BR102018014309A2 - elastômero termoplástico a base de borracha nitrílica (nbr) e polipropileno (pp) com emprego da amina 6ppd como agente compatibilizante - Google Patents
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Abstract
elastômero termoplástico a base de borracha nitrílica (nbr) e polipropileno (pp) com emprego da amina 6ppd como agente compatibilizante refere-se a um elastômero termoplástico a base de borracha nitrílica (nbr) e polipropileno (pp) com emprego da amina 6ppd como agente compatibilizante, obtido a partir de um simples processo de mistura, que emprega a amina 6ppd (n-(1,3-dimethylbutyl)-n'-phenyl-p-phenylenediamine), um componente de baixo custo e de alta disponibilidade comercial, como compatibilizante e, que envolve tratamento de mistura e térmico (e3) da resina poliolefinica modificada com grupos fenol (phpp) (4), com o composto de borracha nitrílica nbr (7),contendo a amina 6ppd (6), sp-1045 (p-octilfenol-formaldeído) (2) e ácido de lewis (sncl2) (3); e processamento originarão as blendas de tpv-(nbr+pp) (b), as quais após moldadas (e9), prensadas (e10) poderão ser empregadas como elastômeros termoplásticos (e12).
Description
ELASTÔMERO TERMOPLÁSTICO A BASE DE BORRACHA NITRÍLICA (NBR) E POLIPROPILENO (PP) COM EMPREGO DA AMINA 6PPD COMO AGENTE COMPATIBILIZANTE
BREVE DESCRIÇÃO [001] Trata a presente solicitação de patentes de invenção de um inédito “ELASTÔMERO TERMOPLÁSTICO A BASE DE BORRACHA NITRÍLICA (NBR) E POLIPROPILENO (PP) COM EMPREGO DA AMINA 6PPD COMO AGENTE COMPATIBILIZANTE”, que se refere a um elastômero termoplástico de borracha nitrílica (NBR) e polipropileno (PP) obtido a partir do emprego da amina 6PPD (N-(1,3Dimethylbutyl)-N'-Phenyl-P-Phenylenediamine), componente, normalmente, empregado na tecnologia da borracha como antidegradante, atuando como compatibilizante na blenda descrita, propiciando melhores propriedades mecânicas e térmicas à composição. A amina 6PPD é um componente de baixo custo e de alta disponibilidade comercial, o que o torna bastante atrativo para ser empregado como compatibilizante na produção de elastômeros termoplásticos.
CAMPO DE APLICAÇÃO [002] A presente invenção pertence à seção de química, ao setor de compostos macromoleculares orgânicos; sua preparação ou seu processamento químico; composições baseadas nos mesmos; mais especificamente ao campo de composições de compostos macromoleculares, por descrever um elastômero termoplástico a base de borracha nitrílica (NBR) e polipropileno (PP) que emprega a amina 6PPD como compatibilizante em sua produção.
CONVENCIMENTO [003] Os elastômeros são materiais poliméricos reticuláveis quando em temperaturas inferiores à sua temperatura de decomposição, são duros a baixas temperaturas e não são sujeitos a fluxo viscoso a altas temperaturas. Quando em temperatura ambiente, os elastômeros se comportam de maneira “rubber-elastic”, o que é caracterizado pelos relativamente baixos valores de módulo de corte que são pouco dependentes da temperatura. Os elastômeros termoplásticos (TPE) são materiais borrachosos com as
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2/14 características de processamento de um termoplástico convencional e com propriedades de uma borracha vulcanizada convencionalmente.
[004] Os elastômeros termoplásticos podem ser classificados em dois grupos principais: copolímeros em bloco e blendas poliméricas. Apesar da classificação, todos os TPEs têm em comum um sistema de fases separadas, em que uma fase é rígida e sólida a temperatura ambiente enquanto que a outra fase é um elastômero. Os TPE apresentam muitas características dos polímeros individuais. Cada fase tem sua temperatura de transição vítrea (Tg) e o ponto de fusão (Tm). Os TPEs apresentam uma faixa de temperatura de serviço, onde o limite inferior depende da Tg da fase elastomérica, enquanto que a temperatura de serviço superior depende de Tg ou Tm da fase rígida. O TPV-(NBR+PP), descrito no presente pedido de patente, o valor de Tg para a fase elastomérica é -40°C e valor de Tm é 165°C na fase rígida.
