Estudo do adesivo de poliuretano derivado de óleo de mamona com diferentes velocidades no ensaio de compressãO



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ESTUDO DO ADESIVO DE POLIURETANO DERIVADO DE ÓLEO DE MAMONA COM DIFERENTES VELOCIDADES NO ENSAIO DE COMPRESSÃO

S. H. Antoniazzi1*, J. S. Boiczuk1, E. M. Nascimento1, S. Claro. Neto2, E. C. Azevedo1

*Av. Pres. Washington Luiz, 849, 82520-000, Jardim Social, Curitiba, Paraná, Brasil, stehanel@gmail.com

1. Universidade Tecnológica Federal do Paraná, UTFPR, Campus de Curitiba, Curitiba, Paraná

2. Universidade de São Paulo, USP, IQSC, São Carlos, São Paulo

RESUMO

Quando o poliuretano é utilizado como adesivo, um dos esforços sofridos é o de compressão. Contudo, a formação de bolhas é inerente ao processo de fabricação do poliuretano. Conhecendo-se esse fenômeno, foram feitos ensaios de compressão com diferentes concentrações de bolhas. Esses ensaios foram feitos sob diferentes condições, alterando-se a velocidade do ensaio, e neles foi analisado o comportamento do módulo de elasticidade. Observou-se que com o aumento da concentração de bolhas o valor do módulo de elasticidade diminuiu e a dispersão dos valores do módulo de elasticidade aumentou a partir da velocidade de ensaio de 10 mm/min.

Palavras-chave: poliuretano, propriedades mecânicas, módulo elasticidade.


INTRODUÇÃO
Poliuretanos são formados a partir de uma ligação entre um poliol e um isocianato, este podendo ser di ou polifuncional [1]. Os polióis podem ser poliésteres, poliéteres, ou ter estrutura hidrocarbônica; enquanto os isocianatos podem ser aromáticos, alifáticos, cicloalifáticos ou policíclicos. Essa ampla variedade de reagentes permite uma grande diversidade de compostos com diferentes propriedades, fazendo com que os poliuretanos tenham muitas formas e aplicações [2]. Poliuretanos podem aparecer na forma de espumas flexíveis, espumas rígidas, adesivos, vedantes especiais, e elastômeros [1]. Alguns dos exemplos mais comuns de aplicações são os isolamentos para construções, refrigeradores e freezers, móveis, calçados, indústria automotiva, entre outras [3].

A fabricação de produtos de poliuretano muitas vezes expõe os trabalhadores a riscos de saúde [4]. Uma alternativa para tal situação é a poliuretana derivada de óleo de mamona, que é livre do uso de solventes no processo, portanto, não expõe o trabalhador ao risco. Além de não ser utilizado como alimento [5], evitando haver desvio de uso alimentício para utilização na indústria. Sendo biodegradável e proveniente de material prima renovável [5].

Devido às diversas aplicações de poliuretano, ter conhecimento sobre suas propriedades é fundamental. A influência da velocidade do ensaio altera as propriedades do material [6]. A formação de bolhas é inerente ao processo de obtenção do poliuretano e podem aumentar devido a diferentes fatores [6] como umidade, a utilização da bomba de vácuo e pré-polímero já oxidado. Sendo assim, foi analisado o comportamento do poliuretano em ensaios de compressão, alterando a velocidade de ensaio e variando se a quantidade de bolhas, as quais foram analisadas visualmente.
EXPERIMENTAL
Neste trabalho foi utilizado o poliuretano POLIBOND®, derivado do óleo de mamona, fornecido pela empresa CEQUIL– SP, na proporção 1:1 em massa de poliol e pré-polímero, seguindo orientação do fabricante [7]. O poliuretano derivado do óleo de mamona é um obtido pela reação do difenil metano diisocianato, MDI, com um poliol poliéster derivado do óleo de mamona, sendo a maior concentração a do acido ricinoleico,

Os corpos de prova foram confeccionados em molde cilíndrico e cortados com altura de 30 mm sendo o dobro de seu diâmetro (15 mm) utilizando-se cortadeira de precisão Minitom® Struers com disco diamantado, segundo a ASTM D 695-02a. Em seguida foram classificados por poucas e muitas bolhas, analisados visualmente.


