Caracterização mecânica, térmica e morfológica de compósitos de polihidroxibutirato (PHB) reforçados com fibras de curauá

Abstract

Os esforços mundiais hoje se voltam para a pesquisa e desenvolvimento de novos materiais industriais. Os materiais compósitos desempenham papel muito importante no desenvolvimento de novos materiais, pois eles possibilitam a união de características diferentes em um material mais avançado e funcional. Compósitos de matriz polimérica reforçados com fibras naturais vegetais ganham destaque nesse cenário. Desta forma, o objetivo deste trabalho é estudar as propriedades mecânicas, térmicas e morfológicas de compósitos de polihidroxibutirato (PHB), um polímero biodegradável, reforçado com fibras de curauá quimicamente tratadas, a fim de obter satisfatório ganho em resistência mecânica e resistência térmica. Duas rotas de tratamentos para as fibras foram utilizadas: lavagem com água quente, lavagem com hipoclorito de sódio, seguidos os dois de mercerização em solução alcalina de hidróxido de sódio. Os compósitos foram processados por extrusão e moldados por injeção para os ensaios mecânicos, com duas concentrações de fibra: 10 e 20% em massa. Avaliou-se a composição lignocelulósica das fibras, a cristalinidade por Difração de Raios-X (DRX), o comportamento térmico por Análise Termogravimétrica (TGA) e a morfologia das fibras foi avaliada por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV). Foram realizados ensaios de tração, flexão e impacto Izod nos compósitos produzidos e foram avaliados o módulo de elasticidade, limite de ruptura e limite de resistência em tração e flexão e resistência ao impacto. O comportamento térmico e a cristalinidade dos compósitos foram avaliados por TGA e Calorimetria Diferencial Exploratória (DSC), respectivamente, a morfologia da superfície de fratura e qualidade do processamento foram avaliados por MEV. Os resultados indicaram que a fibra lavada com hipoclorito e mercerizada apresentou o maior teor de alfacelulose (71%) e consequente cristalinidade (74,56%). A lavagem com hipoclorito diminuiu a estabilidade térmica para 200°C, enquanto que a lavagem com água não alterou essa propriedade. A mercerização trouxe estabilidade térmica para as duas amostras lavadas, mostrando que o tratamento com hipoclorito de sódio é muito severo a fibra. Os compósitos processados por extrusão e moldagem por injeção apresentaram as mesmas propriedades térmicas, com cristalinidade semelhante em torno de 30% e temperatura de fusão em torno de 175°C, salvo pelas diferenças por conta do volume de fibras no compósito. O compósito curauá lavado com água e mercerizado (20% m/m)/PHB em massa mostrou o maior aumento de propriedades mecânicas: no ensaio de tração o módulo foi 58% maior comparado ao PHB puro, no ensaio de flexão o módulo foi 68% maior comparado ao PHB puro e a resistência ao impacto Izod foi 54% maior em comparação ao PHB puro. Houve boa adesão desse tipo de fibra na matriz polimérica, apesar da dispersão irregular, ambos observados por MEV. Os compósitos com fibra in natura apresentaram praticamente as mesmas propriedades (módulo de elasticidade e limite de resistência) do polímero puro, indicando que esse tipo de reforço não é adequado para melhoramento de propriedades do polímero. Da mesma forma, os compósitos reforçados com fibras de curauá lavadas com hipoclorito de sódio e mercerizadas não apresentaram resultados significativos nos ensaios mecânicos, sendo que aumentaram no máximo em 10% o módulo de elasticidade e o limite de resistência em comparação ao PHB, evidenciando que o tratamento superficial mais simples é mais eficiente em melhorar a adesão entre o PHB e a fibra de curauá.