[005] A vulcanização dinâmica é um processo de vulcanização de um elastômero durante a mistura no estado fundido com um termoplástico, que resulta em uma classe de materiais denominada termoplásticos vulcanizados ou TPV. O processo de vulcanização dinâmica foi apresentado inicialmente por Gessler e seus colaborares no ano de 1962. O primeiro TPE introduzido ao mercado baseado no elastômero termoplástico vulcanizado (1982) foi derivado do trabalho de Fischer, quando foi descoberta a vulcanização PP/EPDM com peróxido. Melhoras significativas das propriedades das blendas foram apresentadas em 1978 por Coran e Patel por vulcanização total da fase borrachosa, com a manutenção da plasticidade das blendas. [006] As blendas foram melhoradas por Abdou-Sabet e Fath em 1982 pelo uso da resina fenólica como agente de vulcanização para melhorar as propriedades borrachosas e as características de fluxo. Uma série de estudos sobre vulcanização dinâmica foram apresentados desde os anos 1980 até 1995 por Coran e Patel, na revista Rubber Chemical Technology.
[007] No desenvolvimento dos elastômeros termoplásticos e principalmente dos elastômeros do tipo TPV, é preciso considerar diferentes fatores, dentre eles: energia livre de superfície do termoplástico e do elastômero; comprimento molecular do emaranhamento do elastômero; porcentagem de cristalinidade do termoplástico;
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3/14 procedimento de preparação da blenda; tamanho da partícula da borracha vulcanizada na blenda; efeito dos componentes da formulação do elastômero; efeito das proporções dos elastômeros e dos termoplásticos; sistema de vulcanização; agentes compatibilizantes.
[008] As composições de polímeros compatíveis termodinamicamente são importantes materiais que tem capacidade de formar uma fina morfologia heterofásica (borracha e plásticos). Esse princípio é bem ilustrado com blendas de borracha etileno propileno e propileno isotático, onde as blendas são instáveis, devido a imiscibilidade dos polímeros.
[009] Nesses casos, um compatibilizador é necessário para fazer uma blenda útil tecnicamente, seu emprego é capaz de melhorar as propriedades e o uso final das blendas. Com o desenvolvimento das blendas de TPV-(NBR+PP), descritas no presente pedido, foi visualizado que a amina 6PPD poderia ser usada para compatibilizar tecnologicamente a mistura de poliolefinas e NBR. Tal compatibilização pode ser resultado da formação de um copolímero em bloco.
[010] Os TPE têm várias vantagens frente aos elastômeros vulcanizados convencionalmente. Suas principais vantagens são: dispensar etapas de mistura; serem obtidos por meio de processos simplificados e com curtos de tempo, devido o tipo de processo envolvido (injeção para TPE versus moldagem por compressão para borracha) e por não precisar da vulcanização acabam usando menos energia total; permitir que artigos defeituosos possam ser reprocessados; permitir uso de altas velocidades de automatização e assistência robótica amigável; possibilitar melhor controle de qualidade, e; resultar num maior número de peças por quilo de material, uma vez que geralmente são de baixa densidade.
[011] Por mais que os TPE apresentem várias vantagens quando comparados aos elastômeros vulcanizados convencionais, são observadas também algumas desvantagens: é preciso dispor de equipamentos e moldes para processar termoplásticos, os quais normalmente são caros; o número de TPE de baixa dureza é bastante limitado; muitos TPE precisam de secagem do material; os TPE fundem ou amolecem a temperaturas onde não se comportam como elastômeros. Nesse sentido,
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4/14 a fim de resolver os problemas presentes no campo técnico, é descrita, no presente pedido de patente, o elastômero termoplástico a base de borracha nitrílica (NBR) e polipropileno (PP) que emprega a amina 6PPD, um componente de baixo custo e de alta disponibilidade comercial, como compatibilizante em sua produção, a fim melhorar propriedades mecânicas e térmicas da blenda proposta em relação ao que se tem atualmente no estado da técnica, além de tornar o produto mais barato, mantendo sua qualidade e, ainda, melhorando suas propriedades mecânicas e térmicas.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO [012] No atual estado da técnica, estão presentes algumas anterioridades que descrevem elastômeros termoplásticos e/ou seu processo de obtenção. No entanto, nenhuma delas descreve um elastômero termoplástico a base de borracha nitrílica e polipropileno que emprega a amina 6PPD como compatibilizante em sua produção.
