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FUNDAÇÃO CENTRO UNIVERSITÁRIO ESTADUAL DA ZONA OESTE
MESTRADO PROFISSIONAL EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE MATERIAIS
COMPÓSITOS DE MADEIRA PLÁSTICA REFORÇADA
COM MICA MUSCOVITA
Priscila de Oliveira Almeida
Rio de Janeiro
2018
ii
FUNDAÇÃO CENTRO UNIVERSITÁRIO ESTADUAL DA ZONA OESTE
MESTRADO PROFISSIONAL EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE MATERIAIS
COMPÓSITOS DE MADEIRA PLÁSTICA REFORÇADA COM
MICA MUSCOVITA
Dissertação apresentada ao Programa de Pós-
graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais–PPCTM
da UEZO como parte dos requisitos para obtenção do
grau de Mestre em Ciência de Materiais, sob a orientação
da Professora Dra Daniele Cruz Bastos e coorientação da
Professora Dra Shirleny Fontes Santos.
Rio de Janeiro
Junho de 2018
iii
FICHA CATALOGRÁFICA
Autorizo a reprodução e divulgação total ou parcial deste trabalho, por qualquer meio
convencional ou eletrônico, para fins de estudo e pesquisa, desde que citada a fonte.
ALMEIDA, Priscila , 1982- COMPÓSITOS DE MADEIRA PLÁSTICA
REFORÇADA COM MICA MUSCOVITA.
Compósitos de madeira plástica reforçada com
mica muscovita/ Priscila Almeida – Rio de Janeiro -
UEZO, 2018.
Orientadoras: Daniele Cruz Bastos e Shirleny
Fontes Santos.
Dissertação (Mestrado) - Fundação Centro
Universitário Estadual da Zona Oeste, 2018.
Referencias Bibliográficas: p. 52- 60.
1. PEAD reciclado 2. Madeira Plástica. 3. Mica
Muscovita. I. Bastos, Daniele Cruz. II. Fundação Centro
Universitário Estadual da Zona Oeste, Rio de Janeiro,
UEZO, Programa Pós-Graduação em Ciência e
Tecnologia de Materiais. III. Titulo.
iv
FOLHA DE APROVAÇÃO
Priscila de Oliveira Almeida
COMPÓSITOS DE MADEIRA PLÁSTICA REFORÇADA COM
MICA MUSCOVITA
Dissertação apresentada ao Programa de Pós-graduação
em Ciência e Tecnologia de Materiais–PPCTM da UEZO
como parte dos requisitos para obtenção do grau de
Mestre em Ciência de Materiais.
Aprovada em _____ de _____________ 2018.
Banca Examinadora:
___________________________________________ Profa. Marta Duarte da Fonseca de Albuquerque, D.Sc. (CETEM) ______________________________________________ Prof. Florêncio Gomes de Ramos Filho, D.Sc. (UEZO) _____________________________________________ Profa. Elaine Vidal Dias Gomes Líbano, D.Sc.(UEZO) _____________________________________________ Profa. Shirleny Fontes Santos, D.Sc. (UEZO) _______________________________________________ Profa. Daniele Cruz Bastos, D.Sc. (UEZO) Presidente
Rio de Janeiro
Junho de 2018
v
Dedico esse trabalho:
Ao meu Filho Eduardo, razão da minha vida.
vi
Agradeço primeiramente a Deus.
Aos meus pais Paulo Cesar de Almeida e Luzia de Oliveira
Almeida que sempre me incentivaram e apoiaram em todas as
situações na minha vida e principalmente à minha mãe, que por
várias vezes deixava o conforto de seu lar para me dar todo
auxílio, cuidando de tudo, para que eu pudesse me dedicar a
este trabalho. Ao meu esposo Felipe pela motivação e
compreensão nos momentos de ausência. À professora Dra
Renata Antoun Simão (PEMM/COPPE/UFRJ) pelo uso do FTIR.
À doutoranda Ariadne Gonçalves de Leão
(PEMM/COPPE/UFRJ) pela ajuda no processamento dos
materiais e análises de DSC. Ao professor Dr. Francis Kley V.
Moreira (Departamento de Engenharia de Materiais,
DEM/UFSC) pelo auxílio nas análises de TG/DTG. Às minhas
orientadoras: Dra. Daniele Cruz Bastos e Dra. Shirleny Fontes
Santos, por toda paciência, dedicação demonstrada e por me
guiar no desenvolvimento deste trabalho. Com certeza foram
decisivas para que eu conseguisse concluir este trabalho.
vii
RESUMO
A Madeira Plástica, é um dos materiais ecológicos mais cobiçados atualmente, por
ser um dos mais sustentáveis, versáteis e flexíveis. Na esfera ecológica, é uma madeira
reciclável e faz uso de matérias primas recicladas que poderiam ter um descarte incorreto.
Economicamente, dispensa manutenção constante e tem alta durabilidade. No âmbito social,
gera empregos e contribui com os profissionais de cooperativas de reciclagem. Com o
objetivo de melhorar propriedades mecânicas da madeira plástica utilizada para a confecção
de equipamentos urbanos fabricados pela COMLURB-RJ, o presente trabalho utilizou aparas
de madeira plástica composta predominantemente de PEAD reciclado na preparação de
compósitos de madeira plástica com diferentes percentuais de mica muscovita, utilizada
como reforço mineral. Nesse trabalho foram avaliadas as propriedades de densidade,
dureza, MFI, FTIR, TGA e DSC dos compósitos de Madeira Plástica pura e com adição de
5%, 10%, 15% e 20% de Mica Muscovita. O compósito foi preparado utilizando um
misturador interno com rotores do tipo roller a uma temperatura de 170ºC por 10 minutos. Os
compósitos de MP/mica apresentaram um aumento progressivo de densidade e uma
redução no valor de fluidez, ou seja, uma restrição no fluxo do material, que foi relacionado a
uma restrição do movimento das cadeias. Já a análise de dureza confirmou a ação da mica
como carga reforçante na matriz de madeira plástica, mas que se estabiliza em torno de
15%. Verificou-se também, na análise termogravimétrica, que a amostra com 15% de mica
apresentou desempenho ligeiramente melhor que a de 20% de mica, o que pode indicar, que
acima de 15%, ao invés de funcionar como reforçante, pode estar causando uma
desorganização na estrutura polimérica. Os resultados de DSC revelaram que as amostras
de madeira plástica com mica apresentaram temperaturas máximas de fusão ligeiramente
menores em relação à madeira plástica. O espectro de FTIR não caracterizou mudanças na
estrutura química, indicando que não houve interação química entre a madeira plástica e a
mica muscovita.
Palavras-Chave: Compósitos, Madeira Plástica, Mica muscovita, Polietileno de alta
densidade.
viii
ABSTRACT
The Plastic Wood is one of the most coveted ecological materials currently, for
being one of the most sustainable, versatile and flexible materials. In the ecological sphere, it
is a recyclable wood and makes use of recycled raw materials that could have an incorrect
disposal. Economically, it provides constant maintenance and high durability. In the social
sphere, it generates jobs and contributes to the professionals of recycling cooperatives. With
the proposal of improving mechanical properties of the plastic wood used in the manufacture
of urban equipment manufactured by COMLURB, company of garbage collection, located in
Rio de Janeiro, Brazil, the present work used plastic wood chips composed basically of
recycled PEAD in the preparation of plastic wood composites with different percentages of
muscovite mica, used as a mineral reinforcement. In this work, the properties of density,
hardness, MFI, FTIR, TGA and DSC of pure plastic composites were evaluated, with 5%,
10%, 15% and 20% of Mica Muscovite addition. The composite was prepared, using an
internal mixer with roller type rotors at a temperature of 170°C for 10 minutes. The MP/mica
composites showed a progressive increasing of density and a reduction in the value of
fluidity, that is a restriction on the flow of the material, which was related to a movement
restriction of the chains. The hardness analysis confirmed the action of mica as a reinforcing
load on the plastic wood matrix, but stabilized around 15%. It was also verified, in the
thermogravimetric analysis, that the sample with 15% of mica presented slightly better
performance than the sample with 20%, which may indicate that above 15% of mica, instead
of acting as a reinforcing, may be causing disorganization in the polymeric structure. The
results of DSC revealed that the samples of plastic wood with mica had slightly lower melting
temperatures compared to the plastic wood. The FTIR spectrum didn’t characterize changes
in the chemical structure, indicating that there was no chemical interaction between the
plastic wood and the muscovite mica.
Keywords: Composites, Plastic Wood, Muscovite Mica, High Density Polyethylene.
ix
Sonhos determinam o que você quer. Ação determina o que
você conquista.
Aldo Novak
x
SUMÁRIO
RESUMO ......................................................................................................................... vii
SUMÁRIO .......................................................................................................................... x
LISTA DE FIGURAS ........................................................................................................ xii
LISTA DE QUADROS ..................................................................................................... xiv
LISTA DE ABREVIATURAS ............................................................................................ xv
1. INTRODUÇÃO ....................................................................................................... 1
1.1. OBJETIVO GERAL ................................................................................................ 2
1.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS .................................................................................. 2
REVISÃO DA LITERATURA .................................................................................. 3
2.1. O POLIETILENO DE ALTA DENSIDADE (PEAD) .................................................. 3
2.2. RECICLAGEM DOS POLÍMEROS ......................................................................... 9
2.3. MADEIRA PLÁSTICA ............................................................................................13
2.4. COMPÓSITOS ......................................................................................................21
2.4.1. Compósitos com matriz de PEAD ou madeira plástica................................21
2.4.2. Compósitos Polímero/Carga Mineral............................................................24
2.5. MICA MUSCOVITA ...............................................................................................32
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL .....................................................................36
3.1. MATERIAIS E EQUIPAMENTOS ..........................................................................36
3.2. MÉTODOS: ...........................................................................................................37
3.2.1. Obtenção e beneficiamento da Madeira Plástica.........................................37
3.2.2. Obtenção e beneficiamento da mica............................................................37
3.2.3. Processamento dos Materiais......................................................................38
3.3. CARACTERIZAÇÃO DOS MATERIAIS.................................................................40
3.3.1. Dureza..........................................................................................................40
3.3.2. Densidade....................................................................................................41
3.3.3. Análise do Índice de Fluidez (MFI)...............................................................42
xi
3.3.4. Espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR).......42
3.3.5. Análise Termogravimétrica (TGA).................................................................43
3.3.6. Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC).................................................44
RESULTADOS E DISCUSSÕES ..........................................................................45
4.1. DENSIDADE .........................................................................................................45
4.2. DUREZA ...............................................................................................................46
4.3. ANÁLISE DO ÍNDICE DE FLUIDEZ (MFI) .............................................................47
4.4. ESPECTROSCOPIA DE INFRAVERMELHO COM TRANSFORMADA DE FOURIER
(FTIR) ................................................................................................................................48
4.5. ANÁLISE TERMOGRAVIMÉTRICA (TGA) ............................................................50
4.6. CALORIMETRIA EXPLORATÓRIA DIFERENCIAL (DSC) ....................................52
CONCLUSÕES .....................................................................................................54
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ......................................................................56
xii
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Representação da estrutura do esferulito (Fonte - Callister, 2006) ......................... 4
Figura 2 - Representação esquemática da estrutura do PEAD (Fonte - COUTINHO et al,
2003). ..................................................................................................................................... 7
Figura 3 - Simbologia utilizada para identificação de embalagens poliméricas. .................... 10
Figura 4 - Madeira Plástica (Fonte - OLIVEIRA et al, 2013) .................................................. 13
Figura 5 - Exemplos de aplicações de madeira Plástica (Fonte - ECOPLEX) ....................... 15
Figura 6 - Equipamentos urbanos produzidos pela Comlurb (Fonte: DE REZENDE, 2015). . 16
Figura 7 - Processo de fabricação de madeira plástica (Fonte - CASTRO, 2016). ................ 19
Figura 8 - Perfis de madeira plástica e o processamento de perfis (Fonte - DE REZENDE,
2015) .................................................................................................................................... 19
Figura 9 - Resíduo em pó de madeira plástica (Fonte - DE REZENDE, 2015). ..................... 19
Figura 10 - Ilustração da relação de aspecto de partículas acicular e micacea (Fonte - Lima,
2007). ................................................................................................................................... 25
Figura 11 - Cristais micáceos de muscovita (a) e direções ópticas e cristalográficas (b) (Fonte
- MACHADO, 2003) .............................................................................................................. 34
Figura 12 - Mica em folha (a) e mica moída (b) (Fonte - SANTOS, 2009) ............................. 35
Figura 13 - Misturador interno Brabender - (a) material sendo colocado no misturador. (b)
material sendo retirado após o processamento ..................................................................... 39
Figura 14 - Materiais moídos, separados por composição. ................................................... 40
Figura 15 - Durômetro Shore D modelo GS702 .................................................................... 40
Figura 16 - Densímetro DSL910 – GEHAKA ......................................................................... 41
Figura 17 - PlastômetroMeltFlowQuik Index – CEAST (UEZO) ............................................. 42
Figura 18 - FTIR - modelo Nicolet 6700 da Thermo Scientific. .............................................. 41
xiii
Figura 19 - Resultados da análise de Densidade. ................................................................. 43
Figura 20 - Resultados da análise de Dureza.........................................................................44
Figura 21 - Resultados da análise de MFI...............................................................................45
Figura 22 - Resultados da análise FTIR [eixo x: número de onda (cm-1) e eixo y: Absorbância
(u.a.)].......................................................................................................................................46
Figura 23 - Curvas de TGA das amostras de madeira plástica/mica......................................47
Figura 24 - Análise de TGA das amostras de madeira plástica/mica na região entre 425-
500°C......................................................................................................................................48
Figura 25 - Perfil DSC da madeira plástica e os compósitos com mica..................................49
Figura 26 - Ampliação da região do pico de fusão da madeira plástica e os compósitos.......50
xiv
LISTA DE QUADROS
Quadro 1 - Propriedades de diferentes tipos de Polietilenos (Fonte - TORRES, 2007) ..... 6
Quadro 2 - Principais aditivos usados na fabricação de madeira plástica ........................18
Quadro 3 - Principais tipos de mica e classificação (Fonte - BATISTA, 2016) .................33
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Propriedades físicas da muscovita (Fonte - DE PAULA, 2015) ...................... 34
Tabela 2 - Proporções (em massa) de cada componente dos compósitos. ..................... 38
Tabela 3 - Valores de densidade, dureza e índice de fluidez das amostras MP/mica. ..... 45
Tabela 4 – Porcentagem de resíduo após termogravimetria para amostras MP/mica. .... 51
xv
LISTA DE ABREVIATURAS
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas
ASTM American Society for Testing Materials - Associação normatizadora norte
americana
CETEM Centro de Tecnologia Mineral
Comlurb Companhia Municipal de Limpeza Urbana
DRX Difração de raiosX
DSC Calorimetria exploratória diferencial
FTIR Espectroscopia de Infravermelho com Transformada de Fourier
FV Fibra de Vidro
MEV Microscopia eletrônica de varredura
MFI Medida do índice de fluidez
MO Microscopia óptica de alta capacidade de aumento e resolução
PEAD ou HDPE Polietileno de alta densidade
PEADr Polietileno de alta densidade reciclado
PEADv Polietileno de alta densidade virgem
PEBD ou LDPE Polietileno de baixa densidade
PE-g-MAH Polietileno graftizado com Anidrido Maleico
PELBD ou LLDPE Polietileno linear de baixa densidade
PET Poli (etileno tereftalato)
PEUAPM ou UHMWPE Polietileno de ultra alto peso molecular
PEUBD ou ULDPE Polietileno de ultra baixa densidade
PMMA Poli (metacrilato de metila)
PP Polipropileno
PPMA Polipropileno Maleatado
xvi
PS Poliestireno
PVC Poli (cloreto de vinila)
RPL Recycled Plastic Lumber Tipo de madeira plástica
TGA Análise termogravimétrica
UEZO Centro Universitário Estadual da Zona Oeste
UV Ultravioleta
WPC Wood Plastic Composite Tipo de madeira plástica com pó de madeira
ZSM “Zeolite Socony Mobil” Um dos tipos de zeólitas existente
1
1. INTRODUÇÃO
Desde seu advento e desenvolvimento tecnológico, os polímeros promoveram
impactantes alterações na sociedade, graças à grande diversidade de produtos, facilidade de
processamento, baixo custo, designers inovadores, entre outras vantagens. Entretanto, o
crescente uso destes materiais tem levado à produção de uma quantidade enorme de
resíduos pós-consumo que causam grande impacto ambiental (DINNEBIER, 2015).
