AplicaçÕes de cargas minerais em polímeros



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APLICAÇÕES DE CARGAS MINERAIS EM POLÍMEROS
Antonio Bastos Torres Lima(1) (antoniobtl@bol.com.br), Henrique Kahn(2), Douglas Gouvêa(3)
(1) e (2) - Escola Politécnica da USP, Depto. Engenharia de Minas e Petróleo

(3) - Escola Politécnica da USP, Depto. Engenharia Metalúrgica e de Materiais

RESUMO
As cargas minerais têm sido utilizadas em misturas com os mais variados tipos de polímeros, misturas estas chamadas compósitos, com a finalidade de barateamento de custos e, mais particularmente, porque agregam melhorias das características físicas e químicas das peças fabricadas.

O entendimento das propriedades intrínsecas das cargas minerais e dos polímeros, da influência da tensão superficial na interação carga mineral/polímero, o desenvolvimento de novos equipamentos de medida da tensão superficial, o desenvolvimento de agentes de tratamento superficial visando melhorar a compatibilidade carga/polímero, tudo isso tem contribuído para uma melhor compreensão e previsão das propriedades de compósitos e nanocompósitos


ABSTRACTS
The mineral fillers have been used in admixtures with a large variety of polymers called composites with the purpose not only of reducing their prices but mainly due to the improvements in their physical and chemical characteristics.

The understanding of the intrinsic properties of mineral fillers and polymers, the influence of the surface tensions in the mineral/polymer interactions, the development of new equipments for measuring the surface tension, as well as chemical agents to the surface compatibility between mineral and polymer, has being contributed for, a better understanding and foreseeing the properties of composites and nanocomposites.





INTRODUÇÃO


As cargas minerais são substâncias inorgânicas compostas por grãos muito pouco flexíveis que são incorporados à massa de polímero (Rothon, 1995) ou a fibras de celulose (papel); os polímeros, por sua vez, são substancias orgânicas elaboradas a partir da polimerização de compostos orgânicos; sendo constituídos por cadeias carbônicas flexíveis e moldáveis (Canevarolo, 2002).

Os polímeros, quando puros, apresentam propriedades que muitas vezes não atendem às especificações técnicas que as peças finais fabricadas a partir deles devem possuir. Propriedades dos polímeros tais como resistência à tração, resistências químicas a ataques ácidos e básicos, resistências à deformação ao calor, etc, são aprimoradas através da adição de cargas minerais, tratadas superficialmente, em quantidades adequadas.

As interações entre as cargas minerais e os polímeros são dificultadas pelo fato de que as cargas minerais apresentam superfícies polares aliadas a elevados valores de áreas de superfície específica, ao passo que os polímeros geralmente apresentam superfícies apolares. Essa incompatibilidade faz com que a carga mineral tenha dificuldades em ser “molhada” pelo polímero, comprometendo, assim, a sua adequada dispersão. Para compatibilizar essas diferenças polares, são utilizados produtos químicos em tratamentos de superfícies da carga mineral objetivando minimizar as suas naturezas polares. Vários estudos realizados comprovam a melhora da compatibilidade entre a carga mineral e o polímero quando esta carga mineral é tratada superficialmente por aqueles compostos (Diaz, 1999, Awad et al, 2003, Araújo et al, 2004), melhorando a “molhabilidade” e dispersão da carga no polímero.

Este trabalho procura enfatizar os principais aspectos físicos, químicos e físico-químicos da carga mineral e do polímero para que se possa melhor compreender como se dá a interação interfacial entre eles e como isso se refletirá nas propriedades do compósito.



REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

Cargas minerais em polímeros


Carga mineral corresponde a minerais, ou rochas, que são encontrados na natureza, tais como o calcário (calcita, dolomita), o filito, a mica (muscovita, flogopita, biotita), sílica (quartzo, zeólita), talco, pirofilita (agalmatolito), gesso, barita, wolastonita, esmectita (bentonita, montmorilonita, hectorita, saponita) e ilita (Lewin et al, 2005).

No presente trabalho, carga mineral é o termo empregado para definir o uso de determinados pós minerais em misturas com polímeros; a estas misturas de polímeros com cargas minerais dá-se o nome de compósito.