[013] A anterioridade CN1128842C, intitulada Polypropylene/nitrilebutadiene rubber thermoplastic elastomer blend descreve um elastômero termoplástico a base de polipropileno e borracha nitrílica que emprega agente vulcanizante como compatibilizante, a anterioridade menciona empregar compostos de diamina para tal função. A invenção descreve uma composição relativamente simples, que adota o produto de polipropileno enxertado com monômero acrílico com o composto de diamina como compatibilizador, onde proporção ótima entre as matérias-primas, melhora a compatibilidade de NBR e PP. Ainda que a anterioridade descreva um elastômero com boas propriedades mecânicas e térmicas, ela não descreve o emprego da amina 6PPD como agente compatibilizante, diferentemente da proposta do presente pedido, portanto, a anterioridade não resolve os problemas presentes no campo técnico resolvidos pela presente proposta.
[014] A anterioridade WO2004081107, intitulada A method for controlling dispersion size of elastomer in thermoplastic elastomer composition descreve um método para controlar a dispersão do elastômero em composições elastoméricas para que a durabilidade e impermeabilidade da composição sejam maiores. Para tanto, é proposta uma composição constituída de elastômero isobutileno halogenado disperso em uma matriz de poliamida, a composição ainda conta com um auxiliar de dispersão,
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5/14 compreendido por um intensificador de viscosidade, selecionado a partir de um grupo de compatibilizadores reativos. Ainda que anterioridade descreva uma composição com durabilidade e impermeabilidade maiores, não é mencionado o uso da amina 6PPD como agente compatibilizante, dessa maneira, não resolvendo os problemas do campo técnico resolvidos pela presente proposta.
[015] A anterioridade PI9002485, intitulada “Composição vulcanizada dinamicamente e processo para produção da mesma” refere-se a ligas dinamicamente vulcanizadas (DVAS) que geralmente compreendem uma resina termoplástica poliolefínica, um componente elastômero, aditivos e cargas que tenham sido adicionados para melhorar as propriedades químicas e físicas. Para tanto, a invenção descreve o emprego de: um elastômero de cura selecionado do grupo que consiste de borracha butílica, borracha butílica halogenada; um copolímero iso-mono-olefínico de C4 a C7 e de um para-alquilestireno; um copolímero iso-ole-fínico halogenado de C4 a C7 e de um para-alquilestireno; uma borracha copolimérica de etileno-propileno; uma borracha de etilenopropileno-dieno; um poli-isopreno; um poli-cloropreno, uma borracha de estirenobutadieno; uma borracha nitrílica; um poli-etileno cloro-sulfonado, e/ou misturas dos mesmos; uma resina poli-olefínica termoplástica; um componente particulado sólido selecionado de um grupo que consiste de uma carga, um aditivo e de misturas dos mesmos, de agentes de ligação para cargas e de misturas dos mesmos, ao menos a maior parte do dito componente particulado sólido estando presente na dita resina poliolefínica termoplástica. Na anterioridade não é mencionado o uso da amina 6PPD como agente compatibilizante, dessa maneira, não resolvendo os problemas do campo técnico resolvidos pela presente proposta.
[016] Por mais que as anterioridades apresentadas descrevam elastômeros termoplásticos e/ou seu processo de obtenção, nenhuma delas antecipa a presente proposta, que traz como solução aos problemas presentes no atual estado da técnica o melhoramento das propriedades mecânicas e térmicas da composições elastoméricas à base de borracha nitrílica e polipropileno por meio do emprego de amina 6PPD, um componente de baixo custo e de alta disponibilidade comercial, como agente compatibilizante.
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OBJETIVO DA INVENÇÃO [017] A presente invenção tem como objetivo propor um elastômero termoplástico à base de borracha nitrílica (NBR) e polipropileno (PP) que empregue a amina 6PPD como compatibilizante em seu processo de obtenção.
DA INVENÇÃO [018] A presente invenção descreve um elastômero termoplástico à base de borracha nitrílica (NBR) e polipropileno (PP) obtida a partir de um simples processo de produção que emprega a amina 6PPD (N-(1,3-Dimethylbutyl)-N'-Phenyl-P-Phenylenediamine) como compatibilizante, melhorando consideravelmente as propriedades mecânicas e térmicas dos TPEs.
