BRPI1101225A2 - composiÇço de material compàsito termoplÁstico, produto compàsito termoplÁstico e mÉtodo para sua produÇço - Google Patents

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Abstract

COMPOSIÇçO DE MATERIAL COMPàSITO TERMOPLÁSTICO, PRODUTO COMPàSITO TERMOPLÁSTICO E MÉTODO PARA SUA PRODUÇçO. A presente invenção refere-se a uma composição de.material plástico para extrusão de perfil composto por material termoplástico em combinação com outros componentes e agentes de carga. A presente invenção também se refere a um produto compósito termoplástico obtido a partir da extrusão da composição de material termoplástico e a um método para produção do referido produto compósito.

Description

COMPOSIÇÃO DE MATERIAL COMPÓSITO TERMOPLÁSTICO, PRODUTO COMPÓSITO TERMOPLÁSTICO E MÉTODO PARA SUA PRODUÇÃO
A presente invenção refere-se a uma composição de material plástico para extrusão de perfil composto por material termoplástico em combinação com outros componentes e agentes de carga. A presente invenção também se refere a um produto compósito termoplástico obtido a partir da extrusão da composição de material termoplástico e a um método para produção do referido produto compósito. ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
A indústria de transformação, em particular a indústria de plásticos proporciona uma variedade de produtos os quais vêm, com o contínuo melhoramento, apresentando características apropriadas para a substituição de inúmeros materiais tradicionalmente utilizados na produção de bens e produtos. Materiais como a madeira, por exemplo, já podem ser substituídos com grande aceitação por uma série de materiais compósitos amplamente difundidos.
Materiais compósitos são definidos como materiais formados de dois ou mais constituintes com distintas composições, estruturas e propriedades e que estão separados por uma interface. O objetivo principal em se produzir compósitos é de combinar diferentes materiais para produzir um único dispositivo com propriedades superiores às dos componentes unitários. Dessa forma, compósitos com finalidades ópticas, estruturais, elétricas, opto- eietrônicas, químicas e outras são facilmente encontrados em modernos dispositivos e sistemas (Referência: Laboratório de Engenharia de Polímeros e Compósitos da UFMG - http://www.demet.ufmg.br/ docentes/rodrigo/ compositos.htm).
Com isso é possível projetar um material tendo em vista a sua necessidade de utilização, ou seja, se for desejado obter um produto compósito com características de resistência estrutural e isolamento termo-acústico, pode- se então reunir materiais que somados em um produto compósito externem tais características.
Um ponto importante no que tange aos compósitos é que possibilitam agregar materiais que gerados a partir de descarte de outros processos industriais, por exemplo, materiais plásticos e borrachas descartadas podem ser reconduzidos a um processo produtivo na forma de carga; papel e papelão descartados podem ser transformados em polpa novamente e moldados na forma de outros produtos que vão desde estruturas modulares para móveis até proporcionar fibras para estruturas de painéis compósitos. Então, uma característica importante para os materiais compósitos é a reciclagem.
O estado da técnica proporciona uma série de ensinamentos relacionados ao campo tecnológico dos compósitos, a saber:
O documento de patente US2010319144 refere-se a compósito de material plástico estrutural possuindo uma seção de trama posicionada ao longo de um eixo horizontal e pelo menos uma seção de flange disposta ao longo do eixo horizontal, paralela e integralmente moldada de forma a se encaixar em uma superfície de topo ou de fundo da seção de trama em que o compósito é formado por uma mistura de (A) polietileno de alta densidade (B) material de fibra revestido com termoplástico, poliestireno ou uma combinação destes materiais.
O documento US acima citado é ilustrativo da técnica de compósitos em que um material pode ser produzido a partir da demanda a qual se destina no caso a construção civil, entretanto, no dito documento não são previstas a introdução de materiais de descarte de outro processo produtivo.
O documento de patente EP2216365 refere-se ao emprego de materiais de descarte na produção de outros materiais compósitos utilizáveis dentro das técnicas de extrusão e moldagem correntes gerando assim produtos "verdes" e com características comparáveis aos materiais já existentes.
O documento de patente acima mencionado é bastante ilustrativo do emprego de materiais de descarte para uso na produção de novos materiais compósitos, úteis e tidos como produtos "verdes", ou seja, que contribuem para redução do dano ambiental. Basicamente, o documento ensina a produzir materiais compósitos a partir do reciclo do papel do papelão, que se por um lado é uma característica pertinente da presente invenção, por outro a técnica ensinada está limitada a produtos de papel/papelão.
O documento de patente CN101698750 refere-se a um material de madeira plástica que é caracterizado por um material compósito de baixo peso que compreende uma mistura que consiste de uma carga inorgânica, uma carga orgânica, uma resina termoplástica, um modificador compósito de éster de álcool polihídrico amino terminal e uma mistura de hidrocarboneto graxo- resina e a razão em peso dos componentes é de 5-30 partes de carga inorgânica, 20-80 partes de carga orgânica, 20-50 partes de resina termoplástica, 3-5 partes de modificador compósito de éster de álcool polihídrico amino terminal e 3-6 partes de mistura de hidrocarboneto graxo- resina em que a carga inorgânica é uma ou mais dentre carbonato de cálcio, caolim, talco, cinzas, pérolas de vidro e a carga orgânica compreende fibras de madeira ou fibras de plantas não madeiras.
O produto acima ensinado possui uma alta taxa de reciclo e boas características de processamento, entretanto, não são conhecidas suas características quando de produto acabado, o que pode ser extremamente Iimitativo do escopo da dita invenção. OBJETIVO DA INVENÇÃO
A presente invenção tem como objetivo proporcionar um material compósito termoplástico e um produto feito a partir da extrusão do referido material compósito termoplástico em que as características de resistência mecânica, maior agregação de carga, tensão de ruptura, menor taxa de absorção de água, entre outras sejam proporcionadas pela adição de agentes de acoplamento apropriado ao termoplástico em uso em função da melhora na interface matriz/fibra.
DESCRIÇÃO DAS FIGURAS