Em compósitos com polímeros, as cargas minerais são usadas devido a várias razões: redução de custo, melhorar o processamento, controle de densidade, efeitos óticos, controle da expansão térmica, retardamento de chama, modificações no que se refere às propriedades de condutividade térmica, resistência elétrica e susceptibilidade magnética, além de melhora de propriedades mecânicas, tais como a dureza e a resistência ao rasgo. Por exemplo, a metacaulinita é usada como carga de plásticos de revestimento de cabos elétricos para fornecer refratariedade elétrica; outros, como a muscovita, são usados em compósitos como retardadores de chama (Ciminelli, 1988)

Principais características das cargas minerais


As principais características consideradas no desempenho de uma carga mineral para produção de um compósito são: propriedades mineralógicas (composição química, estrutura cristalina, propriedades ópticas, hábito, clivagem e dureza, densidade, brilho, cor e propriedades físico-químicas de superfície), granulometria, área de superfície específica e relação de aspecto (aspect ratio).

1.1.1.1 Propriedades físico-químicas de superfície


As propriedades de uma interface entre duas fases colocadas em contato serão afetadas pelas características físicas e químicas de cada uma das fases envolvidas. As propriedades físico-químicas de superfície, neste caso, dizem respeito em como a composição química, estrutura cristalina/molecular, ligações químicas e tensão superficial de cada fase (carga mineral e polímero) afetam o tipo de interação que podem se estabelecer entre estas (ligação química covalente, iônica, por pontes de hidrogênio, por forças de van der Walls, etc).

A figura 1, abaixo, representa a estrutura superficial basal de um argilomineral onde átomos de silício que fazem parte desta estrutura, estabelecem ligações químicas com hidroxilas adsorvidas na superfície do mineral (umidade do ar) formando o que é denominado “silanol”.





Figura 1 - Representação do plano basal (001) de filossilicato mostrando a presença de silanóis (Fonte: Xanthos, 2005)

1.1.1.2 Granulometria e área de superfície específica


A granulometria é um importante parâmetro que também deve ser sempre considerado. As cargas minerais utilizadas em compósitos com polímeros apresentam granulometria sempre inferior a 45 µm, sendo que à medida que esta se torna mais fina, a área de superfície específica da carga mineral aumenta exponencialmente.

A área de superfície específica diz respeito à área exposta das partículas que, uma vez devidamente dispersas, interage com o polímero. Quanto menor o tamanho das partículas maior é a área de superfície específica e de interação entre a carga mineral e o polímero e, com o aumento da ação das forças de van der Walls, maior a dificuldade de dispersão e adesão da carga mineral dentro da massa do polímero.


1.1.1.3Relação de aspecto (aspect ratio)


A relação de aspecto é um dos parâmetros mais comumente empregado e relevante na seleção de cargas minerais. Ela refere-se à razão entre o maior e menor diâmetro de uma partícula.

Minerais que apresentam elevados valores de relação de aspecto são os que possuem maiores áreas superficiais por unidade de volume; o que em termos de dispersão significará maior área de contato com o polímero ao qual será misturado.


Principais minerais utilizados como carga em polímero


Talco, pirofilita, calcita, dolomita, caulinita, esmectita, muscovita, quartzo, wolastonita e barita correspondem aos principais minerais utilizados como cargas em polímeros no Brasil.

Estes minerais são utilizados porque são facilmente encontrados em abundância na natureza. São minerais que apresentam baixos custos de extração e cominuição e estão disponíveis no mercado a preços relativamente baixos.

As composições químicas, sistemas cristalinos, grupos espaciais e principais propriedades físicas destes minerais são apresentados na Tabela 1.
Tabela 1 - Principais características físicas e químicas de minerais usados como carga em polímeros