VANTAGENS DA INVENÇÃO [019] Em suma, a presente invenção apresenta como principais vantagens:
Z Dispor um elastômero termoplástico, que dispensa etapas de mistura, em seu processo de obtenção, portanto, trata-se de um material com simples e poucas etapas de execução; diferentemente de borrachas que precisam misturar seus ingredientes (reforços, agentes da vulcanização, antioxidantes e plastificantes);
Z Dispor um elastômero termoplástico que empregue a amina 6PPD, que é um componente de baixo custo e de alta disponibilidade comercial, como compatibilizante em sua produção;
Z Dispor um elastômero termoplástico cujo processamento tem ciclos curtos de tempo, devido ao tipo de processo envolvido (injeção para TPE versus moldagem por compressão para borracha) e por dispensar a vulcanização; dessa maneira, o processo de obtenção acaba empregando menos energia total;
Z Dispor um elastômero termoplástico que permita o reprocessamento de artigos defeituosos;
Z Dispor um elastômero termoplástico que permita o uso de altas velocidades de automatização em seu processo de obtenção, além de assistência robótica amigável, dessa maneira, possuindo melhor controle de qualidade;
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V Dispor um elastômero termoplástico de baixa densidade frente aos compostos de borracha, o que resulta no maior número de peças por quilo de materiais.
DESCRIÇÃO DAS FIGURAS [020] A invenção será descrita em uma realização preferencial, assim, para melhor entendimento serão feitas referências ao fluxograma e às figuras:
V Figura 1: Fluxograma do processo de obtenção do elastômero termoplástico;
V Figura 2: Reogramas indicando a relação torque-tempo para TPVs (NBR + PP) 80/20 preparados com diferentes aminas.
V Figura 3: Reogramas indicando a relação torque-tempo para TPVs (NBR + PP) 80/20 preparados com diferentes quantidades de 6PPD e sistema de vulcanização com resina fenólica (6PPD, SnCl2, SP1045).
V Figura 4: Reogramas indicando a relação torque-tempo para TPVs (NBR + PP) 80/20 preparados com diferentes ingredientes do sistema de vulcanização com resina fenólica (6PPD, SnCl2 e 14,0 phr de SP1045).
V Figura 5: Reogramas indicando a relação torque-tempo para TPVs (NBR + PP) 80/20 preparados com diferentes ingredientes do sistema de vulcanização com resina fenólica (6PPD, SnCl2 e 6,0 phr de SP1045).
V Figura 6: Diagrama de Pareto dos efeitos padronizados para resistência à tração. (95% de intervalo de confiança).
V Figura 7: Superfície de resposta para a resistência à tração de TPVs.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO [021] O ELASTÔMERO TERMOPLÁSTICO A BASE DE BORRACHA NITRÍLICA (NBR) E POLIPROPILENO (PP) é obtido (Fig. 1) a partir do tratamentos de mistura e térmicos (E1) da resina poliolefinica ( polipropileno homopolímero ) (1), com IF=11g/10 min (2,16 kg a 230°C) com designação PP-H-301, fornecida pela empresa Braskem S.A., incialmente fundida, com quantidade entre 1-4 partes de P-octilfenol-formaldeído ( SP 1045) (2), por 100 partes de resina poliolefinica (1), na presença de 0,1-0,5 partes de ácido de Lewis (SnCl2 ) (3), a temperatura entre 180-1900 C. A poliolefina modificada com grupos fenol (PhPP) (4) é misturada (E3) com entre 70-90 % do composto NBR (7) para que haja compatibilização, em período de 6 minutos, originando uma blenda,que
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8/14 corresponde a um elastômero termoplástico (8). O composto NBR (7), foi preparado em um moinho de dois rolos à temperatura ambiente. O composto NBR (7) é constituído por Borracha Nitrilica (5), 33% de acrilonitrila, viscosidade Mooney ML (1+4) 100°C de 30 ± 3, com designação, N-615,fornecida pela empresa Nitriflex; entre 2 e 6 partes de 6PPD (6), entre 6 e 14 partes de P-octilfenol-formaldeído ( SP1045) (2) e entre 0,5 e 2.0 partes de ácido de Lewis (SnCl2 ) (3). Após sua obtenção, o elastômero termoplástico (8) é retirado do misturador interno, moldado (E9) por compressão a uma temperatura de 200°C e à pressão de 15 toneladas, pelo período de dois minutos, armazenado (E10) pelo período de 24 horas e em temperatura ambiente. Então, as blendas de TPV-(NBR+PP) (B) podem, então, ser armazenadas (E11) ou empregadas (E12).