Figura 2: Copos de prova para ensaio de compressão com poucas e muitas bolhas.


Posteriormente à confecção dos corpos de prova foram feitos os ensaios de compressão foram feitos na maquina de ensaios universal EMIC–DL, adaptado a ASTM D 695-02a temperatura ambiente com velocidade variável.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
A Fig.2 apresenta a curva de tensão por deformação dos corpos de prova de poliuretano ensaiados a uma velocidade de 1 mm/min com poucas bolhas, já na Fig.3 é representado mesma curva com a mesma velocidade, porém os corpos de provas ensaiados apresentam muitas bolhas.

Figura 2: Curva tensão versus deformação para velocidade de ensaio de 1mm/min de corpos de prova de com poucas bolhas.



Figura 3: Curva tensão versus deformação para velocidade de ensaio de 1mm/min de corpos de prova com muitas bolhas.

A média da tensão de ruptura para os corpos de prova sob compressão a velocidade de ensaio 1 mm/min de corpos de prova com poucas bolhas é de 110,104 MPa e o desvio padrão de 12,40, e para os corpos com muitas bolhas é de 118,63 MPa e desvio padrão de 3,84. Os valores apresentam valores próximos para ambos os casos, isto pode estar relacionado a baixa velocidade de ensaio que permite acomodação do material. Contudo, o desvio padrão apresenta-se pequeno para muitas bolhas e grande para poucas bolhas, isso pode ser devido ao critério de classificação dos corpos de prova em muitas e poucas bolhas.

Na Fig.4 é mostrado a curva de tensão por deformação dos corpos de prova de poliuretano com poucas bolhas ensaiadas com velocidade de 5 mm/mim, e na Fig.5 corpos de prova são submetidos as mesmas condições de ensaio, contudo com muitas bolhas.



Figura 4: Curva tensão versus deformação para velocidade de ensaio de 5mm/min de corpos de prova de com poucas bolhas.



Figura 5: Curva tensão versus deformação para velocidade de ensaio de 5mm/min de corpos de prova com muitas bolhas.


Para corpos de prova sob ensaio de compressão a velocidade de ensaio de 5 mm/min, o valor obtido da média das tensões de ruptura para corpos com poucas bolhas é de 155,90 MPa e o desvio padrão de 21,89, já para muitas bolhas foi encontrado 101,59 MPa e desvio padrão de 8,89. É possível observar que a diferença entre as médias dos corpos de prova com muitas e poucas bolhas é maior para 5 mm/min que para 1 mm/min, isso pode estar relacionado a esse aumento da velocidade de ensaio, fazendo com que haja menos tempo para o material se acomodar. Os desvios padrões obtidos da média das tensões de ruptura também podem ocorrer devido ao critério de classificação dos corpos de prova em muitas e poucas bolhas.

A Fig.6 mostra a curva de tensão por deformação dos corpos de prova de poliuretano ensaiados a uma velocidade de 10mm/min com poucas bolhas.



Figura 6: Curva tensão versus deformação para velocidade de ensaio de 10mm/min de corpos de prova de com poucas bolhas.



Na Fig.7 é representada mesma curva com a mesma velocidade da Fig.6, todavia os corpos de provas ensaiados apresentam muitas bolhas.

Figura 7: Curva tensão versus deformação para velocidade de ensaio de 10mm/min de corpos de prova com muitas bolhas.

A média da tensão de ruptura para os corpos de prova sob compressão a velocidade de ensaio 10 mm/min de corpos de prova com poucas bolhas é de 142,08 MPa e o desvio padrão de 18,47, e para os corpos com muitas bolhas é de 93,57 MPa e desvio padrão de 19,51. Os valores apresentam valores mais distantes em comparação com os ensaios à 1 mm/min e 5 mm/min, isto pode estar relacionado ao aumento da velocidade de ensaio que permite menor acomodação do material em relação as outras duas velocidades de ensaio.