Uma das medidas mais utilizadas para amenizar o impacto ambiental gerado pelos
polímeros é a reciclagem. Neste processo, resíduos de fabricação ou processamento (pós-
industrial) ou artefatos descartados (pós-consumo) voltam à linha de processamento para
obtenção de um novo produto. A madeira plástica é um exemplo de produto obtido a partir do
reprocessamento de resíduos plásticos industriais variados, principalmente o polietileno de
alta densidade (PEAD) (MATOS, 2015).
A madeira plástica, também chamada madeira ecológica, encontra amplo uso em
móveis de jardim, decks, cercas, fachadas, decoração e playgrounds, entre outros. Porém,
em virtude do frequente uso ao ar livre, estes materiais sofrem com a exposição constante a
luz solar e outras intempéries, apresentando por isso necessidade de melhoria nas
propriedades térmicas e mecânicas principalmente (GUIMARÃES, 2013).
Uma alternativa possível é o reprocessamento da madeira plástica com incorporação
de cargas de reforço, ou seja, na forma de compósitos. Diversos tipos de materiais vêm
sendo estudados para uso como cargas de reforço, dentre eles destacam-se as fibras de
vidro e poliméricas, carbonato de cálcio, as fibras vegetais (sisal, coco, juta, etc.) e
argilominerais (bentonita, montmorilonita, muscovita, etc.) (MARINELLI et al., 2008).
O termo mica é aplicado a um grupo de minerais alumino-silicatos complexos, que
apresentam estrutura lamelar e diferentes composições químicas e propriedades físicas
(DANA, 1959). No grupo das micas três subtipos encontram maior destaque - muscovita,
flogopita e biotita. Na região nordeste do Brasil há reservas do mineral muscovita, onde a
lavra é realizada principalmente em garimpos o que ocasiona a obtenção de mineral com
baixo valor agregado e grande quantidade de rejeitos é gerada, causando também poluição
ambiental (SANTOS et al., 2011).
2
A literatura vem registrando grande número de trabalhos com foco no
desenvolvimento de compósitos baseados na interação entre uma matriz polimérica e
argilominerais (bentonita, montmorilonita, muscovita, etc.) que alcançaram melhorias das
propriedades mecânicas e térmicas, entre outras (LIMA, 2007; EIRIZ E RIBEIRO, 2016;
FONSECA, 2015; Escócio, 2003; OMAR, 2010).
Neste contexto, o presente trabalho tem como objetivo a obtenção de um compósito
de madeira plástica e o mineral muscovita para obtenção de material com propriedades
térmicas e mecânicas melhoradas.
1.1. OBJETIVO GERAL
O presente trabalho tem como objetivo a preparação e análise do compósito de
resíduo madeira plástica com a carga mineral mica moscovita.
1.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Obter o resíduo de da madeira plástica beneficiada (separação, corte,
imantação);
Obter materiais compósitos com diferentes proporções de madeira
plástica/mica (100/0, 95/5, 90/10, 85/15 e 80/20) em misturador interno;
Verificar a influência da mica através da caracterização dos materiais
obtidos por testes de Densidade (ASTM D792-2008), Dureza Shore D (ASTM
D2240-2010), Índice de Fluidez (MFI - ASTM D1238), Espectroscopia de
Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR), Análise Termogravimétrica
(TGA) e Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC).
3
REVISÃO DA LITERATURA
2.1. O POLIETILENO DE ALTA DENSIDADE (PEAD)
Os polímeros naturais, como também as cerâmicas, são utilizados desde os tempos
mais remotos da humanidade. Porém no último século aconteceu um grande
desenvolvimento de polímeros sintéticos, devido ao desenvolvimento de novas tecnologias
que permitem a determinação das estruturas moleculares destes materiais. Em várias
aplicações, os materiais metálicos estão sendo substituídos por plásticos, que apresentam
boas propriedades e um custo de produção mais baixo (CALLISTER, 2002).
Em relação ao conceito, a palavra polímero tem sua origem do grego poli (muitos) e
mero (unidade de repetição). Um polímero, então, é uma macromolécula formada por muitas
(dezenas de milhares) unidades de repetição (meros), ligados por tipo de ligação covalente.
A matéria-prima para a produção de um polímero é o monômero, isto é, uma molécula com
apenas uma unidade (mero) de repetição (CANEVAROLLO, 2002).
Não diferente dos outros tipos de materiais, as propriedades dos polímeros estão
intrinsecamente relacionadas à sua microestrutura.
Quanto à estrutura molecular, os polímeros podem ser subdivididos em polímeros
lineares, ramificados, com ligações cruzadas ou em rede (CALLISTER, 2002). Nos polímeros
lineares, as unidades mero são unidas de ponta a ponta em cadeias únicas. As cadeias são
flexíveis e podem existir grandes quantidades de ligações de van der Waals. Alguns
exemplos de polímeros lineares são o cloreto de polivinila, poliestireno, polimetil metacrilato,
nylon fluorocarbonos e o conhecido polietileno.
Já nos polímeros ramificados as cadeias de ramificações laterais são conectadas às
cadeias principais, com uma compactação da cadeia reduzida, resultando em polímeros de
baixa densidade. Os polímeros lineares também podem ser ramificados.
Os polímeros com ligações cruzadas têm as cadeias lineares ligadas umas às outras,
por ligações covalentes em varias posições. Durante a síntese do polímero essas ligações
são obtidas a altas temperaturas e são encontradas em muitos dos materiais elásticos com
características de borracha. As ligações neste caso, não são reversíveis.
Polímeros em rede são unidades de mero com três ligações covalentes ativas,
formando redes tridimensionais. Os polímeros com muitas ligações cruzadas podem ser
4
caracterizados como polímeros em rede e estes apresentam características mecânicas e
térmicas distintas. Ex: Materiais de base epóxi e fenolformaldeído.
Atualmente o polietileno é o polímero mais utilizado em embalagens, devido, sobretudo
ao seu fácil processamento, o que o torna bastante acessível economicamente, bem como a
ausência de toxicidade. O polietileno é um polímero semicristalino que possui sua estrutura
cristalina organizada dentro das lamelas, as quais são ligadas umas as outras através de
pontes interlamelares que constituem as regiões amorfas. Os cristais são formados
regularmente pelas lamelas de aproximadamente 10-20 nm de espessura e cerca de 10 μm
de comprimento, como mostrado na Figura 1. Estas estruturas crescem radialmente
formando os esferulitos que apresentam uma sequência regular de anéis concêntricos em
formato de cruz de malta (BARBOSA, 2016).
Figura 1 - Representação da estrutura do esferulito (Fonte - Callister, 2006)
Coutinho et al (2003), em seu trabalho, descreveram as principais características do
polietileno, suas principais aplicações e o tipo de processamento. Dependendo das
condições reacionais e do sistema catalítico empregado na polimerização, cinco tipos
diferentes de polietileno podem ser produzidos:
5
- Polietileno de baixa densidade (PEBD ou LDPE) - O Polietileno de baixa densidade é
um polímero semicristalino (50 – 60%), que contém cadeias ramificadas, com uma faixa de
fusão entre 110 a 115 °C. Com uma combinação única de propriedades destacam-se as
propriedades - tenacidade, alta resistência ao impacto, alta flexibilidade, boa
processabilidade, estabilidade e propriedades elétricas notáveis. São utilizados como filmes
para embalagens industriais e destinados a embalagens de alimentos líquidos e sólidos.
- Polietileno linear de baixa densidade (PELBD ou LLDPE) - Este material apresenta
uma estrutura molecular de cadeias lineares com ramificações curtas que têm influência
(tanto no PELBD quanto no PEBD), na morfologia e em várias propriedades físicas como,
rigidez, densidade, dureza e resistência à tração. Sua distribuição de peso molecular é
estreita quando este é comparado ao polietileno de baixa densidade (PEBD).
- Polietileno de ultra baixa densidade (PEUBD ou ULDPE) - Com densidade
aproximada de 0,865 g/cm³, é um polietileno que oferece maior resistência, mais flexibilidade
e melhores propriedades ópticas em relação ao PELBD. Sua principal utilização é como
resina modificadora, principalmente para polietileno de alta (PEAD), baixa densidade (PEBD)
e polipropileno (PP). As propriedades que melhoram com a adição de PEUBD aos
polietilenos e ao PP são a resistência ao impacto, à flexibilidade e a resistência ao
rasgamento.
- Polietileno de ultra-alto peso molecular (PEUAPM ou UHMWPE) - Com uma alta
densidade, longa cadeia molecular, e a ausência de ramificações em sua estrutura
proporcionam ao PEUAPM propriedades, tais como: maior resistência à abrasão, boa
resistência à corrosão, alta resistência à fadiga cíclica, alta resistência à fratura por impacto,
alta resistência química, alta dureza e baixo coeficiente de atrito.
-Polietileno de alta densidade (PEAD ou HDPE) - A linearidade das cadeias e
consequentemente a maior densidade do PEAD fazem com que o alinhamento, a orientação
e o empacotamento das cadeias sejam mais eficientes; as forças intermoleculares (Van der
Waals) possam agir mais intensamente, e, como consequência, a cristalinidade seja maior
que no caso do PEBD. Sendo maior a cristalinidade, a fusão poderá ocorrer em temperatura
mais alta.
6
O PEAD surgiu na década de 1890, com a síntese do polimetileno resultante da
decomposição do diazometano. O polimetileno assim obtido era um polímero linear de peso
molecular elevado, tendo ponto de fusão 137° C e densidade de 0,970 g/cm3 (BATISTA,
2013). No Quadro 1 são mostradas algumas propriedades físicas para diferentes tipos de
polietilenos.