[022] O TPV-(NBR+PP) (B), obtido a partir do processo descrito apresenta valor de Tg para a fase elastomérica de -40°C e valor de Tm é 165°C na fase rígida.
[023] Na maioria dos estudos sobre TPV-(NBR+PP) é utilizada uma amina para melhorar a reação entre os polímeros. Inicialmente Coral e Patel empregaram uma borracha nitrílica com amina terminal, outros pesquisadores continuaram empregando este tipo de amina, em outros trabalhos empregam trietilenetetramine e dietilenetriamine (DETA), polietilenepoliamina (PEPA) e hexametilenetetramina (HMTA), na presente invenção, foi utilizada a amina 6PPD (N-(1,3-dimetilbutil) N-fenilP-fenilene diamina). Um estudo sobre a reatividade de grupos funcionais pares nas blendas poliméricas, demonstrou que a maior reatividade acontece entre amina/anidro, para a formação de copolímero em bloco.
[024] Na produção de elastômeros termoplásticos vulcanizáveis (TPV), é preciso o uso de compatibilizantes para obter as melhores propriedades mecânicas e térmicas.O uso de 6PPD como compatibilizante, conforme proposto na presente invenção, é inédito e existe a possibilidade de utilizá-lo no desenvolvimento de novos TPVs e principalmente melhorar as propriedades dos TPVs atualmente existente.
[025] Para que as blendas de TPV-(NBR+PP) (B) pudessem ser testadas, foram empregados corpos de prova do tipo gravata, os quais foram cortados com o auxílio de um molde com a forma estabelecida de matriz (die) C, segundo a norma ASTM D-412Petição 870180060379, de 13/07/2018, pág. 14/27
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98. Para os testes de tração foi utilizado um equipamento INSTRON, modelo 5569, a uma velocidade de 25 mm/min. De acordo com a norma ASTM D-2240 foi realizado o ensaio de dureza Shore D com durômetro com relógio analógico da The Shore Instrument & MFG Co., Inc.
[026] A análise termodinâmica-mecânica (DMA) foi realizada em um equipamento DMA da marca TA-instruments, modelo DMA-Q-800. O modo de solicitação foi de 1 Hz, com taxa de aquecimento de 3 °C/min. As dimensões dos corpos de prova foram 11,5 x 2,0 x 40 ± 0,2 mm. A faixa de temperatura utilizada foi de -70°C a 130°C.
[027] A seguir são apresentadas as etapas desenvolvidas para demonstrar a eficiência do emprego do 6PPD nos TPVs, dessa maneira, comprovando a eficiência do produto proposto, o ELASTÔMERO TERMOPLÁSTICO A BASE DE BORRACHA NITRÍLICA (NBR) E POLIPROPILENO (PP) COM EMPREGO DA AMINA 6PPD COMO AGENTE COMPATIBILIZANTE; para tanto, são apresentadas: avaliação das aminas; avaliação da quantidade de 6PPD; avaliação das proporções de acelerantes, agentes de vulcanização e compatibilização no sistema de vulcanização de TPVs.
Avaliação das aminas [028] Na parte inicial dessa investigação, o composto de borracha nitrílica (NBR) foi realizado em um moinho de dois rolos à temperatura ambiente utilizando uma formulação de composição, como mostrado na tabela 1. O composto de NBR foi depois laminada, condicionado à temperatura ambiente e colocado na geladeira a 4°C, antes da preparação dos termoplásticos vulcanizados (TPVs).
Componentes | Quantidades (phr) |
NBR | 100.0 |
TMQ (a) | 1.0 |
Amina (b) | 4.0 |
SP-1045 | 7.0 |
SnCl2 | 1.0 |
Total | 113.0 |
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Tabela 1. Formulação para parte inicial dessa investigação. Onde: (a) poly(2,2,4trimethyl-1,2-dihydroquinoline); (b) Aminas avaliadas: Ethylenediamine (EDA), Diethylenetriamine (DETA), Triethylenetetramine (TETA), Tetramethylenediamine (TETRA) and N(1,2-dimethylbutyl)-N'-phenyl-p-phenylenediamine (6PPD).
