ÁREA: Materiais
TÍTULO: Caracterização mecânica de compósitos de cardanol-formaldeído reforçados com fibras de babaçu e buriti
AUTORES: RODRIGUES, J. S. (UFPI) ; SOUZA, C. M. L. (UPI)
RESUMO: O cardanol e o cardol são constituintes fenólicos do líquido da castanha de caju (LCC) que podem ser empregados como matéria-prima para a obtenção de resinas fenólicas, através da condensação com formaldeído na presença de catalisadores ácidos ou básicos. A mistura entre uma resina e fibras vegetais dá origem a um material compósito cujas propriedades térmicas e mecânicas são avaliadas para posterior aplicação industrial. O objetivo deste trabalho é preparar materiais compósitos a partir da resina cardanol-formaldeído e das fibras da palha do buriti e do babaçu e avaliar as propriedades térmicas e mecânicas dos diferentes materiais. Os resultados de DMA mostram que os compósitos preparados com as fibras não tratadas do buriti e do babaçu apresentaram melhora na resistência mecânica, identificado pelo aumento no módulo de armazenamento, quando comparados à resina cardanol-formaldeído.
PALAVRAS CHAVES: compósitos, cardanol-formaldeído, fibras babaçu e buriti
INTRODUÇÃO: O desenvolvimento de materiais oriundos de fontes naturais ou que contenham componentes biodegradáveis tem crescido nos últimos anos com o objetivo de minimizar o impacto ambiental no mundo. (Mawaikambo e Ansell, 2001). A indústria de polímeros tem procurado substitutos naturais para a produção de resinas fenólicas e por isso o líquido da castanha de caju (LCC), que é rico em constituintes fenólicos, tem sido utilizado para obter resinas do tipo fenol- formaldeído. (Mazzetto, et AL., 2009). A reação de condensação entre formaldeído e o fenol pode ser catalisada por ácido ou base, sendo que a natureza do produto depende em grande parte do tipo do catalisador e da relação molar dos reagentes. A resina fenólica novolac apresenta razão molar entre formaldeído e fenol inferior a 1 enquanto que na resina resol a razão molar é superior a 1. (Macedo, 1993) (Mawaikambo e Ansell, 2001).
Compósitos são misturas físicas entre dois ou mais materiais que apresentam propriedades diferentes dos componentes puros. Nestes materiais podem ser utilizados polímeros termofixos (matriz) e fibras, sintéticas ou naturais. A utilização de fibras vegetais em substituição as sintéticas é recomendável e desejada, porém as propriedades requeridas para o uso e o processamento destes na indústria devem ser consideradas. As fibras naturais têm baixa densidade; são menos abrasivas, se comparadas às fibras sintéticas; são não-tóxicas, são de baixo custo, devido à renovação por plantio; são biodegradáveis e de fácil incineração. A aplicabilidade destas fibras vegetais ocorre principalmente na indústria automobilística, no revestimento interno de automóveis, ônibus e caminhões, na construção civil. (Alonso, et aL., 2004) (. Mwaikabo, Ansell, 2003). O objetivo deste trabalho é preparar materiais compósitos a partir da resina cardanol-formaldeído e das fibras da palha do buriti e do babaçu e avaliar as propriedades térmicas e mecânicas dos diferentes materiais.
MATERIAL E MÉTODOS: As fibras vegetais, obtidas das palhas do babaçu e do buriti, foram submetidas à secagem, ao sol, por quatro dias, procedendo-se em seguida o corte e o tratamento químico com NaOH. Para a síntese da resina fenólica novolac, adicionou-se o p-formaldeído ao cardanol na razão 1:5 em presença de NaOH 2 mol/L, usando-se tolueno como solvente, mantendo-se a mistura sob agitação mecânica em banho-maria, a 90 oC por 1 hora. A preparação dos compósitos segue o método procedido para a resina, sendo que as fibras são inseridas no meio reacional após 40 minutos da etapa de agitação. Após completar 1 hora sob agitação mecânica a 90 °C a mistura foi transferida para um molde de vidro de 12,5 x 13,0 cm, contendo em sua superfície uma camada fina de cera de carnaúba para facilitar o processo de desmoldagem. A resina e os compósitos foram mantidos à temperatura ambiente por 24 horas para reação de pré-cura. Os corpos de provas da resina e dos compósitos foram caracterizados por TG, DSC e Análise Dinâmico-mecânica (DMA).
RESULTADOS E DISCUSSÃO: A curva TG da resina cardanol-formaldeído mostra perdas de massa associadas à volatilização do solvente e as moléculas de água liberação durante o processo de formação das ligações cruzadas. A curva TG mostra as variações em massa devido aos processos relacionados à reação de cura e a decomposição total da resina. Os compósitos preparados com as fibras não tratadas e com as fibras mercerizadas apresentam de forma generalizada o comportamento majoritário da resina cardanol-formaldeído. A curva DSC referente à resina cardanol formaldeído (RCF) mostra picos característicos da transição vítrea (Tg) e da formação das ligações cruzadas. Os compósitos apresentam na curva DSC eventos associados à RCF e as fibras vegetais.
O DMA da resina RCF mostra uma diminuição abrupta no módulo de armazenamento, E’, característico da transição vítrea e próximo de 150 oC, o aumento no módulo é indicativo do ponto de gel, isto é, o material começa a tornar-se mais rígido em virtude da formação de ligações cruzadas. Os compósitos com as fibras do buriti apresentam uma queda no valor do módulo com o aumento da temperatura até cerca de 150 ºC, e que deve estar associado à relaxação da transição vítrea. O compósito que contém as fibras mercerizadas, CBM, apresenta entre a Tg e o pico de cura uma mudança de inclinação na curva que sugere a ocorrência de relaxações secundárias e que deve estar relacionado à presença de microambientes, causado pelas interações entre a resina e as fibras e que dificulta o escoamento do material. As curvas DMA para os compósitos contendo fibras de babaçu apresentaram comportamento semelhante aqueles de compósitos reforçados com fibras de buriti, no entanto o valor inicial do módulo de armazenamento.
CONCLUSÕES: Os resultados de DMA mostram que os compósitos preparados com as fibras do buriti e do babaçu apresentaram melhora na resistência mecânica, identificado pelo aumento no módulo de armazenamento, quando comparados à resina cardanol-formaldeído. O compósito contendo a fibra do babaçu mercerizada apresenta maior valor de módulo de armazenamento indicativo de aumento da resistência. A maior resistência mecânica deste compósito deve-se provavelmente a maior interação entre as fibras tratadas e a matriz. Observa-se ainda para algumas amostras a presença de um processo de relaxação entre a transição vítrea e o pico de cura, sugerindo a formação de microambientes na região interfacial, causado pelo aumento de densidade de interações entre a resina cardanol-formaldeído e as fibras.
AGRADECIMENTOS: UFPI
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