INFLUÊNCIA NA RETARDÂNCIA DE CHAMA EM COMPÓSITOS POLIMÉRICOS DE POLIÉSTER ISOFTÁLICO INSATURADO COM ADIÇÃO DE LAMA VERMELHA SEDIMENTADA GRAVITACIONALMENTE

ISBN 978-85-85905-23-1

Área

Materiais

Autores

Gonçalves, C.P. (UFPA) ; Sena, S.S. (UFPA) ; Santos, L.G.S. (UFPA) ; Rebelo, G.N. (UFPA) ; Cunha, E.J.S. (UFPA) ; Souza, J.A.S. (UFPA)

Resumo

O presente trabalho tem como objetivo investigar por meio do ensaio de retardância à chama, baseando-se na norma ASTM D-635, o uso da lama vermelha, que é um resíduo resultante da produção de alumina via processo Bayer, separada em camadas via sedimentação gravitacional e peneiramento a 150 Mesh Tyler, em compósitos de matriz polimérica. Os corpos de provas foram produzidos com diferentes frações de resíduo, 0%, 10%, 20% e 30% para cada camada sedimentada. Os melhores resultados obtidos foram para os corpos de prova de 30% no qual foi possível a extinção da chama, com bons valores de velocidade de propagação.

Palavras chaves

Sedmentação; Lama vermelha; compósitos

Introdução

A produção de alumina via processo Bayer resulta na geração de uma grande quantidade de resíduo conhecido como "lama vermelha", gerado após a solubilização da alumina utilizando-se de uma solução de hidróxido de sódio a altas temperaturas e pressões (SANTOS, 2016). O descarte desse material, combinado com as exigências legais socioambientais imposta às empresas, tem desafiado estudos de novas formas para o reaproveitamento, sendo um desses métodos o desenvolvimento de materiais compósitos (WANG, et al. 2008). Compósitos de matrizes poliméricas são muito utilizados em inúmeras aplicações onde serviços de longo prazo em ambientes ácidos ou alcalinos são requisitados. Neste contexto, as resinas termofixas são importantes materiais usados na indústria de compósitos, pois possuem elevados módulos de Young e uma faixa de temperatura de uso relativamente alta, devido suas densas reticulações (NUNES, et al. 2015). Correlacionada as modificações propostas na aplicação de materiais poliméricos, existe uma grande preocupação com a redução da inflamabilidade, incluindo os crescentes cuidados com segurança e prevenção da combustão tóxica, no qual, torna-se um empecilho para a utilização de alguns polímeros. Retardantes de chama são produtos que quando adicionados aos materiais poliméricos, em caso de exposição ao fogo ou alta temperatura, devem inibir ou suprimir o processo de combustão (RIBEIRO, et al. 2013). Nesse contexto foram produzidos compósitos poliméricos de poliéster isoftálicos insaturados somados a lama vermelha sedimentada gravitacionalmente, no qual foram feitos corpos de prova, com frações mássicas de 0% de resíduo, 10%, 20% e 30% de lama vermelha para cada camada obtida, com o objetivo de investigar o retardo de chama desse compósito baseado na norma ASTM D-635.

Material e métodos

Para o processo de sedimentação gravitacional foram 7 litros de água e 700 g de lama vermelha, sendo utilizado um sifão manual para auxiliar na remoção através da transferência do líquido sobrenadante. A primeira, a segunda e a terceira camada obtidas foram rotuladas em 1CAM, 2CAM e 3CAM, respectivamente. Em seguida, cada fração passou por secagem em estufa por 24 horas a 100 °C e classificação em peneira a 150 Mesh Tyler. O poliéster isoftálico insaturado foi utilizado como fase matriz para a fabricação da placa polimérica, onde aliado a ele, foi adicionado 1,5% do acelerador de cobalto (CAT.MET. Umedecido). Somado com a mistura de poliéster e a massa de lama é adicionado 1% do iniciador metil-etil-cetona MEK-P (Butanox-M-50). Após a adição de cada componente a mistura passou por agitação manual. Em seguida, despejada em um molde retangular até cobrir toda a superfície. Para conformação foi utilizada uma prensa hidráulica, onde aplica-se uma pressão de 2,6 ton por um período de 20 minutos. As placas foram fabricadas com proporções de frações mássicas de carregamento em 10%, 20% e 30%, com lama vermelha de cada uma das camadas geradas pela sedimentação gravitacional. Os corpos de prova foram obtidos com as dimensões de 13 x 125 mm sendo marcados em 2 regiões, uma com 100 mm e outra 25 mm de acordo com a norma ASTM D-635. Fundamentado pela norma foram feitas triplicatas para cada camada e posicionadas na garra metálica horizontalmente, sendo assim possível calcular a propagação da chama (MARTINS, 2013).