[029] Na segunda parte da investigação, o composto NBR foi preparado em um moinho de dois rolos à temperatura ambiente usando uma formulação de composição, como mostrado na tabela 2. O composto NBR foi mais tarde laminado, condicionado à temperatura ambiente e colocado em geladeira a 4°C, antes da preparação dos TPVs.
Componentes | Quantidades (phr) | Agenda de Mixing (min) | ||||||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | ||
6PPD | 2.0 | 2.0 | 6.0 | 6.0 | 2.0 | 2.0 | 6.0 | 4.0 | 6.0 | 5.0 |
SP-1045 | 14.0 | 6.0 | 6.0 | 6.0 | 6.0 | 14.0 | 14.0 | 10.0 | 14.0 | 10.0 |
SnCl2-2H2O | 1.5 | 0.5 | 1.5 | 0.5 | 1.5 | 0.5 | 0.5 | 1.0 | 1.5 | 15.0 |
Stop | 20.0 | |||||||||
Tabela 2. Formulações e protocolo de mistura. Receita: | NBR: 100.0 p | hr and TMQ |
(poly(2,2,4-trimethyl-1,2-dihydroquinoline): 1.0 phr.
Preparação de TPVs [030] Todos os TPVs (NBR + PP) 80/20 foram preparados usando um misturador interno tipo reômetro de torque HAAKE (modelo Rheomix 600). PhPP foi inicialmente fundido durante 2.0 min. Depois, o composto de borracha foi adicionado para completar o ciclo de mistura estabelecido. Depois da descarga, todas as amostras foram moldadas por compressão a uma temperatura de 200°C e à pressão de 15 toneladas, para produzir placas de 2 mm de espessura. As placas foram submetidas a pressão e utilizada para ensaio após 24 horas de armazenamento à temperatura ambiente.
[031] As curvas de torque-vs-tempo (Fig. 2) para todos os TPVs possuem dois picos e uma rampa ou pico largo. O primeiro pico está associado com o aumento da viscosidade como resultado da introdução de PhPP. A viscosidade, em seguida, diminui mostrando a fusão completa de PhPP. Após a adição do composto NBR em
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PhPP, a viscosidade aumenta de novo, o que corresponde ao segundo pico. A rampa ou pico largo é a área mais interessante para analisar (após 4 minutos), porque está associada com a vulcanização dinâmica dos TPVs, o que é explicado pelo fato de que as partículas de borracha reticuladas exercem uma maior resistência à rotação, que por sua vez resulta num aumento dos valores de torque.
[032] Na figura 2, são mostradas as curvas de torque vs tempo de mistura (reogramas) indicando a relação torque-tempo de mistura para TPVs (NBR + PP) 80/20 preparados com diferentes aminas. Observa-se a influência das aminas no sistema de vulcanização e, principalmente, o grande aumento do torque final com 6PPD, com torque final de 9 Nm para a composição com 6PPD e de 3 Nm para as composições com as demais aminas.
[033] Avaliação da quantidade de 6PPD [034] Na figura 3, são mostrados reogramas indicando a relação torque-tempo para TPVs (NBR + PP) 80/20 preparados com diferentes quantidades de 6PPD e sistema de vulcanização com resina fenólica (6PPD, SnCl2, SP1045). Observa-se que os maiores valores de torque finais são obtidos com 4 phr de 6PPD.
[035] Avaliação das proporções de acelerantes, agentes de vulcanização e compatibilização no sistema de vulcanização de TPVs [036] Na figura 4, são mostrados reogramas indicando a relação torque-tempo de mistura para TPVs (NBR + PP) 80/20 preparados com diferentes componentes do sistema de vulcanização com resina fenólica (6PPD, SnCl2 e 14,0 phr de SP1045). Com uma tendência de torque reduzido na maioria dos casos, enquanto que para 6 phr de 6PPD e 0,5 phr de SnCl2 mostra-se uma tendência para manter o torque constante.
[037] Na figura 5, são mostrados reogramas indicando a relação torque-tempo de mistura para TPVs (NBR + PP) 80/20 preparados com diferentes componentes do sistema de vulcanização com resina fenólica (6PPD, SnCl2 e 6,0 phr de SP1045).