A Tab.1 apresenta os valores obtidos, para cada velocidade de ensaio, do cálculo da média do módulo de elasticidade e desvio padrão.


Tabela 1: Velocidade de ensaio, média do módulo de elasticidade e desvio padrão

Quantidade de Bolhas

Velocidade do ensaio (mm/min)

Média do módulo de elasticidade (MPa)

Desvio padrão


Poucas



1

43,62

2,55

5

43,97

1,95

10

42,48

3,69

Muitas



1

40,00

12,58

5

38,55

6,75

10

36,95

6.60

É possível observar que houve uma diminuição do módulo de elasticidade a medida que aumentou a concentração de bolhas e o desvio padrão diminuição conforme o aumento da quantidade de bolhas.

Para a mesma velocidade de ensaio, a diferença em os valores obtidos do módulo de elasticidade entre corpos de prova com poucas e muitas bolhas foi mais significativa conforme o aumento o aumento da velocidade de ensaio. Entre os corpos de prova com muitas e poucas bolhas a 1 mm/min ocorreu uma diminuição percentual de 8,30%, já a 5 mm/min de 12,33%, e para 10 mm/min essa diminuição corresponde a 13,02%.


CONCLUSÕES
Esse trabalho mostra que com o aumento da concentração de bolhas o valor do módulo de elasticidade diminuiu e a partir da velocidade de 5 mm/min torna-se mais significativo. A diferença entre as tensões de ruptura entre os materiais com muitas e poucas bolhas se torna mais visível à medida que se aumenta a velocidade de ensaio.
AGRADECIMENTOS
Agradecemos ao CNPq e a FAPESP pelo suporte financeiro.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1]American Chemistry Council. Disponível em http://polyurethane.americanchemistry.com/Introduction-to-Polyurethanes/How-Its-Made, acesso em 05/09/2012.

[2]VILAR, W. D. Química e Tecnologia dos Poliuretanos, 2ª Edição, Vilar Consultoria Técnica Ltda., Rio de Janeiro, 1998.



[3] Polyurethanes. Disponível em http://www.polyurethanes.org/index.php?page=where-is-it, acesso em 06/09/2012.

[4] American Chemistry Council. Disponível em http://polyurethane.americanchemistry.com/Health-Safety-and-Product-Stewardship, acesso em 05/09/2012.

[5] AZEVEDO, E. C. Efeito da radiação nas propriedades mecânicas do adesivo de poliuretana derivado do óleo de mamona. 2009, 134p. Tese (Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais) – Universidade Federal do Paraná, UFPR/PIPE-PR, Paraná.

[6] CANEVAROLO, S. V. Ciência dos Polímeros: Um Texto Base para Tecnólogos e Engenheiros, 2ª Edição, Artliber Editora Ltda., São Paulo, 2006.

[7] Construquil, Disponível em: http://www.construquil.com.br/ acesso em 12 de setembro.



[8] AZEVEDO, E. C.; NETO, S. C.; Chierice, G. O.; Lepienski, C. M. Aplicação de Indentação Instrumentada na Caracterização Mecânica de Poliuretana Derivada de Óleo de Mamona. Polímeros: Ciência e Tecnologia v.19, n.4, p. 336-343, 2009.


ADEHISION STUDY OF THE POLYURETHANE FROM THE CASTOR OIL WHITH DIFERENTS SPEEDS IN THE COMPRESSION
ABSTRACT

When the polyurethane is used as an adhesive, as a consequence, the polyurethane suffers compression efforts. However, the formation of bubbles is inherent in the manufacturing process of polyurethane. Knowing this phenomena, compression tests were performed with different concentrations of bubbles. These tests were carried out under different conditions by changing the speed of the assay and in them, we investigated the behavior of the modulus of elasticity. It was observed that by increasing the concentration of bubbles the value of the modulus of elasticity decreased and the dispersion of the values of the elastic modulus increased from the test speed of 10 mm / min.


Keywords: polyurethane, mechanical properties, elasticity module.



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