Quadro 1 - Propriedades de diferentes tipos de polietilenos (Fonte - TORRES, 2007)
LLDPE LDPE HDPE UHMW-PE
Densidade (g/cm3) 0,910-0,925 0,915-0,935 0,941-0,967 0,93
Temperatura de Fusão (ºC) 125 106-112 130-133 132
Tensão de ruptura (MPa) 14-21 6,9-17,2 18-30 20-41
Elongação até a ruprura (%) 200-1200 100-700 100-1000 300
Módulo de flexão (MPa) 248-365 415-795 689-1654 -
Resistencia ao Impacto Izod
(J/m) - 0,67-21 27-160 Não quebra
Dureza (Shore D) 41-53 45-60 60-70 -
Segundo Coutinho et al (2003), a utilização do PEAD depende do método de produção.
O tipo de sistema de iniciador utilizado é a principal diferença entre o processo de
polimerização de etileno sob baixa pressão e o processo sob alta pressão está no tipo de
sistema iniciador usado.
Ziegler e Natta descobriram os iniciadores (catalisadores) utilizados para polimerizar
sob pressões próximas à atmosférica, em suas pesquisas sobre compostos
organometálicos, principalmente organo-alumínio. Sob a ação de catalisadores Ziegler-Natta,
a polimerização se efetua em temperaturas entre 20 a 80 ºC, sob pressões de etileno entre
7
10 a 15 atm. e em meio de hidrocarbonetos parafínicos em presença de um composto alquil-
alumínio e um sal de Ni, Co, Zr ou Ti. Esses sistemas catalíticos (iniciadores) são ativos o
suficiente para que a reação ocorra, à pressão atmosférica e temperaturas inferiores a 100
°C (COUTINHO et al, 2003).
No processo Phillips, a polimerização se realiza em temperaturas brandas, inferiores a
100 °C, e a baixas pressões, em torno de 50 atm, um catalisador suportado em alumina
constituído de óxido de cromo, ativado por uma base é utilizado nesse processo. Quando
comparado com o polietileno obtido com catalisadores Ziegler-Natta, o produto é menos
ramificado e tem por isso uma estrutura altamente cristalina, gerando então um produto com
uma densidade maior. Esse polímero contém menos que uma cadeia lateral por 200 átomos
de carbono da cadeia principal (Figura 2), sua temperatura de fusão cristalina é
aproximadamente 132 °C e sua densidade está entre 0,95 e 0,97 g/cm³. O peso molecular
numérico médio fica na faixa de 50.000 a 250.000 (COUTINHO et al, 2003).
Figura 2 - Representação esquemática da estrutura do PEAD (Fonte - COUTINHO et al, 2003).
O Polietileno de Alta Densidade (PEAD) é o mais importante dentre as três variações
de polietilenos (PE) devido às suas características intrínsecas e ao consequente enorme
volume consumido em nível global. Com sua grande estrutura linear composta por apenas
poucos ramos laterais, os quais conduzem a uma maior densidade, e a uma estrutura mais
cristalina, o PEAD possui vantagens significativas, em comparação com os outros
polietilenos, permitindo, portanto, um maior leque de utilizações (TECHDUTO, 2018).
8
Na produção de produtos de PEAD são utilizados processos como injeção, sopro,
retomoldagem e extrusão. A moldagem por sopro é um importante canal de escoamento
para artefatos de PEAD tais como garrafas de leite e outras bebidas não carbonatadas, além
de tambores, reservatórios de combustível para automóveis, brinquedos e produtos
domésticos, entre outros. Devido ao fato de o PEAD possuir boa resistência físico-química, o
mesmo é igualmente utilizado para a embalagem de muitos produtos químicos domésticos e
industriais, como por exemplo, detergentes, cloro e ácidos (BATISTA, 2013).
O PEAD também pode ser injetado para moldar itens como caixas, pallets,
embalagens, produtos domésticos e brinquedos. Além disso, ele também pode ser extrusado
para a produção industrial de canos de água, canos de gás natural e de dutos de irrigação,
além de tubos corrugados, dutos para sistemas de drenagem e de esgotos, e canos
condutores de cabos elétricos e de telecomunicações (BATISTA, 2013).
Particularmente no mercado brasileiro, o PEAD é um dos polímeros mais consumidos,
e juntamente com Polipropileno (PP), Poliestireno (PS), Policloreto de Vinila (PVC) e
Politereftalato de Etileno (PET) faz parte do grupo de polímeros que representam cerca de
90% do consumo nacional. Por este motivo é também um dos principais polímeros
encontrados nos resíduos sólidos urbanos e também um dos mais reutilizados e reciclados
(SPINACÉ e DE PAOLI, 2005).
O PEAD encontra amplo reuso, por exemplo, no preparo da madeira plástica, que é
obtida a partir do reprocessamento de diversos polímeros pós-consumo, principalmente o
próprio polietileno de alta densidade (DE REZENDE, 2015).
9
2.2. RECICLAGEM DOS POLÍMEROS
Atualmente está sendo dada muita ênfase à preservação e conservação do meio
ambiente como forma de garantir um desenvolvimento sustentável. A produção e uso de
plásticos causa uma série de impactos ambientais. Entre os diversos danos causados ao
meio ambiente estão o grande uso de combustíveis fósseis não renováveis, e a geração dos
resíduos plásticos (GOUVÊA, 2011; FERNANDES, 2016).
Esses resíduos em geral, levam muito tempo para sofrerem degradação espontânea e,
quando queimados, produzem gases tóxicos. Além disso, devido às significativas oscilações
nos preços do barril de petróleo no mercado internacional e de suas limitações de
fornecimento em longo prazo, a necessidade de destinação sustentável para os polímeros,
como a reciclagem, por exemplo, ganha ainda maior importância (GOUVÊA, 2011;
FERNANDES, 2016).
Em um cenário em que os custos assumiram também um papel vital na dinâmica
econômica mundial, a reciclagem passou a ter um papel-chave para viabilização financeira
de empreendimentos ligados ao plástico. Segundo o site da empresa brasileira TECHDUTO,
12% dos aterros sanitários norte-americanos é composto por plásticos diversos e, destes,
19% são de PEAD, constituindo assim uma quantidade incrível de matéria-prima de baixo
custo que pode ser reciclada. Nos países desenvolvidos, 7% do lixo doméstico residencial é
formado por resquícios de embalagens plásticas, principalmente PEAD.
Há diversas formas de reciclar polímeros. As metodologias de reciclagem podem ser
classificadas em quatro categorias: reciclagem primária, secundária, terciária e quaternária.
A reciclagem primária é o reprocessamento de resíduos da produção de materiais
poliméricos na própria indústria de produção de plásticos que os gera (portanto material
processado, pós-industrial, pré-consumo). Estes resíduos são aparas, artefatos defeituosos
etc. que são triturados e reprocessados juntamente com o polímero virgem para gerar os
mesmos produtos de sua linha de produção A reciclagem secundária é similar à primária,
porém utiliza matérias primas pós-consumo, como plásticos oriundos de coleta de resíduos
sólidos urbanos (RSU). A fonte da matéria prima faz toda diferença, pois o material em tela
foi utilizado pelos consumidores, descartado e coletado como RSU, havendo grande chance
de presença de contaminantes e mistura de tipos diferentes de polímeros. Reciclagem
10
terciária: processo tecnológico de produção de insumos químicos ou combustíveis a partir de
resíduos poliméricos. Reciclagem quaternária: processo tecnológico de recuperação de
energia de resíduos poliméricos por incineração controlada (SPINACÉ e DE PAOLI, 2005;
GUIMARÃES, 2013; MARTINS, 2017).
Por definição a reciclagem primária e secundária são conhecidas como reciclagem
mecânica, a terciária é chamada de reciclagem química e a quaternária de reciclagem
energética. No Brasil a principal reciclagem praticada é a mecânica (ROMÃO et al, 2009).
A reciclagem mecânica pode ser viabilizada através do reprocessamento por extrusão,
injeção, moldagem por compressão, etc. Para este fim são necessários alguns
procedimentos que incluem as seguintes etapas - separação do resíduo polimérico,
moagem, lavagem, secagem, reprocessamento e, finalmente, a transformação do polímero
em produto acabado. (SPINACÉ e DE PAOLI, 2005; GUIMARÃES, 2013; MARTINS, 2017).
A primeira etapa, que é a de separação, tem por objetivo a eliminação de
contaminantes, produtos compostos por dois ou mais tipos de plástico diferentes, vidros,
rótulos de produtos, embalagens metalizadas, grampos, tampas, madeiras, papéis e outros.
No Brasil a separação de materiais poliméricos é feita de acordo com o código de
identificação de embalagens, através do aspecto visual, e que é adotado internacionalmente
e, é previsto na norma ABNT NBR13230 - Simbologia Indicativa de Reciclabilidade e
Identificação de Materiais Plásticos. Esta simbologia é apresentada na Figura 3 a seguir
(SPINACÉ e DE PAOLI, 2005; GUIMARÃES, 2013; MARTINS, 2017).
Figura 3 - Simbologia utilizada para identificação de embalagens poliméricas. (Fonte: internet. Reproduzido da Norma NBR 13230 da ABNT).
11
A seguir vem a etapa de moagem e peneiramento, na qual o material é moído e
peneirado na forma de “pellets” antes do reprocessamento. Isto permite acomodar melhor o
material no equipamento de processamento, como a extrusora ou a injetora. Objetiva a
obtenção de fragmentos do material em dimensões as mais uniformes possíveis a fim de
obter uma fusão relativamente homogênea (SPINACÉ e DE PAOLI, 2005; GUIMARÃES,
2013; MARTINS 2017).
O polímero depois de moído é lavado em água ou solução de detergente aquecido.
Para reutilização ou emissão, como efluente, dessa água é necessária que a água de
lavagem receba um tratamento (SPINACÉ e DE PAOLI, 2005; GUIMARÃES, 2013;
MARTINS 2017).
A secagem geralmente é realizada por processo mecânico e/ou térmico, visando uma
taxa aceitável de umidade. Isso acontece de acordo com o tipo de polímero, pois em alguns
casos pode gerar hidrólise durante o processamento (SPINACÉ e DE PAOLI, 2005;
GUIMARÃES, 2013; MARTINS 2017).
Por fim, após a secagem, os polímeros são formulados, ou seja são adicionados
aditivos como antioxidantes, plastificantes, cargas de reforço, agentes de acoplamento entre
outros, visando dar aos polímeros as propriedades desejadas (GUIMARÃES, 2013).
A reciclagem mecânica é relativamente simples, com pouco impacto ambiental e
usualmente necessita de baixo investimento. Contudo, apresenta como desvantagem a
ocorrência de perda de resistência mecânica durante o processamento, devido,
principalmente, à degradação das cadeias que pode ocorrer por causa dos contaminantes e
da presença de subprodutos gerados devido à quebra das cadeias do próprio polímero
(MATOS, 2015). Diversos trabalhos de pesquisa têm buscado compreender esse e outros
processos que podem interferir na qualidade do produto reciclado e buscar formas de
impedir ou amenizar sua ocorrência (BAJRACHARYA et al, 2012).
Em seu trabalho, Bajracharya et al (2014), mencionam que, na maioria dos estudos
pesquisados por ele, as propriedades dos termoplásticos são bastante conservadas durante
a reciclagem. No entanto, em alguns casos é observada uma grande diferença entre o
polímero virgem e o reciclado. Esse resultado é uma consequência da diferença de
cristalinidade entre os materiais que pode acontecer devido à presença de contaminação e
12
degradação durante o processamento. Em relação à compatibilidade existem muitos tipos de
polímeros que são imiscíveis e incompatíveis. Quando se faz uma tentativa de moldar uma
mistura de dois ou mais tipos de polímeros, os diferentes materiais são separados em fases,
e o material final apresenta propriedades mecânicas ruins e baixa integridade. O estudo
conclui que a adição de compatibilizantes e enchimentos melhoram as propriedades
mecânicas dos materiais plásticos reciclados.
O trabalho de Oblak et al (2015) analisou o efeito da reciclagem mecânica de
polietileno de alta densidade (PEAD), através da simulação de cem (100) ciclos de extrusão
consecutivos. O processo de reciclagem mecânica foi simulado por uma extrusora de
parafuso duplo co-rotacional. O estudo mostrou que o processamento não afetou
significativamente as propriedades térmicas dos materiais. Porém, um efeito desfavorável na
propriedade de conformação, principalmente após o 30º ciclo de extrusão, foi percebido. Os
resultados em medidas reológicas e fluidez indicam mudanças estruturais significativas no
material que ocorreu já durante os primeiros 30 ciclos de extrusão. Além disso, a reciclagem
mecânica também causa deterioração de propriedades mecânicas do PEAD que se tornam
evidentes após 10º ciclo de reprocessamento. No entanto, mesmo depois de 100 ciclos os
materiais de reciclagem conseguiram manter 80% das suas propriedades mecânicas.
