SEDIMENTAÇÃO GRAVITACIONAL DE LATERITA FERRUGINOSA VISANDO A APLICAÇÃO EM COMPÓSITOS POLIMÉRICOS

ISBN 978-85-85905-23-1

Área

Materiais

Autores

Sena, S.S. (UFPA) ; Mendes, B.H.A. (UFPA) ; Sales, S.S.P. (UFPA) ; Santos, L.G.S. (UFPA) ; Cunha, E.J.S. (UFPA) ; Souza, J.A.S. (UFPA)

Resumo

A laterita ferruginosa foi sedimentada gravitacionalmente e, com base nas velocidades de sedimentação, foram obtidas as 3 frações de trabalho. Os compósitos foram produzidos com matriz de poliéster isoftálico, com particulado nas proporções de 10 e 20% em volume. Os diâmetros médios foram obtidos com base nas velocidades de sedimentação e a lei de Stokes. Para a confecção dos compósitos foi utilizado o método de moldagem manual associado à compressão. Foram utilizados 3 corpos de prova seguindo o padrão UL94 para os ensaios de flamabilidade horizontal. As granulometrias obtidas foram significativamente distindas e o efeito de sua adição, para retardo de chama, mostrou-se efetivo, com uma redução de aproximadamente 50%.

Palavras chaves

LATERITA; COMPÓSITOS; SEDIMENTAÇÃO

Introdução

Os compósitos são constituídos de dois ou mais tipos de materiais diferentes, visando a criação de um material com propriedades melhores do que as demonstradas individualmente. A incorporação de cargas inorgânicas nos polímeros vem sendo muito utilizadas tanto no meio industrial, quanto no meio acadêmico, por conta das melhorias das propriedades, como: propriedades mecânicas, condutibilidade elétrica, retardância de chamas, entre outras (CALLISTER, 2013; LINGAIAH et al, 2008; TAN, 2008). O material retardante de chama tem como objetivo extinguir a chama, atrasar a propagação do fogo, ou adiar o tempo de flashover (combustão súbita generalizada), de diversas maneiras, como por exemplo, através da liberação de vapor d’água, presença de materiais de baixa ignição e interrupção da transferência de calor (DWASON e LANDRY, 2007; DAS et al, 2015; LAOUTID et al, 2009). Os materiais lateríticos são depósitos residuais que vêm do acúmulo de constituintes resistentes ao processo de intemperismo. O processo de laterização é característico das regiões tropicais de clima úmido, sendo um processo de alteração das rochas, que causa a lixiviação de minerais e o enriquecimento do solo com hidróxidos de ferro e alumínio, juntamente com outros elementos como o óxido de Titânio, manganês (ESPINDOLA et al, 2008; VIEIRA et al, 2007). Neste trabalho, a laterita ferruginosa foi sedimentada gravitacionalmente com o objetivo de concentrar os hidróxidos, ou mesmo analisar a influência da granulometria na flamabilidade de compósitos poliméricos.

Material e métodos

Foi utilizada a Resina Poliéster Isoftálica, acelerador de cobalto (Cat Met), o iniciador Butanox (MEKP) e o Desmoljet líquido. A laterita ferruginosa utilizada é originária do Nordeste do Pará. Inicialmente o material laterítico foi submetido à desfragmentação em moinhos de bolas CIMAQ S. A. por 20 minutos, passando por classificação em uma peneira de 28 Mesh, onde o undersize (material que tem dimensões menores que a malha da peneira) foi sedimentado gravitacionalmente em água destilada para a obtenção do comportamento e das velocidades terminais. Após a obtenção das informações necessárias, o processo foi reproduzido em maior escala para a obtenção das frações de trabalho com base nas granulometrias e consequentes velocidades. Cada fração obtida foi rotulada em 1CAM, 2CAM e 3CAM e submetida à secagem em estufa por 24 horas a uma temperatura de aproximadamente 100 °C. Foram realizadas as análises de Fluorescência de Raios-X (FRX), para investigar a composição química das frações e a análise termogravimétrica (TG). Para a fabricação do compósito foi utilizado o método manual associado à compressão, utilizando-se um molde metálico de 32 x 17 cm, com compressão de 2,5 Ton. A fração volumétrica utilizada foi de 10 e 20% para todas as frações obtidas da sedimentação da laterita com relação ao volume do compósito final. Foram utilizados 3 corpos de prova seguindo o padrão UL94 para os ensaios de retardo de chama.

