ÁREA: Físico-Química
TÍTULO: TÍTULO: UTILIZAÇÃO DE MEV E ANÁLISE MECÂNICA DE COMPRESSÃO PARA ESTUDO DA CONCENTRAÇÃO DE CARBONATO DE CÁLCIO EM ESPUMAS FLEXÍVEIS DE POLIURETANO.
AUTORES: SANT'ANNA, S. S. (UFMG) ; CARVALHO, C. F (UFOP) ; SOUZA, D. A (UFMG) ; YOSHIDA, M. I (UFMG)
RESUMO: Cargas são materiais não solúveis que são adicionados aos polímeros para alterar propriedades físicas.O carbonato de cálcio é uma carga muito utilizada na fabricação de espumas de poliuretanos flexíveis por ser um material não-abrasivo e não-tóxico. Sua utilização promove a substituição de parte dos agentes poliméricos, reduzindo custos, além de conferir estabilidade dimensional e dureza às espumas flexíveis. Este trabalho relata o estudo da utilização do CaCO3 (carga empregada pelos fabricantes de colchões, em geral) nas concentrações de 0, 1, 9, 15 e 21% para a síntese de espumas flexíveis, sendo estas submetidas às análises morfológica e mecânica para verificar as alterações provocadas pela introdução progressiva desta carga.
PALAVRAS CHAVES: palavras-chave: caco3, espumas flexíveis de poliuretano.
INTRODUÇÃO: A versatilidade da química de fabricação de poliuretanos permite produzir diversos tipos de materiais tais como: espumas flexíveis, espumas rígidas, filmes, moldados, entre outros, dependendo dos reagentes utilizados na síntese (LE CHATELIER et al., 2005). Dentre os poliuretanos mais utilizados no cotidiano estão as espumas de poliuretano flexível. Tal material pode ser bastante encontrado no setor moveleiro, onde é utilizado na fabricação de colchões e estofados. Em geral, indústrias que produzem espumas flexíveis de poliuretano utilizam cargas (WOODS et al., 1990; DUARTE et al., 2005) para modificar de algum modo as propriedades do material, tais como: retração de moldagem, dureza, densidade, entre outros (ARGON et al., 1999;VILAR, 1999).
Apesar da indústria de poliuretano utilizar largamente o carbonato de cálcio como carga, em geral a quantidade empregada é definida aleatoriamente, podendo apresentar concentrações variando entre 0 e 15%. Em indústrias visitadas na região de Belo Horizonte – Minas Gerais, assim como em pesquisa bibliográfica, não foram encontrados dados precisos sobre a influência desta carga nas espumas e como a sua adição progressiva influencia as propriedades mecânicas da matriz.
Desta forma, o objetivo do presente trabalho foi analisar o comportamento morfológico e mecânico, utilizando MEV, Microanálise por EDS e testes de compressão, quando as concentrações acima referidas, de carbonato de cálcio, foram introduzidas na matriz polimérica.
MATERIAL E MÉTODOS: Para fabricação das espumas flexíveis utilizaram-se: Poliol Voranol 4730N (100,00 pph*) e o TDI Voranate T80 (50,00 pph), obtidos comercialmente pela Dow Química; surfactante de silicone PDMS/POE (0,60 pph), adquirido pela General Eletric; Amina (0,16 pph) da Arinos e octoato de estanho II da Miracema Nuodex (0,30 pph) utilizados como catalisadores nas reações de polimerização e expansão (WILKES et al., 1988; MACOSKO et al., 1996); água destilada (3,00 pph); e carbonato de cálcio (1, 9, 15, 21%), obtido nas indústrias fabricantes de colchões da região de Belo Horizonte-MG.
A formulação utilizada na indústria teve sua estequiometria ajustada para fabricação das espumas em laboratório. O índice de isocianato empregado foi o 132. Para agitação foi utilizado o agitador mecânico Fisatom modelo 710 (potência 25W, rotação: 25 a 200 rpm).
*pph – partes por cem partes de poliol.
Para as análises instrumentais utilizou-se: MEV: Jeol JSM 840; Microanálise: Microssonda Eletrônica Jeol 8900 e Análise Mecânica: Lloyd LR5K.
MEV: As amostras foram cortadas em pequenos pedaços, utilizando tesoura. Em seguida estas foram recobertas com fina camada de ouro e levadas ao microscópio.
EDS: Amostras do carbonato de cálcio foram recobertas com fina camada de carbono e analisadas sob as seguintes condições: tensão de aceleração: 15Kv; corrente: 20 nA.