Apesar das possíveis perdas de propriedades que podem surgir com uso da
reciclagem mecânica, já é possível encontrar no mercado diversos tipos de produtos
reciclados mecanicamente, com amplo uso, preços acessíveis e qualidade satisfatória tais
como sacos de lixos, solados, pisos, conduítes mangueiras, fibras, embalagens não
alimentícias e a madeira plástica (LONTRA, 2011).
13
2.3. MADEIRA PLÁSTICA
A Madeira Plástica (Figura 4) foi desenvolvida na Europa na década de 70 a partir do
que literalmente se considerava lixo, e na década de 90, ela chegou ao Brasil e se
popularizou nos Estados Unidos. No Brasil, a utilizaçao de perfis de madeira plástica vem
ganhando espaço cada vez maior (OLIVEIRA, 2013).
Como enfatizado por Martins (2017) em seu trabalho, a madeira plástica tem uma
dupla “pegada” de sustentabilidade:
“A reciclagem de polímeros com consequente redução do descarte inadequado e redução do consumo de recursos fósseis não renováveis e a redução do desmatamento para extração de madeiras. Além disso, é totalmente reciclável. Os resíduos de fabricação ou de processamento (pós-industrial) ou artefatos descartados (pós-consumo) podem ser utilizados na fabricação de novos perfis de madeira plástica” (p.19).
O fato de não ser atacada por cupins ou fungos, não absorver umidade, ser resistente
a agentes químicos em geral e a raios UV, ter um baixo consumo energético em sua
produção, ser reciclável, dentre outras propriedades, a coloca como um potencial produto
para substituição da madeira, concreto ou aço (GUIMARÃES, 2013; MOLINA, 2009).
Figura 4 - Madeira Plástica (Fonte - OLIVEIRA et al, 2013).
14
Os polímeros utilizados na fabricação da madeira plástica são usualmente plásticos
reciclados. Por este motivo há autores que denominam este tipo de material como “Recycled
Plastic Lumber” (RPL). A maior parte da madeira plástica disponível no mercado é fabricada
a partir de, predominantemente PEAD, podendo ser utilizadas misturas de PEAD, PEBD,
polipropileno (PP), poli(acrilonitrila co-butadieno-co-estireno) (ABS), poli(cloreto de viníla)
(PVC) e outros plásticos (SANTOS et al, 2007; GUIMARÃES, 2013; OLIVEIRA et al, 2013;
MARTINS, 2017).
Uma nomenclatura que é utilizada, tanto para os perfis de madeira que são fabricados
a partir de plásticos reciclados, como para as composições de plástico com fibras de madeira
é o WPC, cuja sigla provém do inglês wood polymer composites. A (ASTM) “American
Society for Testing and Materials” define madeira plástica como produto manufaturado com
conteúdo de plástico superior a 50% em massa e que possui genericamente seção
transversal retangular e apresentam dimensões típicas dos produtos de madeira
industrializada. O termo “madeira plástica” foi, na prática, ampliado para artefatos com seção
transversal circular e outros formatos. Podem ser acrescentados reforços de fibras naturais,
como a serragem de madeira, fibras vegetais, cargas minerais ou fibra de vidro (SANTOS et
al, 2007; DE PAULA e COSTA, 2008; GUIMARÃES, 2013; OLIVEIRA et al, 2013; MARTINS,
2017).
Além da conformação do material em forma e dimensões típicas dos produtos de
madeira natural industrializada, é possível a reprodução de tons de madeiras naturais
através do tingimento, utilização de massas ou através de pintura. Este fato, aliado às
vantagens derivadas de diversas propriedades superiores às da madeira natural, tem feito
com que a madeira plástica cada vez mais substitua o uso de madeira natural em diversas
aplicações. De fato, a madeira plástica pode substituir até mesmo o aço ou ferro fundido em
algumas aplicações, como tampas de bueiros, por exemplo (DE PAULA e COSTA, 2008;
GUIMARÃES, 2013; OLIVEIRA et al, 2013).
A madeira plástica pode ser pregada, aparafusada, grampeada, colada, serrada,
aplainada, fresada, usinada, etc., utilizando as mesmas ferramentas usadas no
processamento de madeira natural. Não apresenta nós, não solta farpas, não trinca e não
racha, o que permite, por exemplo, a manufatura de reentrâncias para aumentar a aderência
entre partes. Não absorve umidade e é resistente às intempéries, à água salgada e a
15
agentes químicos em geral. É um material durável, podendo ser utilizado por dezenas de
anos; não precisa ser lixada, selada nem envernizada, o que reduz os custos de manutenção
e a necessidade de acabamentos finais; absorve vibrações e é mais leve (DE PAULA e
COSTA, 2008; GUIMARÃES, 2013; OLIVEIRA et al, 2013).
Por todas estas características, a madeira plástica pode ser utilizada em praticamente
todas as aplicações da madeira comum - tendo uma aplicabilidade que vai desde tábuas,
decks, cercas, dormentes, pisos, móveis rústicos, fachadas, pergolados, cercas e
mourões, caixas, caixotes, e mobiliário urbano (playgrounds, bancos de praça,
escorregadores, pranchas de exercício, suportes para lixeiras), etc. A Figura 5 apresenta
exemplos de perfis de madeira plástica e suas aplicações.
Segundo Martins, 2017, cerca de 35% dos pátios e varandas dos Estados Unidos são
fabricados com madeira plástica. O custo de uma varanda de madeira plástica, chega a ser
de três vezes maior na hora da compra, porém a madeira natural exige manutenção, o que a
torna cara, enquanto a madeira plástica não necessita desse tipo de cuidado.
Figura 5 - Exemplos de aplicações de madeira Plástica (Fonte - ECOPEX).
16
No Brasil, estudos a nível universitário sobre a madeira plástica foram iniciados na
década de noventa, sob a orientação da Professora Eloísa B. Mano, fundadora do Instituto
de Macromoléculas, tendo um caráter pioneiro no país uma vez que foi a primeira linha de
pesquisa regular na área (DE PAULA E COSTA, 2008).
No Rio de Janeiro, a Comlurb (Companhia Municipal de Limpeza Urbana) que atua na
coleta, transferência, tratamento e disposição final do lixo e resíduos sólidos urbanos do
município do Rio de Janeiro, possui uma unidade onde são fabricados ou reformados
equipamentos urbanos como fraldários, brinquedos, coletores, etc. Em 2009 iniciou-se um
projeto com o objetivo de substituir os produtos fabricados com madeira natural e metal por
perfis de plástico reciclado (MARTINS, 2017).
Além de estar alinhado com a política da Empresa para redução de garrafas plásticas
de PEAD nos aterros sanitários diminuindo o impacto ambiental, o projeto apresenta entre
muitas vantagens a redução da manutenção corretiva e preventiva, redução drástica da tinta
e solventes aos produtos fabricados e reciclagem dos equipamentos danificados para
fabricação de novos produtos. A Figura 6 apresenta equipamentos urbanos produzidos pela
Comlurb (DE REZENDE, 2015).
Figura 6 - Equipamentos urbanos produzidos pela Comlurb (Fonte: DE REZENDE, 2015).
17
A madeira plástica utilizada é fabricada por uma empresa contratada, a partir de
material polimérico coletado e separado dos resíduos sólidos urbanos do município por
cooperativas de catadores. Tanto o polietileno de baixa densidade quanto o de alta
densidade poderiam ser utilizados, porém a fabricação da madeira plástica deste estudo é
predominantemente formada por PEAD (DE RESENDE, 2015).
O processo produtivo inicia-se com a coleta do resíduo plástico que é a matéria-prima
da madeira plástica. Após coletado, o plástico então é triado sendo separado por tipo de
plásticos. O material selecionado é lavado para retirar as impurezas e posteriormente moído,
formando pellets. A próxima etapa é quando acontece o reprocessamento do plástico, na
qual os grânulos (pellets) são inseridos em uma extrusora, onde o plástico será fundido e
homogeneizado (GUAMÁ et al, 2008).
A extrusora é o principal equipamento do processo produtivo da madeira plástica. É
nela que os materiais são colocados através de um funil. Na primeira zona, a de
alimentação, o material passa por uma rosca que tem a função de aquecer e fundir o
material. O PEAD e os aditivos são normalmente adicionados junto com os grânulos ou
durante a fundição (CASTRO et al, 2016).
A esse composto de plástico com outros materiais, geralmente são inseridos também
aditivos e compatibilizantes que conferem ao material, propriedades bem próximas ou
melhores que a madeira natural. O Quadro 2 mostra os principais aditivos que são utilizados
na fabricação da madeira plástica e suas funções nas propriedades esperadas de acordo
com seu uso (CASTRO et al, 2016).
18
Quadro 2 - Principais aditivos usados na fabricação de madeira plástica (CASTRO et al, 2016)
Na segunda etapa, a zona de compressão é onde ocorre o processo de plastificação,
quando o material é trabalhado contra as paredes. E na última zona é feita a mistura
eficiente, e seus parametros de saída, como vazão e pressão, são controladas. A
temperatura de extrusão é estabelecida de acordo com o tipo de plástico utilizado. O produto
que sai dessa máquina passa por um sistema de refrigeração, resultando na madeira
plástica. A Figura 7 apresenta um sistema de extrusão para a fabricação de madeira plástica
(GUAMÁ, 2008, CASTRO et al 2016).
A empresa que processa este material fornece à Comlurb madeira plástica na forma de
perfis (Figura 8). Na unidade da Comlurb os perfis são cortados, serrados, e os
equipamentos são construídos. Nesta fabricação são geradas aparas de material plástico
(Figura 9) (DE REZENDE, 2015).
19
Figura 7 - Processo de fabricação de madeira plástica (Fonte - CASTRO et al, 2016).
Figura 8 - Perfis de madeira plástica e o processamento de perfis (Fonte - DE REZENDE, 2015)
Figura 9 - Resíduo em pó de madeira plástica (Fonte - DE REZENDE, 2015).
20
Grande parte dos resíduos gerados (aparas) na fabricação de equipamentos retorna à
empresa produtora de madeira plástica para gerar novos perfis que serão novamente
adquiridos pela COMLURB. Uma parte deste (aparas) é doado à UEZO para pesquisas de
novos produtos (DE REZENDE, 2015).
A madeira plástica, sendo um produto resultante da aplicação de uma moderna
tecnologia industrial, tem sido o alvo de vários estudos, particularmente para obtenção de
sistemas compósitos. Há estudos de formulações de madeira plástica que utilizam cargas
vegetais, tais como fibras naturais e serragem de madeira (WPCs), ou minerais, como sílica,
carbonato de cálcio, mica, alumina e dióxido de titânio. Essas cargas são utilizadas com o
propósito de melhorar as propriedades físicas, térmicas e mecânicas dos produtos de
madeira plástica (SANTOS, 2007).
21
2.4. COMPÓSITOS
Um compósito é um material formado por dois ou mais componentes com identidades
químicas e físicas diferentes que se conservam distintos após o processamento e que são
separados por uma interface mais ou menos definida. A adesão entre esses componentes é
tal que as cargas aplicadas, são transferidas para os elementos de maior resistência,
geralmente dispersas no componente que atua como matriz. A fase matriz pode ser metálica,
cerâmica ou polimérica (DALPIAZ, 2006).
Os compósitos de matriz polimérica, como o próprio nome indica, consistem de uma
resina polimérica reforçada principalmente com fibras vegetais (sisal, coco, juta, etc.) ou
partículas, particularmente as cargas minerais (talco, calcita, quartzo, muscovita, caulinita,
etc.). Estes materiais encontram vasto campo de aplicações graças à facilidade de
fabricação, baixo custo e propriedades térmicas e químicas, entre outras (CALLISTER, 2002;
NICOLAU, 2017).
O levantamento bibliográfico sobre o tema, madeira plástica reforçada com a mica do
tipo muscovita, especificamente, revelou-se escasso. Entretanto foi possível encontrar vários
trabalhos com temas similares, como pesquisas científicas em sistemas do tipo
PEAD/cargas mineral ou vegetal (EIRIZ E RIBEIRO, 2016; FONSECA, 2015), madeira
plástica/carga mineral ou vegetal (ADHIKARY et al, 2008; BROSTOW et al, 2016;
SOMMERHUBER et al., 2015), polímero/carga mineral entre outros (DE CARVALHO, 2007;
SILVA et al., 2013). Estes trabalhos contribuíram para o entendimento do sistema em
questão.
2.4.1. Compósitos com matriz de PEAD ou madeira plástica
A adição de cargas de reforço é uma alternativa viável, e vem sendo muito utilizada
visando melhorar as propriedades dos polímeros reciclados e torná-los competitivos em
relação aos polímeros virgens.
