Patent BR-102012015864-A2 (BR)
Title: Compósitos híbridos com carga mineral e orgânica para a construção civil, indústria moveleira e automobilística
Inventor: PINHEIRO LUIS ANTONIO
IPC: C08L1/00
Filed: 2012-06-27
Abstract: COMPÓSITOS HÍBRIDOS COM CARGA MINERAL E ORGÂNICA PARA A CONSTRUÇÃO CIVIL, INDÚSTRIA MOVELEIRA E AUTOMOBILÍSTICA. CAMPO DA INVENÇÃO: Corresponde a uma patente de invenção (PI), compreendida na seção C (Química, Metalurgia), subseção C08 (Compostos Macromoleculares Orgânicos; sua Preparação ou seu Processamento Químico; Composições Baseadas nos Mesmos). FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO: Matrizes compostas de polímeros termoplásticos, constituem atualmente sistemas de elevado potencial tecnológico, sendo foco de muitas pesquisas e inovações. Esses plásticos, quando reforçados com fibras naturais, possibilitam a otimização de propriedades mecânicas básicas dos plásticos, como a elevação do módulo elástico e resistência à tração, permitindo sua utilização em aplicações que requerem maiores solitações mecãnicas. Por outro lado, as cargas minerais inorgânicas quando adicionada ao polímero proporciona melhoria nas propriedades de fluxo, em alguns casos por conta da friabilidade, facilitando o processamento, como também uma elevação na resistência ao impacto, rigidez, abrasão e estabilidade dimensional. A confecção de compósitos poliméricos utilizando cargas naturais ou cargas minerais separadamente é uma prática antiga. No caso dos compósitos poliméricos que utilizam cargas naturais, os que vêm se destacando desde a década de 70 são os produtos conhecidos como compósitos plásticos com madeira (WPC). Já para os compósitos de matriz polimérica carregados com partículas minerais, as de maior importância são: talco, carbonato de cálcio e algumas argilas, como as do tipo montmorilonita. O conceito de compósito híbrido utilizado nesse trabalho envolve uma matriz polimérica de polietileno de alta densidade (PEAD) na qual se encontra disperso um componente orgânico (pó de madeira) concomitantemente com uma carga mineral inorgânica (talco), aproveitamento o sinergismo destes reforços de naturezas distintas. Na presente invenção, estes componentes serão utilizados para a produção de madeira plástica, que normalmente é obtida para a produção de artefatos como cercas, janelas, bancos, telhas, lâminas, para substituir a madeira compensada, e mobiliários residenciais como mesas, cadeiras, estantes, armários, entre outros. A madeira plástica é importante do ponto de vista tecnológico por apresentar vantagens sobre a madeira natural como impermeabilidade superioir, maior resistência à deterioração, ao mofo e aos cupins e não requer pintura ou manutenção regular. Aliado a isso, esta invenção tem por escopo a obtenção e caracterização de madeira plástica por meio de compósitos híbridos, que constituem uma inovação na área de misturas poliméricas por aproveitar os melhores atributos das cargas orgânicas e minerais de maneira simultânea. A patente PI0717136-5 trata de um produto compósito de madeira e termoplástico de baixa densidade. As patentes PI0713449-5 e PI 0519413-0 são relativas a compósitos laminados de madeira e polímero. Destes registros pesquisados, o que mais se aproxima da presente invenção é a patente PI0106351-0. No entanto, a cerâmica utilizada é o dióxido de titânio (TiO2) que tem como finalidade agir como catalisador na decomposição de formaldeído, além de ser usado também por causa de efeito estético, aumento da dureza supercial, efeito anti-chama e proteção contra ultravioleta, sem ser empregado como agente de reforço, como é o caso do talco nesta invenção. A busca de anterioridade por um compósito híbrido de carga mineral e vegetal, que é o objeto apresentado nesta invenção, não apresentou nenhum resultado positivo. SUMÁRIO DA INVENÇÃO: A invenção trata da obtenção de compósito de matriz termoplástica, talco e farinha de madeira, com variadas concentrações destas cargas, com o intuito de se ter um material com