[038] Observa-se o efeito de SnCl2 sobre o sistema de vulcanização com a variação da quantidade de 6PPD. [042] Não há nenhum efeito sobre a variação de SnCl2 para baixas quantidades de 6PPD (2,0 phr), enquanto que para quantidades elevadas de 6PPD (6,0 phr), o efeito sobre a variação de SnCl2 é aparente.
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12/14 [039] Metodologia de Superfície de Resposta e Curva de Contorno foram utilizadas para o desenho experimental e otimização. Portanto, um fatorial 23, com três repetições no ponto central com um número total de 11 ensaios, foi aplicado como um design experimental. Os parâmetros mencionados (6PPD, SP 1045 e SnCl2) foram escolhidos como variáveis independentes e a resistência à tração e alongamento na ruptura foram escolhidos como variáveis de saída para respostas. As variáveis independentes e as suas variações experimentais foram determinadas por meio de experimentos que são apresentados na tabela 3. Os dados experimentais foram analisados durante o procedimento de regressão de superfície de resposta e a curva de contorno de regressão do pacote de software de análise estatística (Statistica 12,0) e ajustados a um modelo polinomial de primeira ordem.
[040] A tabela 3 representa o desenho experimental no primeiro teste usado para a estimativa dos parâmetros da mistura (6PPD, SP 1045 e SnCl2) na produção de TPVs. [041] Com base nos resultados apresentados na tabela 3, um novo teste foi feito e os resultados foram apresentados na tabela 4. O melhor resultado de resistência à tração e alongamento na ruptura foram: 4,0 phr de 6PPD, 10,0 phr de SP1045 e 1,8 phr de SnCl2.
Experimentos | Fatores | ||||
6PPD | SP1045 | SnCl2 | Resistência à tração (Mpa) | Alongamento na ruptura (%) | |
1 | 2.0 | 14.0 | 1.5 | 1.87 | 24 |
2 | 2.0 | 6.0 | 0.5 | 2.00 | 71 |
3 | 6.0 | 6.0 | 1.5 | 1.82 | 224 |
4 | 6.0 | 6.0 | 0.5 | 1.03 | 342 |
5 | 2.0 | 6.0 | 1.5 | 4.021 | 245 |
6 | 2.0 | 14.0 | 0.5 | 2.051 | 34 |
7 | 6.0 | 14.0 | 0.5 | 2.68 | 91 |
8 | 6.0 | 14.0 | 1.5 | 2.70 | 49 |
9 | 4.0 | 10.0 | 1.0 | 3.23 | 158 |
10 | 4.0 | 10.0 | 1.0 | 3.57 | 153 |
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11 | 4.0 | 10.0 | 1.0 | 3.50 | 159 |
Tabela 3. Desenho experimental do primeiro teste.
Experimentos | Fatores | ||||
6PPD | SP 1045 | SnCI2 | Resistência à tração (Mpa) | Alongamento na ruptura (%) | |
2 | 0.6 | 10.0 | 1.0 | 0.64 | 12.0 |
4 | 7.4 | 10.0 | 1.0 | 2.74 | 525 |
6 | 4.0 | 3.3 | 1.0 | 1.21 | 269 |
5 | 4.0 | 16.7 | 1.0 | 1.73 | 17 |
3 | 4.0 | 10.0 | 0.16 | 2.53 | 153 |
1 | 4.0 | 10.0 | 1.8 | 5.89 | 328 |
Tabela 4. Desenho experimental do segundo teste [042] Na figura 6, é mostrado o diagrama de Pareto dos efeitos padronizados para resistência à tração. Todos os fatores têm um nível de significância, principalmente SP1045 (-13,44%), SnCI2 (12,16%) e 6PPD (-11,92%).
[043] Interação por RSM e a superfície de resposta da função foi desenhado pelo software STATISTICA-12, a fim de refletir mais diretamente a interação entre os diferentes fatores que afetam a resistência à tração e alongamento dos TPVs e o papel da resistência à tração e alongamento de TPVs pela interação entre os diferentes fatores experimentais.
[044] Nas figuras 7a-c, são mostradas as superfícies de resposta para a resistência à tração de TPVs, onde dois fatores são variados, enquanto que o restante se mantém constante. Os maiores valores de tensão de tração foram obtidos com 4,0 phr de 6PPD, 1,8 phr de SnCI2 e 10,0 phr de SP 1045.