Brostow et al. (2016) utilizaram em seu estudo, PEAD e serragem de madeira
modificada. Para a modificação da serragem visando melhorar a compatibilidade entre a
matriz de PEAD foram utilizados dois métodos - o primeiro foi o acoplamento de silano
tradicional usado para modificar a serragem pelo 3-metacriloxipropil-trimetoxisilano (3MPS) e
22
assim formando ligações C-O-Si. No segundo método utilizado, foram sintetizadas
partículas de sílica através do processo sol-gel de Si-alcóxido. Utilizou-se então a
combinação do processo sol-gel com tratamento 3MPS para formar ligações Si-O-Si e C-O-
Si. Nos testes de tração pode-se concluir que as fibras de madeira ficaram mais rígidas após
a modificação. Em relação à estabilidade dimensional, o enchimento de sílica bem disperso
desempenha um papel significativo na estabilidade dimensional do compósito. Os resultados
de fricção, desgaste à resistência aos riscos também contribuem para a conclusão de que as
amostras de madeira modificadas têm melhor força e maior capacidade de carga do que as
amostras não modificadas ou o puro R-PEAD. No geral, o processo de modificação de sol-
gel obviamente teve efeitos positivos sobre a ligação e força do R-PEAD + materiais de
serragem de madeira.
Dependendo da aplicação final, cargas de reforço podem ser utilizadas, como as
cargas minerais (carbonato de cálcio, argilas, sílicas, mica, talco, alumina e dióxido de
titânio), as cargas não minerais (negro de fumo, esferas e fibras de vidro) e vários materiais
orgânicos, tais como fibras vegetais.
As cargas de reforço têm grande efeito nas propriedades finais dos compósitos. No
caso do presente estudo, a fabricação da madeira plástica inicia-se com o PEAD reciclado e
apresentam propriedades equiparadas aos produtos fabricados com PEAD virgem.
Lei et al. (2007) compararam materiais de matriz de polietileno de alta densidade
reciclada e virgem reforçados com fibras de cânhamo. Ambos os compósitos (com PEAD
virgem e reciclado) foram fabricados com a fração de volume de fibra variando de 20% a
40%. Foi observada uma forte correlação de força de tração e flexão, que aumenta com o
aumento do carregamento de fibras. Para o compósito de PEAD virgem, com 30% de
volume de fibras parecia ser a proporção otimizada tanto para resistência à flexão quanto à
alta resistência à tração. No entanto, a resistência à tração do compósito PEAD reciclado
atingiu o máximo valor de 60,2 MPa com 40% de carga de fibra e teve 34% de melhora em
comparação com os compósitos de cânhamo-PEADv. As propriedades mecânicas dos
compósitos de cânhamo-PEADr eram compatíveis ou mesmo maiores com os dos
compósitos de cânhamo-PEADv dependendo do carregamento de fibra.
Singh et al. (2014) utilizaram compósitos preparados pela técnica de injeção com
diferentes carregamentos de fibras de cânhamo (0%, 20% e 30%) em uma matriz de PEAD
23
virgem e uma composta de 50% virgem + 50% reciclada. Para melhorar a adesão interfacial
entre fibras de cânhamo e matriz de PEAD, um tratamento químico nas fibras de cânhamo
foi realizado. Os resultados mostraram que o reforço das fibras de cânhamo na matriz PEAD
reduz a resistência à tração. Observou-se que o compósito com 20% de fibras de cânhamo
tem resistência à tração mais elevada em comparação com a amostra de PEAD 50-50 misto
com PEAD puro. A resistência à flexão diminui com a adição de fibras de cânhamo em
matriz de PEAD contendo proporções iguais de PEAD virgem e reciclado. A delaminação de
fibra, a fratura de tração de fibra e a fraca adesão interfacial entre as fibras de cânhamo e a
matriz de PEAD são principalmente responsáveis por uma fraca resistência à tração do
compósito misto em comparação com amostras com proporções iguais de PEAD virgem e
reciclado.
Também em um estudo de compósitos com matriz de PEAD virgem e reciclado, Sood
et al. (2015) utilizaram fibras de sisal como cargas reforçante. As fibras de sisal foram
tratadas com hidróxido de sódio (NaOH) + Anidrido Maleíco (MA) e hidróxido de sódio
(NaOH) + Peróxido de Benzoílo (BP) + Anidrido Maleíco (MA). O efeito dos tratamentos
químicos nas propriedades mecânicas dos compósitos foi comparado em dois teores
diferentes (7,5% em peso e 30% em peso) de fibras de sisal tratadas. Observou-se que os
compósitos contendo 30% em peso de fibra de sisal tratada com NaOH + BP + MA
apresentam maior resistência à tração do que os observados para os compósitos de fibra de
sisal tratados com NaOH + MA. No entanto, para um teor de fibras inferior de 7,5% em peso,
ambos os compósitos de fibras tratadas exibem resistência à tração quase comparável. A
resistência à flexão dos compósitos de fibras de sisal tratados com NaOH + BP + MA é
significativamente maior em 30% em fibras de sisal, mas relativamente menor a 7,5% em
fibras de sisal quando comparado aos compósitos correspondentes com a mesma
quantidade de fibras de sisal tratadas com NaOH + MA. As imagens revelam que, em ambos
os compósitos, os principais mecanismos de falha responsáveis pela falha na tração são a
extração de fibras além de alguns outros mecanismos secundários como a ruptura de fibras
e a delaminação das fibras. A adição de PEAD reciclado em PEAD virgem aumenta a
resistência à tração em 12,9% e a resistência à flexão em 47,5%.
O trabalho realizado por Sommerhuber et al. (2015), comparou compósitos de
madeira plástica, utilizando pó de madeira com plástico (PEADr) reciclado e com plástico
virgem (PEADv). A matriz foi fabricada com diferentes carregamentos de fibras de madeira -
24
0%, 30% e 60%. Os resultados globais mostraram que os recursos virgens e reciclados eram
muito comparáveis em muitas propriedades, como a absorção de água e propriedades
mecânicas. Com alto teor de madeira (60%), o material virgem apresentava propriedades
melhores do que os recursos reciclados. Isso pode ser devido às impurezas no PEAD
reciclado e madeira reciclada. Em menor teor de madeira (30%), não houve diferenças
significativas entre materiais reciclados e virgens, mostrando um alto potencial de
substituição do ponto de vista do design do produto. Uma dificuldade pode ser a cor mais
escura do material reciclado (plástico e madeira), reduzindo a possibilidade de fabricar
produtos em qualquer cor.
Na pesquisa feita por Adhikary et al. (2008), polietileno de alta densidade – PEAD e
pó de madeira foram utilizados para obter um compósito. Eles compararam a utilização do
polietileno virgem com o reciclado. A serragem de madeira e o PEAD foram pré-misturados e
alimentados em uma extrusora dupla rosca co-rotativa com temperaturas controladas,
velocidade e pressão. A madeira plástica produzida com PEAD reciclado exibiu excelente
estabilidade dimensional em comparação com a feita de PEAD virgem. A tração e as
propriedades de flexão dos compósitos baseados em PEAD reciclado eram equivalentes às
baseadas em PEAD virgem. A adição 3-5% de polipropileno maleatado (PPMA) melhoram
significativamente a estabilidade e as propriedades mecânicas. A análise da microestrutura
das superfícies fraturadas dos compósitos modificados com PPMA confirmou a melhoria da
interação interfacial. As propriedades de estabilidade e resistência dos compósitos podem
ser melhoradas pelo aumento do teor de polímero ou pela adição de agente de acoplamento.
2.4.2. Compósitos Polímero/Carga Mineral
As cargas minerais têm sido utilizadas em misturas com os mais variados tipos de
polímeros, misturas estas chamadas compósitos, com a finalidade de barateamento de
custos e, mais particularmente, porque agregam melhorias das características físicas e
químicas das peças fabricadas. As indústrias químicas fabricantes de polímeros têm
procurado desenvolver novos tipos de materiais poliméricos (LIMA, 2007).
As propriedades físicas e químicas dos compósitos são diretamente influenciadas
pelas várias características da carga mineral (granulometria, dureza, composição química e
etc.). A aplicação final do compósito é que irá direcionar a escolha da carga apropriada. A
25
composição química e, principalmente, a pureza da carga mineral, exercem efeitos diretos
no desempenho do compósito e em suas possíveis aplicações.
Em sua tese, Lima (2007), ressalta que durante o processo de mistura entre a carga
mineral e o polímero, devido às forças de adesão entre as partículas minerais e à tensão
interfacial entre partícula e polímero, a carga pode tender a formar agregados. A tendência à
agregação da carga aumenta com o decréscimo do tamanho da partícula. As cargas
minerais utilizadas em compósitos com polímeros apresentam granulometria sempre inferior
a 45 µm, sendo que à medida que esta se torna mais fina, a área de superfície específica da
carga mineral aumenta exponencialmente. Quanto menor o tamanho das partículas maior é
a área de superfície específica e de interação entre a carga mineral e o polímero. Junto com
o tamanho e forma das partículas e composição química, a dureza tem uma participação
importante no desgaste. Outro parâmetro relevante na seleção de cargas minerais é a
relação de aspecto, que se refere à razão entre o maior (L) e o menor (B) diâmetro de uma
partícula, como mostra a Figura 10.
Figura 10 - Ilustração da relação de aspecto de partículas acicular e micacea (Fonte - Lima, 2007).
Minerais que apresentam elevados valores de relação de aspecto são os que possuem
maiores áreas superficiais por unidade de volume, o que, em termos de dispersão,
significará maior área de contato com o polímero ao qual será misturado.
A introdução de carga mineral no polímero pode mudar sua estrutura cristalina,
resultando em mudanças em suas propriedades. Estudos realizados mostraram um
significativo número de pesquisas sobre compostos poliméricos reforçados com cargas
minerais. É possível encontrar diversos exemplos de sistema aos quais outros polímeros ou
cargas adicionais são introduzidos para alcançar certas propriedades (LIMA 2007).
26
Eiriz e Ribeiro (2016) sugeriram a utilização de um compósito de polietileno de alta
densidade (PEAD) e resíduos gerados no beneficiamento de calcários como carga
reforçante para fabricação de brinquedos públicos (gira-gira) para cadeirantes. Foram
processados compósitos de PEAD com 10, 30 e 50%, em massa de resíduo e ainda com 5,
7,5 e 10% em massa de compatibilizante, alternando entre o PE-g-MA e o ácido esteárico. O
processamento de cada composição foi feito em um misturador a temperatura de 170ºC e 60
rpm durante 6 minutos. Os resultados mostraram que a adição de resíduo de calcário
aumentou a rigidez do compósito utilizando maior carga e menor deformação. Isso vai de
encontro com a necessidade do brinquedo, suportando o peso das crianças e da cadeira de
rodas. Após a exposição UV, todos os materiais apresentaram bons resultados, até
aumentando a rigidez após a exposição. Ambos os compatibilizantes apresentaram
desempenho similar. As composições de maior teor de resíduo apresentaram melhor
desempenho (50% e 5% de compatibilizante) e, portanto, para a fabricação de brinquedos
públicos acessíveis foram as mais indicadas.
Em seu estudo Fonseca et al utilizaram SiO2 como reforço em uma matriz de
Polietileno de Alta Densidade (PEAD). Para obtenção da sílica foi utilizado o método Pechini
que se baseia na obtenção de poliésteres a partir de ácidos carboxílicos, como o ácido
cítrico. Após a síntese da solução de citrato, é adicionado um poliálcool, como o etilenoglicol,
para promover a polimerização. A resina obtida contém íons imobilizados que após
tratamento térmico geram os óxidos desejados. Para realizar o estudo, além da matriz de
PEAD puro, foram fabricados compósitos com 2, 3, 5, 7 e 10% de SiO2 em extrusora mono-
rosca. Os resultados apresentados mostram uma flutuação nas propriedades, o que era
inesperado, pois se esperava uma tendência ao aumento da dureza e da densidade e uma
diminuição da fluidez. As análises de TG revelaram um perfil bem próximo entre a mistura e
o polímero puro, entretanto verificou-se uma diferença no teor de material eliminado. Como o
polímero utilizado é de natureza comercial e de elevado grau de pureza, este resultado
evidencia que, de fato, ocorreu incorporação da fase sílica com o polímero. O perfil de DSC
também se mostrou bem próximo para os três materiais. Também se pode observar que a
cristalinidade do material diminuiu com o aumento da sílica a 5, 7 e 10%. Porém é sugerido a
introdução de um agente compatibilizante para melhorar a interação entre o PEAD e a sílica.
Um tema bastante encontrado na literatura, é sobre a confirmação do efeito de
estabilizantes e antioxidantes. Lopes e Sousa (1999) produziram compósitos com fibras de
27
vidro e polipropileno homopolímero devidamente termoestabilizados pela adição de
antioxidantes/estabilizantes. A preparação dos compósitos foi efetuada numa extrusora de
rosca dupla co-rotacional à uma taxa de produção (vazão) constante de 15 Kg/h, onde as
variáveis de processamento, temperatura, rotação e configuração da rosca. As condições
que contribuíram para maior preservação do comprimento das fibras na extrusão foram
aquelas que propiciaram a menor viscosidade da matriz (PP20) e maior temperatura de
processamento (260 °C) na zona de mistura da FV, enquanto a influência da rotação da
rosca na quebra da FV foi maior que a da intensidade de cisalhamento da rosca. A presença
do compatibilizante interfacial nos compósitos de PP20/FV30 propiciou ganhos substanciais
nas propriedades de tensão máxima, resistência ao Impacto e deformação na ruptura, porém
com redução no módulo de elasticidade.