A Figura 1 ilustra um gráfico comparativo das propriedades de tração (ASTM D638-08) do compósito da presente invenção;
A Figura 2 ilustra um gráfico comparativo das propriedades de flexão (ASTM D790-07) do compósito da presente invenção;
A Figura 3 ilustra um gráfico comparativo das propriedades de compressão (ASTM D6708-09) do compósito da presente invenção;
A Figura 4 ilustra um gráfico comparativo das propriedades de dureza (ASTM2240/09) do compósito da presente invenção; A Figura 5 ilustra um gráfico comparativo das propriedades de
densidade (ASTM2240/09) do compósito da presente invenção;
A Figura 6 ilustra um gráfico comparativo das propriedades de impacto (ASTM 1238/09) do compósito da presente invenção;
A Figura 7 ilustra um gráfico comparativo das propriedades de absorção de água (ABNT NBR 14810-03) do compósito da presente invenção. DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
A composição de material termoplástico - De acordo com a presente invenção, uma composição de material compósito termoplástico compreende um material termoplástico, um material de fibras vegetais, um agente de acoplamento e aditivos
O material termoplástico compreende um polímero poliolefinico, como por exemplo o polietileno de alta densidade; o material de fibras vegetais compreende farinha de madeira composta por uma mistura de pós de madeiras, como por exemplo, misturas dos pós de madeiras pinus e araucária. O agente de acoplamento compreende anidrido maleico grafitizado no termoplástico em uso.
De acordo com a presente invenção a composição de material termoplástico compreende, em termos de percentuais em peso, uma mistura de:
• de 20 a 50% de material reciclado de polietileno de alta densidade;
• 20 a 50% de farinha de madeira da espécie de pinus;
• 10a 40% de talco; e
• 1 a 5% de aditivos como agentes compatibilizantes (anidrido maleico), e/ou retardante de chamas, e/ou protetivos termo-oxidativos, e/ou foto- protetivos, e/ou anti-fungicidas e auxiliares de processos.
O método de obtenção - De acordo com um outro aspecto da presente invenção, é proporcionado um método para obtenção de um produto de material compósito termoplástico que compreende as etapas de:
• Homogeneização - a composição é misturada por atrito até atingir homogeneização a uma temperatura de 90 a 1100C para posterior resfriamento;
• Granulação - granulação da mistura através da extrusão em dupla rosca para formação de pellets; e
• Extrusão - Após a granulação, o material passa por uma segunda extrusora que dará forma ao perfil.
De acordo com a presente invenção, a adição de agente de acoplamento na etapa de homogeneização tem como objetivo a melhora da interação da matriz polimérica do compósito e a fibra. O agente de acoplamento age modificando a natureza da fibra por meio de esterificação da celulose junto à matriz poliolefinica promovendo uma ligação antes dificultada em função da natureza da polaridade dos componentes. Com isso são conseguidas melhores propriedades tais como: flexão e tensão e reduzida absorção de água no produto final. Na Tabela 1 são ilustradas diferentes composições estudadas para investigar a ação da adição do agente de acoplamento.
Tabela 1 - Estudo a respeito da ação da variação da proporção do agente de acoplamento
% PEAD Farinha de Madeira Carga Mineral Agente de Acoplamento A Agente de Acoplamento B BL01 50,0 50,0 BL04 33,0 33,0 33,0 1,0 1,0 BL05 32,6 32,6 32,6 2,0 2,0 BL06 32,3 32,3 32,3 3,0 3,0 BL07 32,0 32,0 32,0 4,0 4,0 BL08 31,6 31,6 31,6 5,0 5,0 BL09 31,3 31,3 31,3 6,0 6,0
Caracterização do material compósito - Foram realizados ensaios mecânicos, físicos e químicos essenciais para o desenvolvimento do compósito polimérico para determinação das características e avaliação das propriedades
mecânicas e visuais do produto final.
Foram realizados testes realizados de acordo com as normas ASTM e ABNT/NBR conforme inicialmente mencionado. Os resultados são apresentados nos gráficos ilustrados nas figuras 1 a 7.
A avaliação da matéria-prima é realizada através da injeção dos corpos- de-prova para execução dos ensaios de tração (Figura 1), flexão (Figura 2), compressão (Figura 3), dureza (Figura 4), impacto (Figura 5), densidade (Figura6) e absorção em água (Figura 7). Resultados e Discussão - Com relação ao teste de tração é observada uma suave tendência à elevação de valores do Módulo de Elasticidade (MOE) o que fica melhor evidenciado quando analisados os resultados de Flexão e Compressão em que um incremento nos valores são observados em comparação com resultados obtidos nos testes de uma mistura em que não foi adicionado o agente de acoplamento.
O mesmo comportamento é observado quando analisada a dureza. Esta grandeza é relacionada com a rigidez a exemplo das propriedades anteriormente discutidas. Da mesma forma, a densidade é diretamente influenciada pela qualidade das ligações de interação intermolecular.
Com relação às propriedades de impacto e absorção de água, fica evidenciada uma tendência no ensaio de impacto Izod: a medida que se aumenta a proporção de agente de acoplamento, a energia necessária para romper o corpo de prova aumenta proporcionalmente. E a melhora nas ligações proporcionada pela modificação da polaridade dos componentes, fica comprovada pela evidente redução em 85% da absorção de água quando o material é mergulhado em água.
A qualidade do produto final é feita através dos ensaios de flexão, compressão, arranque de parafuso, carga máxima admissível, tendência a manchas, exposição à câmara UV e utilização de ferramentas comuns de marcenaria.
A utilização de anidrido maleico grafitizado em PE na formulação permite observações nos seguintes quesitos:
- Aumento na resistência mecânica do produto final devido à alta compatibilização ocasionada pelo uso de anidrido maleico, implicando em avanços de qualidade e aumentando a carga máxima admissível no material; - Aumento da energia necessária para romper o material, fator este que também implica em avanços na qualidade do produto final com ampliação de sua aplicação.
- Aumento na resistência de absorção de água, diminuído dessa forma a quantidade necessária de aditivos protetivos contra ataques de pragas e
fungos, impactando em menor custo com matéria prima.
A presente invenção foi descrita em termos de sua modalidade preferida, entretanto, certas modificações e/ou variações se tornarão aparentes a partir do relatório descritivo ora apresentado, portanto, tais modificações e/ou variações estão compreendidas no escopo presentemente reivindicado.