Resultado e discussão

Durante o processo de sedimentação em proveta foi perceptível a formação de 3 camadas de sedimentado, o que resulta em diferentes velocidades “v” e consequentes diâmetros médios “Dm”, conforme a Tabela 1. Os resultados da sedimentação indicam uma diferença significativa nas velocidades de sedimentação e diâmetros médios, o que justifica a dificuldade de recuperação da 3CAM que permaneceu em suspensão no líquido, sendo recuperada por secagem. A Tabela 2 apresenta os resultados de FRX para as diferentes frações obtidas. Observando a tabela percebe-se um pequeno aumento na concentração de compostos de Ferro, Silício e Alumínio na primeira camada e uma maior ocorrência do óxido de Titânio na terceira camada. A Figura 1 apresenta o comparativo entre as análises termogravimétricas das diferentes frações. Na análise termogravimétrica pôde ser observado três estágios de perda de massa. O primeiro e o segundo estágio estão entre, aproximadamente, 48 e 220 °C e 220 e 320 °C, nessa ordem. No primeiro estágio pode-se relacionar à perda de água e o segundo estágio pelas quebras das estruturas cristalinas, podendo ocorrer transformações de fases até a sua degradação total, assim como destaca Costa (2016). A tabela 3 apresenta os resultados do ensaio de flamabilidade para a obtenção das taxas de queima. Os compósitos produzidos exibem demonstraram melhorias quanto à propriedade analisada. Os melhores resultados obtidos foram os do compósito com 20% em composição da segunda e da terceira camada de sedimentação de laterita com velocidades de propagação de chama de 8,12 mm/min e 8,63 mm/min, respectivamente, o que pode ser associado à transformação de fase indicada no TG, com resultante liberação de vapor d’água resultante da decomposição dos compostos de ferro e alumínio.

Conclusões

A realização da sedimentação gravitacional mostrou-se efetiva para a separação das camadas de trabalho, obtendo-se diâmetros bem distintos, contudo, o impacto na concentração dos componentes de ferro e alumínio não foi satisfatória. A redução da velocidade de queima no polímero, para os compósitos da segunda e da terceira camada de sedimentação da laterita com 20% em composição da carga, foi maior que 50% em relação a matriz polimérica, o que demonstra potencial para o material atuar como possível auxiliar no retardo de chamas.

Agradecimentos

Referências

CALLISTER JR, W.D.; RETHWISCH, D.G. Ciência e engenharia de materiais: uma Introdução. Tradução Sergio Murilo Stamile Soares. Rio de Janeiro: LTC, 2013.
COSTA, D. S. Estudo da influência de resíduos gerados pela indústria de mineração nas propriedades de compósitos de matriz poliéster reforçado com fibras naturais. Tese de doutorado em Engenharia de Recursos Naturais do Instituto de Tecnologia da Universidade Federal do Pará. Belém, 2016.
DAS, A.; BAR, M.; ALAGIRUSAMY, R. Flame retardant polymer composites. Fibers and Polymers, v. 16, n. 4: p. 705-717, 2015.
DWASON e LANDRY. 2007. Eletrical e Eletronic Equipament: Flame Retardant Issues, 2007.
ESPINDOLA, C. R.; DANIEL, L. A. Laterita e solos lateríticos no Brasil. Boletim Técnico da FATEC-SP, p. 21-24, 2008.
LAOUTID, F.; BONNAUD, L.; ALEXANDRE, M.; LOPEZ-CUESTA, J.-M; DUBOIS, PH. New prospects in flame retardant polymer materials: From fundamentals to nanocomposites. Materials Science and Engineering R, v. 63: p. 100-125, 2009.
LINGAIAH, S.; SADLER, R.; IBEH, C; SHIVAKUMAR, K.; Composites: Part B, 2008, 39, 196.
TAN, H.; HAN, J.; MA, G.; NIE, J.; Polymer degradation and Stability, 2008, 93, 369.
VIEIRA, C. M. F.; INTORNE, S. C.; ALEXANDRE, J.; ALVES, M. G.; MONTEIRO, S. N. Efeito da utilização de laterita nas propriedades físicas e mecânicas de cerâmicas vermelhas. Revista Matéria, v. 12, n. 3, p. 446-452, 2007.