Segundo a pesquisa de Líbano (2012), na qual dois compósitos diferentes massa de
argila foram preparados: PP e bentonita natural e outro de PP e bentonita modificada usando
o cloreto de cetiltrimetilamônio como sal quaternário de amônio para sintetizar a argila
organofílica. As argilas foram misturadas com o polipropileno (PP) pelo método de
intercalação por fusão em uma extrusora dupla-rosca co-rotativa. As análises de TG dos
compósitos com bentonita modificada, mostraram-se mais estáveis termicamente que o
polímero puro e as com bentonita natural, podendo-se dizer que o argilomineral pode ter
atuado como agente nucleante. A incorporação da argila ao PP teve influência na
estabilidade térmica do polímero. Entre os sistemas estudados os mais estáveis foram
aqueles contendo 5% em massa de bentonita natural e 3 e 5% em massa de bentonita
organofílica.
Alguns recursos podem ser utilizados para a otimização da interação entre os
polímeros e as cargas. No trabalho de Ramos (1993) foi estudado o efeito da estabilização
do polipropileno nas propriedades térmicas, mecânicas e termomecânicas de compósitos de
polipropileno/atapulgita. O polipropileno, na forma de pó, foi estabilizado, utilizando
antioxidante primário pertencente à classe dos fenóis estericamente bloqueados e um
antioxidante secundário pertencente à classe dos fosfitos, na proporção de 1:2. A atapulgita
foi incorporada ao polipropileno estabilizado, por tamboreamento à temperatura ambiente,
em proporções de 10, 20, 30 e 40% em peso e depois misturadas a quente na extrusora
dupla-rosca. Os resultados apresentados mostram que as propriedades mecânicas,
especialmente a resistência a tração e o módulo de flexão, aumentam significativamente
28
pela adição de carga e atingem o ponto máximo com baixos teores de atapulgita (10%). A
resistência ao impacto diminui com o aumento da concentração de carga.
Plotegher e Ribeiro (2013), utilizaram a zeólita ZSM-5 e sílica coloidal Tixosil 333 como
carga de 0 a 10%, em uma mistura de amido termoplástico (TPS). Os resultados
demonstraram que a introdução de cargas inorgânicas de alta área superficial aumentou as
propriedades mecânicas do TPS e reduziu a permeabilidade ao vapor d’água. A dispersão
da carga teve maior influência na redução da permeabilidade que a área superficial total do
material. As análises termogravimétricas de todas as composições mantiveram sempre o
mesmo perfil de perda de massa comparada ao perfil do TPS puro, indicando que, a
presença de ambas as cargas, não alterou o comportamento de perda de massa.
Neste sentido, Silva et al. (2013) utilizaram dois tipos de PMMA - POLI
(METACRILATO DE METILA) em grânulos - PMMAC índice de fluidez (230ºC/ 3,8kg) 3,8
g/10min e PMMAel com 1,1 g/10min. Adicionou-se as matrizes uma carga mineral reforçante
de sílica precipitada (10SiO2.1H2O) para fabricação de compósitos. A matriz de polímeros
puros e seus compósitos (com 0,5, 1 e 5% de carga) foram processados em uma extrusora
mono-rosca. A matriz PMMAc apresentou um pequeno aumento da resistência a tração ao
adicionar o valor mínimo de sílica, e que se manteve aumentando o carregamento. No
ensaio de dureza, ambos os tipos de PMMA apresentaram aumento significativo. O
compósito PMMAc/SiO2 (95/5), apresentou um aumento da largura média do rasgo, que
pode ter sido causado pelo arrancamento de parte do polímero junto com a sílica durante o
risco, típico do mecanismo de desgaste de microlascamento. Os resultados em geral foram
promissores, mostrando viável a utilização de sílica como reforço em matriz polimérica.
Na pesquisa de Valim et al. (2015) amostras do compósito de uma matriz polimérica de
polietileno de baixa densidade com fase dispersa de alumínio foram processadas em uma
extrusora de rosca simples e posteriormente, injetados. Algumas amostras passaram por
condicionamento higrotérmico e por radiação ultravioleta (UV). As análises mostraram
dispersões heterogêneas do reforço particulado de alumínio na matriz de PE e ainda, as
avaliações por MEV revelaram a presença de vazios originados durante a etapa de extrusão.
Por meio das avaliações pós-condicionamento higrotérmico, pode-se concluir que as
amostras submetidas às temperaturas mais elevadas tiveram maior taxa de absorção de
umidade. Após o condicionamento por radiação UV do material, observa-se que a perda de
29
massa do compósito, ocorre de forma linear, perda esta possivelmente decorrente da quebra
de cadeias poliméricas. O condicionamento UV mostrou-se ainda mais severo que o
condicionamento higrotérmico quanto a redução das propriedades mecânicas de resistência
ao impacto e tração do compósito.
Com o aumento da utilização de cargas minerais para o aprimoramento das
propriedades mecânicas dos polímeros, cada vez mais aumenta-se o leque de opções de
cargas a serem utilizadas. Neste sentido alguns estudos têm sido realizados utilizando-se a
mica como carga mineral.
Verbeek (2001) estudou um novo material compósito compreendendo grandes
quantidades de mica flogopita (mais de 80% em massa) dispersa em polietileno linear de
baixa densidade (LLDPE), para produzir um compósito com uma área de aplicação
semelhante a compósitos de madeira. Devido à natureza apolar de LLDPE, várias
modificações no LLDPE como promotores de adesão também foram investigadas. Foram
utilizados polímeros em pó e cada formulação foi homogeneizada em alta velocidade em um
misturador. As placas foram prensadas a quente, a 190 ºC, a uma pressão de 1000 kPa por
15 minutos. Verificou-se que o módulo de flexão atinge um máximo de 895 MPa em torno de
15% de polímero com anidrido de ácido maleico a 10% como promotor de adesão e agente
de reticulação. A força de rendimento ótima era de 11,5 MPa, também a 15% de LLDPE
modificado com 10% de anidrido de ácido maleico. As outras modificões de LLDPE testadas
mostraram que usar menos anidrido maleico ou irradiar o LLDPE antes da fabricação dos
compósitos resulta num material com menor tensão de escoamento e módulo de flexão.
A pesquisa feita por Escócio et al. (2003), estudou a influência da adição de mica entre
0 e 40 phr nas propriedades mecânicas de composições de borracha natural que foram
preparadas em moinhos de rolos, a 66 ºC. O ponto ótimo de tensão de ruptura e resistência
ao rasgamento foi encontrado em 30 phr de mica. Foi observado que a adição de teores
crescentes de mica na borracha natural, aumentou o módulo a 300% (MA300), a dureza, a
deformação permanente, a compressão e a densidade de ligações cruzadas dos
compósitos. Porém foi observado uma diminuição na resiliência e na resistência a abrasão.
Em outro artigo, Escócio et al. (2004) estudou o envelhecimento de formulações a
base de borracha natural com adição de carga de mica, variando de 0 a 40phr. As amostras
previamente analisadas foram submetidas ao envelhecimento acelerado durante 96 horas,
30
em estufa a 70ºC, com circulação forçada de ar. O desempenho mecânico mostrou que 30
phr é o ponto ótimo de teor de mica em composições de NR. Os resultados mostraram que
características da mica foram responsáveis pela resistência ao envelhecimento da
composição nas condições estudadas.
Rashid (2011) estudou o efeito do tratamento de troca iônica em partículas de
muscovita, nas propriedades de um compósito com resina epóxi. A mica muscovita foi
misturada a resina epoxy com diferentes percentuais de carga (0 a 40%), utilizando um
agitador. As amostras foram cozidas por 2h horas a 90ºC e outra 3 h a 150ºC. As análises de
FTIR mostraram que a troca iônica de bromuro de octadeciltrimetilamônio pelos íons de
potássio da muscovita apresentaram ótimos resultados. O acréscimo de cargas (10% a 40%)
de muscovita revela que os valores de resistência à flexão e tenacidade à fratura são
superiores aos compósitos de muscovita - epoxy não tratados. Os resultados deixam claro
que o modulo de flexão aumenta com o aumento da carga em ambos os compósitos, porém,
compósitos com tratamento de troca iônica apresentaram valores mais baixos para o mesmo
percentual de mica.
Em 2010, Omar realizou um estudo sobre as propriedades estáticas e dinâmicas de
um compósito de polipropileno e mica contento 10, 15 e 20% em peso. De uma maneira
geral, o módulo de compressão dos compósitos PP/mica aumentou com a adição de
conteúdo de mica, tanto sob cargas estáticas quanto dinâmicas. No entanto, uma redução na
resistência à compressão foi registrada em maiores quantidades de mica. Aumentos na
resistência à compressão, na condição de carga estática, são observados até 15% de carga,
após isso a resistência começa a diminuir com 20% de mica. No carregamento dinâmico, o
aumento pôde ser visto em 10% da carga e começou a reduzir a 15% da carga de mica.
O recente trabalho de Nicolau (2017) estudou a influência do compatibilizante PE-g-
MAH (Polietileno graftizado com Anidrido Maleico) nas propriedades de um compósito de
polipropileno (PP) e muscovita nas concentrações de 10, 15 e 20% e 1, 3 e 5% de
compatibilizante. As misturas foram processadas com temperaturas de 145, 175 e 185°C em
extrusora mono-rosca, nas três zonas de aquecimento e com velocidade de rotação de 40
rpm. Os resultados sugerem um aumento da plasticidade do material uma vez que a análise
de dureza revelou uma tendência à diminuição desta propriedade com aumento do teor de
compatibilizante. Nas análises térmicas (TG/DSC) perfis similares entre as amostras e o
31
polímero puro foram observadas, além de uma redução no grau de cristalinidade, o que
indica que foi devido a desorganização das cadeias imposta pela presença da mica.
Concluiu-se que para as propriedades analisadas, o compatibilizante (PE-g-MAH) não
promoveu alteração significativa.
Martins (2017) utilizou resíduo inorgânico oriundo da fabricação de catalisadores de
FCC e aparas de madeira plástica composta predominantemente de PEAD reciclado
(mesma madeira plástica utilizada nesta dissertação) na preparação (em misturador interno
HAAKE) de compósitos com diferentes composições. O resíduo utilizado e as composições
preparadas foram caracterizadas por termogravimetria, DSC e MEV. A inflamabilidade das
formulações preparadas foi testada através de ensaio de queima horizontal conforme norma
ASTM D635-10. O impacto nas propriedades mecânicas foi verificado através de ensaio de
tração conforme norma ASTM D638-14. Os resultados mostraram significativa redução da
velocidade de propagação de chamas nos compósitos contendo o resíduo inorgânico
quando comparadas com a velocidade de propagação de chamas na madeira plástica
reciclada sem a incorporação deste resíduo. Os resultados do ensaio de tração
demonstraram que a inserção do resíduo inorgânico torna o compósito mais rígido que o
material polimérico original.
32
2.5. MICA MUSCOVITA
Os minerais são recursos naturais encontrados no subsolo de grande importância
significativa para a sociedade, a tal ponto que as fases de evolução da humanidade são
divididas em função dos tipos de minerais utilizados - idades da pedra, do bronze, do ferro,
etc. A mineração disponibiliza para a sociedade recursos minerais essenciais ao seu
desenvolvimento, sendo a intensidade de aproveitamento dos recursos um indicador social
e, é reconhecida internacionalmente, como atividade alavancadora do desenvolvimento
(Instituto de Terras, Cartografia e Geologia do Paraná-ITCG Diretoria de Geologia)
(FREITAS, 2018).
Os recursos minerais não são iguais quanto à composição física e química, desse
modo são classificados em dois grupos - minerais metálicos e minerais não metálicos,
incluindo ainda os recursos energéticos fósseis. Os bens minerais não metálicos são pouco
lembrados quando se fala em produção mineral no Brasil. Nenhum destes bens domina a
pauta de exportação ou importação, como o ferro e o petróleo, nem tem o charme do ouro ou
das pedras preciosas (MACEDO, 1998; FREITAS, 2018).
Os silicatos constituem cerca de 95% do volume da crosta terrestre, dos quais cerca de
59,5% são representados por feldspatos, 16,8% por anfibólios e piroxênios, 12% por quartzo
e 3,8% pelas micas. O termo mica vem do latim "micare" cujo significado é brilho é a
denominação genérica de minerais do grupo dos filossilicatos. Esses minerais são formados
por átomos de silício, alumínio e oxigênio, intercalados por cátions (Na, K, Ca) e/ou ânions
(Mg, Fe, Mn, Al, OH), que conferem propriedades físico-químicas específicas para cada tipo
de mica (MACHADO, 2003, SILVA et al., 2009; CAVALCANTE, 2015; DE PAULA, 2015;
SUMARIO MINERAL, 2015).
As micas podem ser classificadas em dois grupos - micas graníticas ou alcalinas e
micas piroxênicas ou magnesianas (Quadro 3).