Resultado e discussão

Certificou-se que a 1CAM sedimentou em 5 minutos, A 2CAM em 17 minutos e a 3CAM não foi contabilizada devido à demora, sendo recuperada por secagem em estufa por 24 horas. O processo de homogeneização foi eficiente para as frações de 10 e 20% de lama vermelha, porém isto não impediu a aglomeração que foi notada com clareza nas placas com 30%. As triplicatas foram nomeadas sendo C1 para os CPs 100% poliéster isoftálico sem adição de lama vermelha, CA para 1CAM, CB para 2CAM e CC para 3CAM. A Tabela 1 apresenta os resultados das amostras ensaiadas com base na norma ASTM D-635. Os corpos de prova 0% de lama vermelha e com 10% de lama vermelha foram os que obtiveram os piores resultados de retardância, foi possível observar o gotejamento, os CPs queimaram totalmente e a média da velocidade de propagação das tiplicatas foram 30,8 e 21,1mm/min respectivamente, como pode ser observado na Figura 1 a). Quando a carga é aumentada para 20%, a velocidade de propagação decai, junto com o não gotejamento, porém os corpos de prova continuam queimando em seu total. Os melhores resultados de velocidade vieram com os corpos com adição de 30% de lama vermelha, porém CA30 da primeira camada consumiu-se totalmente. As amostras que se destacaram foram CB e CC 30%, pois as mesmas obtiveram bons resultados em todos os quesitos investigados, os corpos de prova não gotejaram e extinguiram a chama em determinado tempo, com isso não consumindo totalmente o corpo de prova, como pode ser visto na Figura 1 b) e 1c), respectivamente. CB30 e CC30 obtiveram uma média de velocidade de 5,9 e 6,3mm/min respectivamente, demonstrando um resultado satisfatório de acordo com a norma ASTM D-635. Podemos dizer também que esta extinção da chama se deve a presença de minerais hidróxidos como a gibbsita.

Conclusões

Pode ser constatado nessa pesquisa que a junção de moagem e peneiramento a 150 mesh Tyler diminui a aglomeração e melhora a homogeneidade em placas poliméricas. É correto afirmar também que o compósito polimérico de poliéster isoftalico e lama vermelha obtém resultados satisfatórios no ensaio de retardância a chama, tendo como exemplo da pesquisa os CPs de 30% de lama vermelha da segunda e da terceira camada, sendo assim classificados pela norma ASTM D-635, podendo ser concluído também que a sedimentação melhora a distribuição dos agentes que auxiliam no retardo existentes na lama.

Agradecimentos

Referências

ASTM D635-10. 2010. Standard Test Method for Rate of Burning and/or Extent and Time of Burning of Plastics in a Horizontal Position. Pennsylvania - United States : s.n., 2010.
MARTINS, P. A. Uso de aditivos não tóxicos como retardantes de chama em ABS. Dissertação de mestrado, departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais, da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. São Paulo, 2013.
NUNES, K. S. et al. Influência do teor de lama vermelha como carga em compósitos reforçados com fibra de curauá. 14º Encontro dos Profissionais da Química na Amazônia. Belém, Pará, 2015.
RIBEIRO ET AL. Flamabilidade E Retardância De Chama Do Compósito: Poliéster Insaturado. Programa de Pós Graduação em Engenharia Mecânica, Universidade Federal do Rio Grande do Norte. HOLOS, Ano 29, Vol 1, 2013.
SANTOS, L. G. S. Caracterização de Particulados de Lama Vermelha, a partir da Sedimentação Hidráulica, visando a aplicação em Compósitos Poliméricos. 2016. 49 f. Trabalho de conclusão de curso (graduação em Engenharia Química) – Universidade Federal do Pará, Belém, 2016.
WANG, S., et al. Novel applications of red mud as coagulant, adsorbent and catalyst for environmentally benign processes. Chemosphere, v.72, n.11, p.1621–1635, ago., 2008.