permanente das

espumas.

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

0

30

32

34

36

38

40

42

44

46

48

50

def

orm

ação

per

man

ente

(%

)

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.

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

260

280

300 densidade antes da compressão

densidade depois da compressão

den

sid

ade

(Kg.m

-3)

EVA-r (%)151050

Figura 6: Efeito da incorporação do EVA-r nas densidades das espumas antes e depois da compressão

Anais do 9o Congresso Brasileiro de Polímeros

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.

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