A mica lepidolita, é especialmente um minério de lítio e usada na fabricação de vidro,
pelo flúor e lítio que contém. A Fuchsita é uma mica cromífera, verde, comum em muitos
quartzitos. A Flogopita, geneticamente relacionada com as rochas básicas. Geralmente se
apresenta com grande limpidez e tem propriedades que permitem concorrer com a
muscovita. A Biotita é assim chamada em homenagem ao grande físico francês Biot. A mica
33
negra, tão comum em pequenas palhetas nos granitos, gnaisses e xistos cristalinos que é
mais dificilmente redutível a lâminas finas do que a muscovita. E por fim a muscovita é a
variedade mais largamente usada e a que se apresenta com melhor transparência, melhor
resistência dielétrica e maior perfeição de clivagem, podendo ser facilmente separada em
palhetas de dimensões ínfimas (BATISTA, 2016).
Quadro 3 - Principais tipos de mica e classificação (Fonte - BATISTA, 2016)
Micas
graníticas ou
alcalinas
Nome do mineral Nome comercial
Principais
elementos
adicionados ao Al e
ao SiO2
Muscovita ou mica potássica mica Branca Potássio
Paragonita ou mica sódica - Sódio
Zinvaldita ou mica lítio-fluo-
ferrífera mica de ferro-lítio
Lítio, ferro, potássio
e flúor
Lepidota ou mica lítio-luo-
alumino-potássica mica de lítio Lítio, potássio e flúor
Micas
piroxênicas
ou
magnesianas
Flogopita ou mica alumino-
potássico-magnesiana mica âmbar Magnésio e potássio
Biotita ou mica
ferromagnesiana mica preta
Magnésio, ferro e
potássio
Roscoelita ou mica vanadifera mica de vanádio Magnésio, ferro e
vanádio
34
A fórmula geral para descrever as micas é X2Y4-6Z8O20(OH,F)4, em que X é K, Na, ou
Ca, Y é principalmente Al, Mg ou Fe e Z é principalmente Si ou Al e em alguns casos Fe e Ti.
As micas podem ser dioctaédricas. No caso da muscovita, o potássio exerce a função de
cátion de compensação ficando entre as lamelas em posição equidistante a doze átomos de
oxigênio, sendo seis de cada lamela adjacente (SANTOS, 2009; CAVALCANTE, 2015). Na
Tabela 1 constam suas principais propriedades físicas:
Tabela 1 - Propriedades físicas da muscovita (Fonte - DE PAULA, 2015)
(a) (b)
Figura 11 - Cristais micáceos de muscovita (a) e direções ópticas e cristalográficas (b)-
(Fonte - MACHADO, 2003)
35
A mica muscovita é um tipo muito comum podendo ocorrer em uma grande variedade
de ambientes geológicos, em rochas ígneas, metamórficas e sedimentares. Segundo o
Sumário Mineral de 2015, as reservas lavráveis de mica (muscovita) no Brasil, indicam cerca
4 milhões de toneladas, localizadas principalmente nos estados de Tocantins (município de
Porto Nacional), de Minas Gerais (municípios de Caiana, Governador Valadares e Brás
Pires), da Paraíba (municípios de Nova Palmeira, Pedra Lavrada e Picuí), do Rio Grande do
Norte (município de Parelhas) e do Ceará (município de Morada Nova).
De acordo com as impurezas presentes, a muscovita pode ser incolor (mais comum),
castanho claro, salmão ou rosa. É disponibilizada principalmente na forma de placas (sheets)
ou moída (ground) (Figura12).
Devido a suas propriedades, a mica muscovita é extremamente versátil. Suas
características principais são: resistência a ataques químicos e térmicos; é quimicamente
inerte; boa lubricidade; boa estabilidade à luz ultravioleta; apresenta alta resistência dielétrica
e resistividade; é facilmente moldada em diferentes formas e tamanhos, suportando altas
temperaturas, e ainda possui efeito perolizante (DE PAULA E COSTA, 2008).
Figura 12 - Mica em folha (a) e mica moída (b) (Fonte - SANTOS, 2009).
36
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
3.1. MATERIAIS E EQUIPAMENTOS
- Resíduo de madeira plástica (gentilmente cedido pela Comlurb)
- Mica Muscovita gentilmente fornecida pelo CETEM (Centro de Tecnologia Mineral)
- Misturador interno Brabender (IMA-UFRJ)
- Prensa hidráulica MA 098/A MARCONi (UEZO)
- Durômetro Shore D modelo GS702 (UEZO)
- Densímetro DSL910 – GEHAKA (UEZO)
- Plastômetro Melt Flow Quik Index – CEAST (UEZO)
- Balança analítica MARTE AY220 (UEZO)
- FTIR - Nicolet 6700 da Thermo Scientific (PEMM/COPPE/UFRJ)
- Equipamento TGA - TA INSTRUMENT modelo Q50 (UFSCar)
- Equipamento DSC - TA modelo Q1000 (PEMM/COPPE/UFRJ)
37
3.2. MÉTODOS:
3.2.1. Obtenção e beneficiamento da Madeira Plástica
O resíduo plástico utilizado neste trabalho foi gentilmente cedido pela Companhia
Municipal de Limpeza Urbana – Comlurb, como parte de parceria mantida com o Centro
Universitário Estadual da Zona Oeste (UEZO) em prol da pesquisa e do conhecimento. A
coleta do material foi providenciada pela própria empresa cedente.
O material recebido foi serrado em serra fita, moído, lavado com água e seco em
estufa à temperatura de 80oC. As etapas seguintes do beneficiamento do material
consistiram na separação manual, visando eliminar materiais grosseiros e resíduos de
serragem. Por fim, um imã foi introduzido em porções do material cortado de forma a atrair
eventuais resíduos metálicos de pequenas dimensões, o que não foi observado.
3.2.2. Obtenção e beneficiamento da mica
A mica utilizada neste trabalho foi cedida pelo CETEM -Centro de Tecnologia Mineral, e
é proveniente da região Borborema-Seridó (RN/PB). Esta amostra foi beneficiada em um
trabalho anterior conforme método descrito no trabalho de CASTRO et al., 2014. O mineral já
tratado e livre de impurezas foi moído e classificado granulometricamente. Para este estudo,
utilizou-se a mica na faixa granulométrica de 100 µm.
38
3.2.3. Processamento dos Materiais
O processamento do resíduo de madeira plástica contendo diferentes proporções de
mica foi realizado em um misturador interno (Brabender) com rotores do tipo roller a uma
temperatura de 170ºC por 10 minutos.
A Tabela 2 apresenta as proporções (em massa) de cada componente dos
compósitos (matriz e carga, respectivamente) que foram produzidos.
Tabela 2 - Proporções (em massa) de cada componente dos compósitos.
Material Porcentagem
mássica (m/m) Quantidade de MP
utilizada (g) Quantidade de mica
utilizada (g)
MP 100 32,0 0,0 MP/mica 5 95/5 30,4 1,6 MP/mica 10 90/10 28,8 3,2 MP/mica 15 85/15 27,2 4,8 MP/mica 20 80/20 25,6 6,4
*MP – madeira plástica
O cálculo de quantidades requeridas de resíduo plástico e de mica para cada batelada
de cada formulação no misturador interno foi realizado com base na densidade de partícula
do resíduo plástico como valor típico para polietileno de 0,96 g/cm3 e no volume suportado
no misturador, v = 55 cm3 (deve-se utilizar 60% do volume, ou seja, v = 33 cm3). Assim, a
massa utilizada em cada processamento foi calculada (𝑚 = 𝜌. 𝑉). Posteriormente as
amostras foram trituradas com auxílio de um moinho de facas.
Com base nestes cálculos, as quantidades de mica e de resíduo plástico, necessárias
para preparação das bateladas de cada formulação foram pesadas separadamente em
balança analítica e segregadas em sacos plásticos devidamente identificados.
Os materiais foram previamente misturados e introduzidos na câmara vazia e aquecida
a 170ºC. Velocidade dos rotores - 80 rpm; tempo de processamento de 10 minutos. Os
valores de torque e temperatura medidos durante o processamento de todas as bateladas
foram acompanhados através de computador acoplado.
Ao final de cada batelada era necessário desmontar a câmara de mistura, remover e
recolher o material produzido aderido ao rotor e a outras partes, limpando todos os
elementos e remontando a câmara de mistura para a próxima batelada. O material
39
produzido, após resfriamento natural e endurecimento, apresentava-se sob a forma de
partículas grosseiras e disformes. A Figura 13 apresenta o misturador interno utilizado e o
aspecto do material preparado, ainda na câmara do misturador.
As partículas grosseiras e disformes de cada uma das formulações produzidas no
misturador interno foram, em seguida, trituradas num triturador de facas, gerando
partículas de menor granulometria (Figura 14).
As amostras foram prensadas à 170ºC na prensa hidráulica MA 098/A MARCONi, para
a preparação dos corpos de prova para as análises de Dureza, Densidade e Análise do
Índice de Fluidez (MFI).
Figura 13 - Misturador interno Brabender - (a) material sendo colocado no
misturador. (b) material sendo retirado após o processamento.
40
Figura 14 - Materiais moídos, separados por composição.
3.3. CARACTERIZAÇÃO DOS MATERIAIS
3.3.1. Dureza
Para realização do ensaio de dureza foi utilizada a Norma ASTM D2240-2010. Existem
diversas escalas utilizadas em materiais com propriedades diferentes. As mais comuns são a
A e D, sendo a A utilizada em plásticos macios e a D em plásticos rígidos. Para a medição de
dureza do material deste estudo, foi o utilizado o durômetro SHORE D (Figura 15). O
material foi ajustado em cima de um elevador mecânico, e com o durômetro na posição
vertical foi perfurado por cerca de 5 segundos e posteriormente se calcular a dureza. Este
procedimento foi repetido cinco vezes para se obter um valor mais preciso. Com os
resultados obtidos foi calculada a média e o desvio padrão de cada amostra de compósito
MP/mica.
Figura 15 - Durômetro Shore D modelo GS702.
41
3.3.2. Densidade
Foi utilizada a Norma ASTM D792-2008. Para a análise de densidade foi necessário a
preparação de corpos de prova de 1 cm2. Em sequência, foi feita a preparação do sistema no
densímetro (Figura 16). Ao recipiente de vidro foi adicionada água destilada até o menisco
(marcação de um líquido ou sólido em um recipiente). Após este procedimento escolhe-se o
cesto de acordo com a densidade em relação á agua. Se ele flutua a densidade é menor que
1g/cm³ que é a densidade da água, se afunda, então é maior que 1g/cm³. No caso do
material do estudo as amostras estavam flutuando, indicando uma densidade menor do que
1g/cm³, sendo então escolhido o cesto com a inclinação voltada para baixo. O equipamento
então tara o sistema escolhido, posteriormente solicita a inclusão da amostra na balança,
calcula o peso a seco da amostra e, por fim, calcula dentro do recipiente com água destilada
sendo assim avaliado o empuxo.
Através desta análise obtêm-se um resultado de densidade (g/cm³) do material e um
valor de temperatura (ºC). O procedimento foi repetido 5 vezes para cada amostra de
material. Calculou-se então a média aritmética das determinações.
Figura 16 - Densímetro DSL910 – GEHAKA.
42
3.3.3. Análise do Índice de Fluidez (MFI)
O Índice de Fluidez (MFI) dá informação sobre a facilidade com que um polímero
fundido flui e, assim, inferir sobre a processabilidade do mesmo. O equipamento denominado
Plastômetro (Figura 17) foi utilizado para determinação do índice de fluidez. Este índice é
definido pela quantidade de massa em gramas que flui em uma matriz durante 10 minutos,
aplicando pressão à uma dada temperatura.
Para a análise de MFI a temperatura do plastômetro foi ajustada para o ensaio em
190°C, e carga de 2,16 N de acordo com a norma ASTM D1238. A cada minuto era retirada
uma amostra que posteriormente era pesada, para ser feita a conversão para o peso em 10
minutos. Foram feitas 5 medidas de cada compósito MP/mica. Com os resultados foi
calculado a média e o desvio padrão dos valores.
Figura 17 - PlastômetroMeltFlowQuik Index – CEAST (UEZO).
3.3.4. Espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR)
A espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier é um método de
caracterização físico para análise qualitativa e determinações quantitativas de traços de
elementos. Isto é possível porque os átomos que formam as moléculas possuem frequências
específicas de vibração, que variam de acordo com a estrutura, composição e o modo de
43
vibração da amostra. Para caracterizar mudanças na estrutura química das amostras, foram
realizadas análises de FTIR (FTIR - modelo Nicolet 6700 da Thermo Scientific – Figura 18)
no modo ATR, utilizando cristal de ZnSe, na faixa de número de ondas de 4000-650 cm-1,
com 120 varreduras e resolução de 4.182 cm-1.
Figura 18 - FTIR - modelo Nicolet 6700 da Thermo Scientific.
3.3.5. Análise Termogravimétrica (TGA)
É uma técnica termoanálitica que acompanha a perda e/ou ganho de massa da
amostra em função do tempo ou temperatura permitindo a pesagem contínua de uma
amostra em função da temperatura, ou seja, à medida que é aquecida ou resfriada. A análise
de TGA deste estudo foi realizada em equipamento TA INSTRUMENT modelo Q50, da
temperatura ambiente até 700°C, em taxa de aquecimento de 10 ºC/min e atmosfera de
nitrogênio.