Talco

Pirofilita

Caulinita

Esmectita

Muscovita

Calcita

Dolomita

Quartzo

Wolastonita

Barita

Fórmula química

Mg6 (Si8O20) (OH) 4

(Si4O10) Al2(OH)2

Al2Si2O5 (OH)4

(Mg,Ca)O Al2O3 Si5O10 nH2O

K Al2 Si3AlO10 (OH, F)2

CaCO3

CaMg (CO3) 2

SiO2

CaSiO3

BaSO4

Composição

31,88 MgO

63,37 SiO2

4,75 H2O


28,3% Al2O3, 66,7% SiO2, 5,0% H2O

39,5% Al2O3, 46,5% SiO2, 14% H2O

0,60 K2O

2,37 Na2O

2,15 CaO

39,01 Al2O3

45,97 SiO2

9,19 H2O



11,82% K2O, 38,38% Al2O3, 45,23% SiO2, 4,29% H2O

53,0%CaO, 44,0% CO2

30,4% CaO, 21,7% MgO, 47,7% CO2

46,74% Si, 53,26% O

48,28 % CaO, 51,71 % SiO2

34,4% SO3, 65,7% BaO

Sistema cristalino

pseudo-hexagonal

monoclínico

pseudo-hexagonal

monoclínico

pseudo-hexagonal

trigonal

trigonal

trigonal

triclínico

ortorrômbico

Propriedades ópticas

biaxial -

biaxial -

biaxial -

biaxial -

biaxial -

uniaxial -

uniaxial -

uniaxial +

biaxial -

biaxial +

Hábito

micáceo

prismático

micáceo

massas micro e criptocristalinas

micáceo

prismático, escalenoédrico, romboédrico

romboédrico

granular, prismático, compacto

tabular ou maciço

tabular, prismático

Clivagem

Perfeita em (001)

perfeita (001)

perfeita em (001)

perfeita (001)

perfeita em (001)

perfeita (10-11)

perfeita (10-11)

imperfeita (1011) ou (0111)

perfeita em (100), boa em ( 001)

perfeita em (001), boa em (110), imperfeita em (010)

Dureza Mohs

1

1 a 2

2 a 2,5

1 a 2

2 a 2,5

3

3 a 4

7

5,5

3 a 3,5

Densidade

2,7

2,8

2,6

2 a 2,7

2,76 a 3,1

2,72

2,85

2,65

2,8 a 2,9

4,3 a 4,6

Brilho

perláceo

perláceo

terroso

lustroso

perolado




vítreo a nacarado

vítreo

vítreo a nacarado

vítreo

Cor

verde pálido, amarelo

branco, verde, cinza

branco, variando em função da impureza

branco, cinza

incolor, transparente

branco, cinza, vermelho

róseo, branco

incolor, preto, branco, leitoso, púrpura

incolor a branco cinzento

branco, amarelo, marrom

Fontes: (Dana, 1974, Betejtin, 1977)


Polímeros


Segundo Canevarolo (2002), polímeros são materiais compostos por macromoléculas cujas cadeias são formadas pela repetição de uma unidade básica chamada mero. A palavra polímero é de origem grega, sendo poli (muitos) e mero (unidade de repetição).

Polímeros são compostos químicos de pesos moleculares elevados, constituídos pela associação de muitas moléculas pequenas (monômeros), iguais ou de vários tipos diferentes, unidas umas às outras por ligações covalentes resultantes de várias reações de adição ou de condensação (substituição) consecutivas.


Cadeias macromoleculares em homopolímeros e copolímeros


Segundo Canevarolo (op. cit.), polímeros são materiais compostos por macromoléculas cujas cadeias são formadas pela repetição de uma unidade básica chamada mero. A palavra polímero é de origem grega, sendo poli (muitos) e mero (unidade de repetição).

Polímeros são compostos químicos de pesos moleculares elevados, constituídos pela associação de muitas moléculas pequenas (monômeros), iguais ou de vários tipos diferentes, unidas umas às outras por ligações covalentes resultantes de várias reações de adição ou de condensação (substituição) consecutivas.


Propriedades dos polímeros


As principais propriedades dos polímeros dividem-se em físicas, químicas e físico-químicas. As propriedades físicas são aquelas que não envolvem modificações estruturais dos polímeros, a nível molecular. São as propriedades mecânicas, térmicas, elétricas, ópticas, densidade e estabilidade dimensional. Dentre as propriedades químicas mais importantes dos materiais poliméricos, diretamente relacionadas às suas aplicações, estão resistência à oxidação, à degradação térmica, às radiações ultravioleta, à água, a ácidos e bases e a solventes e reagentes, além da inflamabilidade. A permeabilidade a gases e vapores se destaca entre as propriedades físico-químicas de polímeros.

Interface entre carga mineral e polímero

Agregados de partículas


Durante o processo de mistura entre a carga mineral e o polímero, devido às forças de adesão entre as partículas minerais e devido à tensão interfacial entre partícula e polímero, a carga pode tender a formar agregados.

A presença de agregados é particularmente relevante quando da presença de partículas com granulação inferior a 20 µm de diâmetro, situação em que as forças atrativas entre elas podem ser mais relevantes que o seu próprio peso.


