Desenvolvimento e caracterização de composições elastoméricos de EPDM com redução no teor de óxido de zinco
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Data
2016-06-27Orientador
Crespo, Janaina da Silva
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Óxidos de zinco (ZnO), com partículas de tamanho nano (nano ZnO) são um tipo de carga inorgânica multifuncional, que apresenta um vasto uso e importância em formulações elastoméricas. Notavelmente, as mais relevantes pesquisas com nano ZnO estão direcionadas em usá-lo como um substituto do ZnO convencional e, que tem a função principal de ativador de vulcanização para sistemas com enxofre ou doadores de enxofre para composições de borracha. Neste trabalho, o efeito de três tipos de ZnO foi investigado em compostos com terpolímero de etileno-propileno-dieno (EPDM). ZnO convencional (sZnO), nano ZnO (ZnO 40) e nano ZnO disperso em carbonato de cálcio (ZnO 30) e suas características analisadas. A caracterização destes óxidos de zinco foram através de análises de absorção atômica, difração de raios X, microscopia eletrônica de varredura, área superficial específica e distribuição de tamanho de partículas e poros. As composições elastoméricas foram processadas em um misturador de rolos industrial e os diferentes tipos de ZnO foram adicionados em um misturador de rolos de laboratório. Uma composição para perfis automotivos foi preparada variando a quantidade de sZnO (1, 2, 3, 4 e 5 partes por cem de borracha (phr)). Para ZnO 30 e ZnO 40, dez composições foram desenvolvidas (1, 2, 3, 4, e 5 phr), além de um composto sem a adição de ZnO (amostra Branco). As propriedades de cura foram determinadas a partir de um reômetro de disco oscilatório. As composições não vulcanizadas também foram caracterizadas por um viscosímetro Mooney e um analisador de processamento de borracha (RPA). Após a vulcanização, as amostras tiveram suas propriedades físico-mecânicas analisadas, bem como por microscopia eletrônica de varredura. O envelhecimento acelerado em estufa, os parâmetros e mecanismos cinéticos de degradação foram estudados para os compostos com mesmo teor em massa de Zn (sZnO 4 phr, ZnO 30 3 phr e ZnO 40 2 phr), além da amostra Branco. Os resultados destas investigações demonstraram que ZnO 30 e ZnO 40 apresentam menor tamanho de partícula e maior área superficial, tornando-os mais reativos e classificando-os como nano ZnO. O efeito dos três diferentes ZnO nas propriedades físico-mecânicas das composições foram satisfatórios, demonstrando que resultados similares são obtidos utilizando menores teores de ZnO na formulação, principalmente com o uso de nano ZnO. A partir dos cálculos de energia de ativação, constatou-se que com o uso de ZnO 30 e ZnO 40 os valores desta propriedade foram superiores ao sZnO, confirmando a maior estabilidade térmica. O mecanismo de reação de degradação determinado pelo método de Coats Redfern (CR) e confirmado pelo método de Criado foi do tipo F1, que significa uma reação com cisão randômica da cadeia polimérica, em termos de cinética de primeira ordem. Assim, o uso de nano ZnO torna-se interessante, economicamente viável e importante para o meio ambiente, pois conseguiu-se uma redução de Zn nas composições sem prejuízo ao desempenho mecânico dos artefatos.