44
3.3.6. Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC)
A calorimetria exploratória diferencial (DSC) foi feita em equipamento TA modelo
Q1000. As amostras foram analisadas segundo os seguintes ciclos: no primeiro ciclo a
amostra foi aquecida de 0 ºC até 200 ºC, a uma taxa de aquecimento de 10 ºC/min, deixando
o material a 200 ºC por 2 minutos, sob atmosfera de nitrogênio; no segundo ciclo foi feito um
resfriamento a uma taxa de 10 ºC/min, até 0 ºC; em seguida, foi feito um segundo ciclo de
aquecimento nas mesmas condições do inicial (exceto pelo tempo em espera de 2 minutos a
200 ºC); por fim foi feito um segundo ciclo de resfriamento nas mesmas condições do
primeiro ciclo de resfriamento.
45
RESULTADOS E DISCUSSÕES
A Tabela 3 apresenta os valores de densidade, dureza e índice de fluidez, dos
compósitos de madeira plástica e mica estudados.
Tabela 3 - Valores de densidade, dureza e índice de fluidez das amostras MP/mica.
Material Porcentagem
mássica (m/m) Densidade (g/cm3)
Dureza (Shore D)
MFI (g/10min)
MP 100 0,750 ± 0,07 16,00 ± 4,30 0,50 ± 0,04 MP/mica 5 95/5 0,730 ± 0,07 25,00 ± 9,43 0,36 ± 0,04 MP/mica 10 90/10 0,782 ± 0,08 41,20 ± 6,61 0,35 ± 0,03 MP/mica 15 85/15 0,907 ± 0,05 56,40 ± 3,21 0,27 ± 0,01 MP/mica 20 80/20 0,850 ± 0,06 57,00 ± 1,22 0,27 ± 0,01
*MP – madeira plástica
4.1. DENSIDADE
A Figura 19 apresenta os resultados das análises de Densidade. A literatura consultada
apresenta uma densidade aparente da madeira plástica, entre 0,7 e 0,8 g/cm3 (CABRAL,
2008), o que confirma nosso resultado, que apresentou um valor de 0,750 g/cm3 para a
madeira plástica sem a carga.
Apesar de ter apresentado um pequeno decréscimo entre a MP e MP/mica5 e entre
MP/mica15 para MP/mica20, ao levar em conta o desvio padrão apresentado por cada
amostra, verifica-se que os valores obtidos são bastante parecidos, sugerindo que a adição
da carga de mica pode gerar um ligeiro aumento na densidade da madeira plástica.
De maneira geral, os resultados obtidos através da analise de densidade, tem como
tendência geral o aumento da densidade do compósito, com o aumento do teor de
muscovita, como mostra a Figura 19, demonstrando que houve uma boa interação polímero-
carga. Esta boa interação deve estar relacionada aos aditivos presentes no material
reciclado, que podem estar agindo como plastificantes.
46
Figura 19 - Resultados da análise de Densidade.
4.2. DUREZA
Os resultados de dureza, característicos da rigidez de um artefato, estão
apresentados na Figura 20. Como era de se esperar, o gráfico mostra como a dureza
aumenta com a incorporação crescente de carga.
Os resultados de dureza da madeira plástica mostram a eficácia da função de carga
reforçante da mica na matriz de madeira plástica. Essa tendência ao aumento da dureza do
material com o aumento da mica no compósito indica uma boa interação entre a carga e a
matriz (ESCÓCIO, 2014).
Os resultados indicam uma tendência estabilização da dureza em torno de 15% de
mica no compósito. Este comportamento deve ser confirmado em um próximo estudo.
47
Figura 20 - Resultados da análise de Dureza.
4.3. ANÁLISE DO ÍNDICE DE FLUIDEZ (MFI)
Uma diminuição do MFI fluxo de material é esperada, devido à ação reforçadora da
mica, como já foi observada em outros sistemas (NICOLAU, 2017).
Os resultados MFI dos compósitos apresentaram grande redução em relação à
madeira plástica (MP) devido à presença da mica. Como mostra a Figura 21, o aumento do
teor de mica na composição MP/mica, provoca uma diminuição do fluxo de material, o que
retrata um menor índice de fluidez do material. A diminuição do índice de fluidez com
aumento da carga é associada usualmente a uma restrição na movimentação das cadeias,
devido à presença da mica, diminuindo assim o fluxo do material (CASTRO et al., 2014).
48
Figura 21 - Resultados da análise de MFI.
4.4. ESPECTROSCOPIA DE INFRAVERMELHO COM TRANSFORMADA DE FOURIER
(FTIR)
A Figura 22 mostra o espectro de FTIR dos matériais obtidos: MP; MP/mica 5; MP/mica
10; MP/mica 15 e MP/mica 20.
Os picos da madeira plástica (MP) são equivalentes aos picos do PEAD (TORRES et
al., 2010) que é formado pela repetição do grupo -(CH2)-. O espectro da MP mostra as três
bandas de absorção associadas aos três modos de vibração da ligação C-H, cujos valores
dos números de onda se situam nas seguintes regiões espectrais: valência ou “stretching”
entre 2950 e 2850 cm–1; pêndulo ou “bending” entre 1350 e 1450 cm–1; torção ou “rocking”
aproximadamente em 700 cm–1. Observa-se também que cada banda é formada por dois
picos, devido ao fato de que a frequência de vibração de uma ligação depende do meio que
a envolve. Assim, para o polietileno, cada pico corresponde a uma configuração C-H
particular. Uma banda é típica das ligações dentro da cadeia polimérica, enquanto a outra
corresponde à ligação C-H nas extremidades da cadeia polimérica. A amplitude relativa de
um pico sobre o outro depende da importância relativa de cada tipo de ligação e de seu grau
de vibração. O PEAD também apresenta as ligações C-C que são normalmente observadas
com pico(s) de absorbância em um número de onda na região entre 1000-1250 cm–1.
49
Figura 22 - Resultados da análise FTIR [eixo x: número de onda (cm-1) e eixo y:
Absorbância (u.a.)].
As vibrações de minerais do grupo mica podem ser separadas em uma região
vibracional de grupos hidroxila e em uma região vibracional compreendendo ligações dos
tetraedros Si(Al)O4, dos cátions coordenados octraedricamente, e dos cátions intercamadas
altamente coordenados. Esta separação é completa na região entre 3700-3550 cm-1 (OH
“stretching”) de alta energia. Bandas de absorção na região entre 1200-700 cm-1 são
essencialmente devido ao “stretching” Si-O, fracamente influenciadas por outras vibrações
da estrutura cristalina. A vibração da ligação Si-O na região entre 600-300 cm-1 normalmente
apresenta um acoplamento entre “stretching” e “bending” dos octraedros cátion-oxigênio
50
situados em uma região espectral similar. As vibrações dos cátions intercamadas estão
localizadas na faixa entre 400-50 cm-1 que não estão presentes neste espectro. Estes
detalhes entre outros, estão disponíveis na Literatura em Framer (1974) e Rossanm (1984)
(BERAN, 2002).
Alguns outros picos podem ser atribuídos a aditivos utilizados para melhorar o fluxo do
polímero pós-consumo durante o reprocessamento do material. Os aditivos são formados de
moléculas pequenas, apresentando uma baixa viscosidade e, portanto, podem agir como
plastificantes, melhorando o fluxo do material e também facilitando a interação polímero-
carga (TORRES e D´ALMEIDA, 2010). Neste trabalho, pode-se inferir que não há interação
química entre a madeira plástica e a mica muscovita.
4.5. TERMOGRAVIMETRIA (TG)
Os perfis térmicos da madeira plástica e dos compósitos MP/mica (Figura 23)
têm aparência típica das curvas de TGA do PEAD, com Tonset (temperatura de início
de decomposição) na faixa de 450 a 480 °C e Tendset (temperatura de final de
decomposição) entre 500 e 520 °C e com picos entre 484 e 499 °C nas curvas DTG
(BANAT e FARES, 2015; MARTNS, 2017).
Figura 23 - Curvas de TGA das amostras de madeira plástica/mica.
51
Como podemos ver na tabela 4, a análise do perfil térmico da madeira plástica pura
indicou uma porcentagem de resíduo final de cerca 2,5%, que corresponde a aditivos que
são incorporados ao material, como corantes e compatibilizantes (GUIMARÃES, 2013;
MARTINS, 2017; OLIVEIRA et al., 2013). Além disso, sabendo que até a temperatura na
qual a análise de TG foi realizada nenhum tipo de modificação da estrutura da mica é
observada, A análise da quantidade de resíduo obtido em cada curva indicou boa
concordância entre a quantidade de mica introduzida na mistura e aquela obtida como
resíduo da queima da mistura, indicando que não ocorreram grandes perdas durante o
processamento e também uma boa interação entre a matriz polimérica e o mineral (CASTRO
et al., 2017).
Tabela 4 – Porcentagem de resíduo após termogravimetria para amostras MP/mica.
Amostras Resíduo % Resíduo %
(descontado % da MP)
MP Puro 2,63 -
MP/Mica5 7,02 4,39
MP/Mica10 12,42 9,79
MP/Mica15 16,82 14,19
MP/Mica20 21,57 18,94
Os gráficos da derivada da analise termogravimétrica (DTG), Figura 24, mostraram-se
bastante similares entre as amostras de compositos e a madeira plastica pura, revelando a
ocorrência de apenas uma etapa de decomposição térmica com temperatura máxima do pico
(480°C) condizente com o observado nos perfis de TGA obtidos.
52
Figura 24- Termogravimetria das amostras de madeira plástica/mica na região entre 425-
500°C.
4.6. CALORIMETRIA EXPLORATÓRIA DIFERENCIAL (DSC)
Os perfis de DSC, Figuras 25, mostraram-se bem próximos entre a madeira plástica pura
e os compósitos com mica, com ocorrência, em todos eles, de pico endotérmico
correspondente à fusão da madeira plástica na faixa de temperatura entre 130-150°C,
compatível coma faixa de fusão do PEAD (MARTINS, 2017).
Figura 25 - Perfil DSC da madeira plástica e dos compósitos com mica.
53
A ampliação da região mais próxima do pico de fusão (Figura 26), entre 130-150°C,
revelou que as amostras de madeira plástica com mica apresentaram temperaturas máximas
de fusão ligeiramente menores em relação à madeira plástica. Diante dos resultados já
discutidos, que indicam uma ação reforçadora da mica, este resultado pode indicar que a
natureza da interação entre o mineral e o polímero é física, conforme observado por FTIR.
Figura 26 - Ampliação da região do pico de fusão da madeira plástica e dos compósitos.
54
CONCLUSÕES
Os resultados da análise de densidade mostraram que há uma tendência de aumento
da densidade com a adição da carga mica. Acredita-se que os aditivos utilizados
durante o reprocessamento podem estar atuando como plastificantes, auxiliando a
boa interação entre matriz e a carga.
Da mesma forma os resultados de dureza tiveram um aumento progressivo com o
aumento da mica no compósito, contudo, apresentou uma estabilização em torno de
15%.
O aumento da quantidade de mica nos compósitos provocou uma redução na taxa de
fluxo do compósito na análise de MFI. Entende-se que a diminuição dos valores de
fluidez do material, é devido à restrição dos movimentos das cadeias do polímetros,
causados pela presença da mica, como já visto em outros sistemas.
O espectro de FTIR da madeira plástica (MP) encontrado neste estudo apresentou
picos equivalentes aos picos do PEAD. Para o grupo mica, foram observadas as
vibrações de grupos hidroxila e das ligações Si-O. Outros picos são relacionados aos
aditivos. Não foi observada uma interação química entre a madeira plástica e a mica
muscovita.
A análise termogravimétrica sugere um ganho de resistência térmica da madeira
plástica com a introdução da mica, demonstrado por diminuição na taxa de
decomposição dos compósitos em relação à temperatura de inicio da decomposição
da madeira plástica pura.
A curva DSC apresentou picos endotérmicos, da madeira plástica pura e os
compósitos com mica, bem próximos, apresentando temperaturas de fusão e
decomposição típicas do PEAD. Os resultados mostram que as temperaturas
máximas de fusão das amostras MP/mica, se apresentaram ligeiramente menores do
que as da madeira plástica.
55
Sugestões para trabalhos futuros:
Processar os compósitos por extrusão.
Realizar ensaios mecânicos de tração.
Realizar análise morfológica por microscopia eletrônica de varredura, a fim de
observar a interface polímero/reforço.
Realizar teste de envelhecimento acelerado em estufa.
56
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![PROGRAMA · 2017. 5. 12. · PROGRAMA santa maria da feira 19 MAIO QUI 16h00 guixot de 8 [es] ‘recycled games outdoor’ [m/3] envolvente casa do moinho 180' 16h30 claudia vásquez](https://img.document.onl/doc/110x75/5ff98c4a02b8e07c0c00beec/programa-2017-5-12-programa-santa-maria-da-feira-19-maio-qui-16h00-guixot-de.jpg)