1.1.1.4Forças de coesão e adesão


Sólidos e líquidos resistem a esforços de tração (figura 2, à esquerda); segundo Navarro (1997), este fato revela forças de atração entre os corpúsculos (átomos ou moléculas) da parede da coluna capilar e as moléculas do líquido que compõem o corpo ensaiado; mesmo em gases e vapores, existem débeis forças de atração entre os corpúsculos (efeito Joule-Thompson). Tais forças de atração exercidas entre corpúsculos da mesma espécie química são denominadas forças de coesão. Esforços de tração crescentes aplicados a um corpo alongam-no até rompê-lo; isto demonstra que as forças de coesão diminuem rapidamente à medida que aumenta a distância entre os corpúsculos.





Figura 2 - Ilustração de experiências (forças de coesão e adesão). Fonte: Navarro (1997)
Forças de adesão, por sua vez, correspondem a forças de atração entre corpúsculos de espécies químicas diferentes.

Por exemplo, a água adere fortemente a uma superfície de vidro perfeitamente desengordurada. Na experiência ilustrada na figura 2, à direita, uma carga suficientemente grande colocada no prato à direita determina o levantamento da lâmina de vidro; a inspeção desta revela estar molhada a sua face inferior. Portanto, o levantamento do vidro se dá com superação das forças de coesão, sem vencer as de adesão; assim constata-se que a adesão entre a água e o vidro é mais intensa do que a coesão entre as próprias moléculas de água.


Tensão superficial


Antes de a carga mineral ser dispersa no polímero líquido, ela precisa ser “molhada” por ele. Em sistemas contendo um sólido, um líquido e uma fase vapor, três tipos de fenômenos de “molhamentos” podem ocorrer, os quais são classificados como “molhamento de adesão”, “molhamento de espalhamento” e “molhamento de imersão”. “Molhamento de adesão” é o processo de formação de três fases de contato (líquido, sólido, vapor); “molhamento de espalhamento” é o processo de deslocamento do vapor pelo líquido na superfície do sólido; finalmente “molhamento de imersão” é o processo de transferência da partícula, do vapor para o líquido. As três mudanças de energias ΔG descrevendo os processos podem ser formuladas como:

Adesão ΔGa = YSL - YSV - YLV Equação 1

Espalhamento ΔGe = YSL - YSV + YLV Equação 2

Imersão ΔGi = YSL - YSV Equação 3

onde YSL, YSV e YLV são as energias de superfície livre do sólido-líquido, sólido-vapor e líquido-vapor, respectivamente. Quanto mais negativo os valores de ΔG, maior a facilidade de ocorrer o processo.


Trabalho de adesão


O trabalho necessário para que uma superfície de 1 cm2 de um sólido possa ser molhada por 1 cm2 de uma superfície de um líquido é dado pela equação de Dupré (T= cte):

Wa = YSL - YSV - YLV Equação 4
Sendo que Wa pode receber as seguintes contribuições:

Wa = Wad + Wah + Waπ + Wap + Wae Equação 5
onde Wad é a contribuição dispersiva, Wah é a contribuição devido a pontes de hidrogênio, Waπ é a contribuição devido a ligações pi, Wap é a contribuição devido a interações polares e Wae é a contribuição eletrostática.

Trabalho de imersão


A imersão total de uma superfície de 1 cm2 de um sólido em um líquido envolve uma troca de uma superfície sólido-vapor por uma superfície sólido-líquido sem mudança da superfície líquido-vapor:
Wi = YSL - YSV Equação 6

Trabalho de espalhamento


Quando uma gota de um líquido se espalha sobre a superfície plana de um sólido, para uma unidade de sólido-vapor que desaparece, uma unidade de área de sólido-líquido e líquido-vapor aparece:
Ws = YSL + YLV - YSV Equação 7
Uma gota de um líquido que é depositada sobre a superfície plana de um sólido (figura 3), tem sua forma final dada pela mínima energia atingida pelo sistema líquido-vapor, sólido líquido e sólido-vapor (equilíbrio termodinâmico).

O equilíbrio termodinâmico é dado por:

dG = ΣYdA = 0

dG = YSLdASL + YLVdALV + YSVdASV = 0, onde dASL = -dASV = dALV/cosθ = dA, então

YSLdA - YSVdA + YLVdAcosθ = 0.