Análise Mecânica: De acordo com a norma ISO 3386 – Parte 1 (ISO 3386/1, 1986), os corpos de prova, de 5 cm de aresta, foram submetidos a 4 ciclos de compressão-descompressão, a 70% da sua altura original, a uma velocidade de 50mm/min. No quarto ciclo de compressão foram obtidos os valores de histerese.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: Análise morfológica: Quando uma carga é introduzida no polímero o ideal é que esta tenha granulometria regular e as partículas sejam pequenas a fim de promover boa distribuição na matriz. O CaCO3 foi submetido à análise de MEV, sendo observada uma granulometria irregular e grosseira. Análise por EDS demonstrou que o CaCO3 apresenta vários elementos de constituição, o que é uma desvantagem, pois um material quimicamente impuro, pode conter substâncias que reagem com a matriz levando à sua degradação(RABELLO,2000). As espumas sem carga e com as diversas concentrações de CaCO3 foram analisadas por MEV. Observou-se que o CaCO3 adicionado se aglomerou em determinados pontos da matriz polimérica, devido à sua granulometria, não apresentado bem distribuído, como é requerido para promover um reforço eficaz. Foi detectado ainda que o aumento progressivo da quantidade de carbonato danificou a matriz polimérica, perdendo esta sua morfologia poliédrica característica(MACOSKO et al.,1997).
Análise Mecânica:Pelos testes mecânicos de compressão foram obtidos os valores de histerese, para as espumas com CaCO3. A histerese se relaciona à perda de energia provocada pelo deslizamento irreversível das cadeias poliméricas, em ciclos de compressão-descompressão, e, quanto maior seu valor, maior a suscetibilidade do material sofrer deformações irreversíveis(CALISTER,2000;SAINT-MICHEL,2006). Foi observado que a medida que se aumentou a concentração de CaCO3 na matriz, aumentaram-se os valores de histerese, significando que o sistema foi perdendo a habilidade de retornar ao formato original.Logo, a adição progressiva de carga, reduziu a qualidade das espumas uma vez que o aumento da perda de energia provocada pela compressão favorece a deformação permanente do material.
CONCLUSÕES: Embora as fábricas de espumas flexíveis de poliuretano utilizem comumente o carbonato de cálcio como carga, a introdução de altas quantidades deste corrobora com a perda da morfologia original o que gera aumento dos valores de histerese, levando material a danos irreversíveis. Assim a utilização desta carga deve ser acompanhada cuidadosamente, pois, seu uso excessivo pode prejudicar qualidade da espuma flexível. Para este acompanhamento faz-se necessário o conhecimento da influência desta carga na espuma, que é justamente onde se foca este trabalho.
AGRADECIMENTOS: Ao CNPq pelo suporte financeiro e à Colchobel.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: - ARGON, A. S., WEINBER, G. M., COHEN, R. E., BARTCZAK Z. Polymer, Vol 40, 2347, 1999.
- CALISTER, W. D. JR. Materials Science and Engineering: an introduction. John Wiley & Sons, 589 p., 2000.
- DUARTE, A. K., SALIBA, C. C., CARNEIRO, J. R. G., FERNANDES, M. R. F. F., OREFICE, R. L., SCHNEIDER, W. T., Polymer Testing, Vol. 24, 819–824, 2005.
- LE CHATELIER, C., LIGOURE, C., MONTI, F., LEIBLER, L., CLOITRE, M. Polymer, Vol. 46, 6402-6410, 2005.
- MACOSKO, C. W., DAVIS, H. T., ZHANG, X. D. Polymeric Foams: Science and Technology. Washington: ACS, 1997.
- MACOSKO, C. W., TASUNAGA, K., NEFF, R. A., ZHANG, X. D. Journal of Celular Plastics, Vol. 32, 427-448, 1996.
- NORMA ISO 3386/1. Polymeric materials, cellular flexible – Determination of stress-strain characteristic in compression – Part 1 – Low-density materials, 1986.
- RABELLO, M. Aditivação de polímeros. São Paulo: Artliber, 242 p., 2000.
- SAINT-MICHEL, F., CAVAILLE, J. Y.,CHAZEAU, L. Composites Science and Technology, 2006 (in press).
- VILAR, W.D. Química e tecnologia de poliuretanos. São Paulo: Pronor, 1999.
- WILKES, G, L., ARMISTEAD, J. P. Journal of Applied Polymer Science, Vol. 35, 601-629, 1988.
- WOODS, W. The ICI Polyurethanes books, Nova York: Wiley, 362 p., 1990.