Claims (14)

1. - Composição de material compósito termoplástico é caracterizada por compreender: • de 20 a 50% de material reciclado de polietileno de alta densidade; 20 a 50% de farinha de madeira da espécie de pinus; • 10a 40% de talco; • 1 a 6% de um agente de acoplamento; e • 1 a 5% de aditivos como agentes compatibilizantes, e/ou retardante de chamas, e/ou protetivos termo-oxidativos, e/ou foto-protetivos, e/ou fungicidas e auxiliares de processos.
2. - Composição, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o agente compatibilizante compreende o anidrido maleico grafitizado em poliolefina.
3. - Composição, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por um agente de acoplamento que compreende anidrido maléico grafitizado no polietileno.
4. - Método de obtenção de um material compósito termoplástico que compreende as etapas de: • Homogeneização - a composição é misturada por atrito até atingir homogeneização; • Granulação - granulação da mistura através da extrusão em dupla rosca para formação de pellets; e • Extrusão - Após a granulação, o material passa por uma segunda extrusora que dará fora ao perfil; caracterizado pelo fato de que na etapa de homogeneização, a temperatura de homogeneização no ponto de homogeneização varia entre 90 e 110°C.
5.-Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por na etapa de homogeneização, o agente de acoplamento modificar a natureza da fibra por meio de esterificação da celulose junto à matriz poliolefinica.
6. - Material compósito termoplástico caracterizado por compreender: de 20 a 50% de material reciclado de polietileno de alta densidade; • 20 a 50% de farinha de madeira da espécie de pinus; • 10a 40% de talco; • 1 a 6% de um agente de acoplamento; e • 1 a 5% de aditivos como agentes compatibilizantes, retardante de chamas, protetivos termo-oxidativos, foto-protetivos, fungicidas e auxiliares de processos..
7. - Material compósito termoplástico, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por compreender um valor de módulo de tração elástica que varia entre 110MPa e 150MPa.
8.- Material compósito termoplástico, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por compreender um valor de flexão que varia entre 900MPa e 1400MPa.
9.- Material compósito termoplástico, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por compreender um valor de compressão que varia entre 700MPa e 1200MPa.
10.- Material compósito termoplástico, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por compreender um valor de dureza Shore D que varia entre 45 e 70.
11. - Material compósito termoplástico, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por compreender um valor de densidade que varia entre 0,9g/cm3 e 1,4g/cm3.
12. - Material compósito termoplástico, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por compreender um valor de impacto Izod que varia entre 0,5kJ/m2 e 2,5kJ/m2.
13. - Material compósito termoplástico, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por compreender um valor de absorção de água entre O e 1,4% em peso.
14. - Material compósito, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o agente de acoplamento compreende o anidrido maléico grafitizado no polietileno.
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