propriedades mecânicas melhoradas. A mistura deve ser feita em extrusora mono ou dupla rosca para permitir melhores níveis de dispersão e distribuição da carga. Tanto o talco quanto a farinha de madeira devem estar em concentração na faixa de 0 a 40%. Os termoplásticos a serem empregados incluem polietileno de alta densidade (PEAD), polietileno de baixa densidade (PEBD), polietileno de baixa densidade linear (PEBDL), polipropileno (PP) e poli (cloreto de vinila) (PVC), além de seus respectivos copolímeros. por conta das propriedades obtidas, a aplicação do compósito compreende peças para indústria moveleira, de construção civil e automobilística. DESCRIÇÃO DOS DESENHOS: A Figura 1 apresenta a influência da concentração de talco e farinha de madeira no módulo elástico, em matriz de polietileno de alta densidade, seguindo-se a norma ASTM D-638. O gráfico mostra que todos os compósitos possuem valor de módulo maior do que o polímeor puro, independente de suas concentrações. A Figura 2 apresenta comportamento semelhante para o módulo de flexão, em matriz de polietileno de alta densidade, seguindo a norma ASTM D-790: todos os compósitos possuem valor de módulo maior do que o polímero puro, independente de suas concentrações. As figuras descrevem o comportamento com o polietileno de alta densidade, mas os demais polímeros e copolímeros, por serem também poliolefínicos, apresentam a mesma tendência de elasticidade e resistência em função da concentração de talco e farinha de madeira. DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO: A granulometria do talco deve estar na faixa de 1 a 100<109>m. A farinha de madeira, por sua vez, deve estar na faixa de 20 a 200<109>m. As concentrações de ambas as cargas no compósito variaram de 0 a 40%. Consequentemente, a concentração mínima de polímero deve ser de 60%. A mistura das cargas com a matriz termoplástica é realizada em uma extrusora, mono ou dupla rosca, para permitir a incorporação e dispersão do talco e da farinha de madeira na matriz termoplástica. Os polímeros termoplásticos que podem ser empregados são polietileno (de alta densidade, baixa densidade e baixa densidade linear), polipropileno e poli(cloreto de vinila) - pvc. Todos os respectivos copolímeros dos polímeros citados também podem ser empregados como matriz termoplástica. O processamento na extrusora deve permitir a fusão do polímero empregado como matriz termoplástica, logo a temperatura é variável e função do ponto de fusão do polímero, conforme descrito abaixo: Piletileno de alta densidade: de 160 a 280<198>C; Polietileno de baixa densidade: de 140 a 280<198>C; Polietileno de baixa densidade linear: de 150 a 280<198>C; Polipropileno: de 200 a 280<198>C; Poli(cloreto de vinila) - PVC: de 210 a 300<198>C. Para todos os polímeros citados acima, outros parâmetros que podem ser variados para proporcionar uma boa mistura é a velocidade de rotação de rosca (de50 a 200rpm) e a taxa de alimentação (de 1 a 40Kg/h). Estes valores são de referência para uma extrusora laboratorial semi-industrial, com diâmetro de rosca entre 16 e 30mm e razão entre comprimento e diâmetro (L/D) de no mínimo 30. O emprego da extrusora permite a mistura entre os componentes e depois do processamento, a mistura é granulada para posterior conformação em equipamentos como injetora, rotomoldadora e compressão. Agentes compatibilizantes como agentes silanos e polímeros modificados qumicamente, podem ser adicionados à mistura, em até 10% em peso (para ser viável economicamente), para compatibilizar a matriz polimérica com o talco e a farinha de madeira, para prover maior adesão interfacial e realçar as propriedades mecânicas. LIMITAÇÕES: Durante o processamento em extrusora, uma possível limitação pode advir da elevação da viscosidade no estado fundido por causa da presença das cargas (talco e farinha de madeira). Isso pode ser compensado por elevação na temperatura de processo para redução da viscosidade da matriz polimérica, dentro do limite de resistência à degradação do material.