[045] Os resultados foram obtidos por um modelo estimado para a resistência à tração (MPa) com os parâmetros avaliados, os quais são apresentados a seguir:
Modelo Estimado (R2 = 0.799):
y = 3.46 + 0.0878^ + 0.115x2 + 0.598xa - 0.624^- 0.722xf + 0.26Ivf + 0.545χχχ2 — 0.0950^^3 — 0.453x2xa
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Onde:
y =resistência a tração (MPa) *1 = ^3πΟΙ2 (php) r2 = ^SP-1045 (php) x3 = Cgppo (phr)
Assim, as condições optimizadas são apresentados a seguir: Xi = 0.639 phr; x2 = 11.7 phi; xg = 4.62 phi; y = 3.2Ξ MPa [046] A partir do exposto conclui-se, que ELASTÔMERO TERMOPLÁSTICO A BASE
DE BORRACHA NITRÍLICA (NBR) E POLIPROPILENO (PP) COM EMPREGO DA AMINA 6PPD COMO AGENTE COMPATIBILIZANTE é merecedor do privilégio de patente de invenção.
Claims (2)
1) ELASTÔMERO TERMOPLÁSTICO A BASE DE BORRACHA NITRÍLICA (NBR) E POLIPROPILENO (PP) COM EMPREGO DA AMINA 6PPD COMO AGENTE COMPATIBILIZANTE caracterizado por ser constituído de:
Z 30-10 % de resina poliolefinica modificada com grupo fenol (PhPP) (4), sendo esta constituída por polipropileno homopolímero (1) com IF=11g/10 min (2,16 kg a 230° C); entre 1 e 4 partes de resina fenólica (SP -1045) (2) e, entre 0,1 e 0,5 partes de SnCl2 (3).
Z 70-90 % de Composto de borracha nitrílica NBR (7), sendo este constituído por: borracha nitrílica, 33% de acrilonitrila (5), entre 2 e 6 partes de PPD (6), entre 6 e 14 partes de P-octilfenol-formaldeído (SP1045) (2) e entre 0,5 e 2,0 partes de ácido de Lewis SnCl2 (3).
2) ELASTÔMERO TERMOPLÁSTICO A BASE DE BORRACHA NITRÍLICA (NBR) E POLIPROPILENO (PP) COM EMPREGO DE AMINA 6PPD COMO AGENTE COMPATIBILIZANTE, de acordo com a reivindicação 1, obtido a partir do processo caracterizado por tratamentos de mistura e térmico (E1) da resina poliolefinica (1), polipropileno homopolímero com IF=11g/10 min, incialmente fundido, em quantidade entre 1-4 partes de P-octilfenol-formaldeído ( SP 1045 ) (2), por 100 partes de resina poliolefinica (1), na presença de, entre 0,1 e 0,5 partes de ácido de Lewis (SnCl2) (3), a temperatura entre 180-190oC; a poliolefina modificada com grupos fenol (PhPP) (4) ser misturada (E3) com entre 70 e 90% do composto NBR (7) para que haja compatibilização, em um período de 6 minutos, originando uma blenda, que corresponde a um elastômero termoplástico (8); o composto NBR (7) empregado ser previamente preparado em um moinho de dois rolos à temperatura ambiente por meio da mistura de borracha nitrílica de 33% de acrilonitrílica (5), entre 2 e 6 partes 6PPD (6), entre 6 e 14 partes de P-octilfenol-formaldeído SP1045 (2) e entre 0,5 e 2,0 partes de ácido de Lewis SnCl2 (3); após a obtenção do elastômero termoplástico (8), ele ser retirado do misturador interno, moldado por compressão (E9) a uma temperatura de 200°C e à pressão de 15 toneladas, pelo período de dois minutos, armazenado (E10)
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2/2 pelo período de 24 horas e em temperatura ambiente, podendo então, as blendas de TPV-(NBR+PP) (B) obtidas ser armazenadas (E11) ou empregadas (E12).
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Legal Events
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B03A | Publication of a patent application or of a certificate of addition of invention [chapter 3.1 patent gazette] | ||
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B09A | Decision: intention to grant [chapter 9.1 patent gazette] | ||
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