Assim cosθ = (YSV - YSL) / YLV Equação 8


Figura 3 – Tensão superficial de sólido. Fonte: Rauwendaal (1998)

Três condições podem ser observadas para o ângulo θ:

θ > 90º, o líquido não molha a superfície do sólido;

θ < 90º, o líquido molha a superfície do sólido;

θ = 0º, o líquido se espalha na superfície do sólido.
As principais conclusões que se chega são :

Wa = YSL - YSV - YLV = - YLV (cos θ + 1) Equação 9

Wi = 4YSL - 4YSV = - 4 YLV cos θ Equação 10

Ws = YSL + YLV - YSV = - YLV (cos θ – 1) Equação 11
onde:

o trabalho de adesão é negativo(espontâneo) para θ < 180º,

o trabalho de imersão é negativo quando θ < 90º,

o trabalho de espalhamento é negativo quando θ = 0º.





Figura 4 - Efeito do ângulo de contato na mudança de energia livre, para os vários processos de molhabilidade. Fonte: Pugh (1994)


Trabalho de dispersão


O trabalho total de dispersão, WD, é dado pela soma das contribuições de Wi, Wa e We:

WD = - 6 YLV cos θ Equação 12
Para que o processo como um todo seja espontâneo, o ângulo de contato deve ser menor que 90º.

Como o trabalho de espalhamento necessita que o líquido se espalhe sobre o sólido com um ângulo igual a zero para ser espontâneo, será nessa etapa que ocorrerá a necessidade de um trabalho mecânico externo para que ocorra a homogeneização do sistema.

Se a capilaridade não é suficiente para que o líquido penetre entre as partículas, é necessário um trabalho mecânico para que ocorra a separação delas, visto que elas estão ligadas por forças de van der Walls.

Tratamento superficial de carga mineral

Porque se fazer tratamento superficial?


A partícula de carga mineral costuma ter a sua força de tensão superficial muito superior à força de tensão superficial do polímero. Se esta partícula fosse adicionada ao polímero sem que tivesse sido tratada superficialmente, ela tenderia a se aglomerar e a não se dispersar porque a força de interação partícula-partícula seria maior do que a força de interação partícula-polímero.

Com o tratamento superficial a força de tensão superficial da carga mineral é diminuída a valor menor do que aquele da força de tensão superficial do polímero; então a força de interação partícula-partícula sendo menor que a força de interação partícula-polímero permite que a carga se disperse mais facilmente na matriz do polímero.

Dependendo do agente de tratamento empregado, a partícula será apenas dispersa na matriz do polímero sem que haja forte interação entre ela e o polímero (ácidos graxos). Em outras situações o agente que promove a dispersão também favorece, por algum meio, forte interação partícula-polímero (silano).

Organossilanos


Os agentes de tratamento superficial à base de organossilanos, constituídos quimicamente por cadeias monoméricas de silício, têm amplo uso por sua habilidade de interligar quimicamente polímeros orgânicos a materiais inorgânicos como as cargas minerais (Plueddemann, 1974). Quando os organossilanos são adicionados a estes sistemas eles melhoram suas propriedades físicas e químicas, mesmo quando submetidos a severas condições ambientais.

O tipo de polímero e de carga mineral e os resultados esperados em termos de propriedades a serem adquiridas pelo compósito condicionam o tipo de organossilano e a técnica de tratamento.

A fórmula geral dos organossilanos é dada por:

O (Y) da fórmula representa a parte do organossilano que reagirá com o polímero, podendo conter grupos alquil, aril, vinil, amina, epóxi, metacrilato e outros.

O (X) na fórmula representa os grupos hidrolisáveis ligados ao silício (Si). Geralmente estes grupos são representados pelo cloro, alcóxi ou acetóxi. Em condições aquosas estes grupos se hidrolisam para formar silanos e HX:

Equação 13

O (–SiX3), ou o produto de sua reação, provocará a adesão à fase inorgânica do compósito. Os silanos reagem com os silanóis das superfícies das partículas minerais (quartzo, mica, etc) (figura 5), liberando H2O. Subseqüente liberação desta água faz com que uma camada de silanos fique ligada covalentemente com a superfície da partícula.





Figura 5 - Esquema de reação do silano com a argila (Plueddemann, 1974)

Efeitos da carga mineral nas propriedades físicas e químicas do compósito


Cada uma das várias características da carga mineral (granulometria, dureza, composição química, etc) exerce algum efeito quer seja nas propriedades físicas quer seja nas propriedades químicas do compósito. A finalidade de aplicação do compósito é que irá nortear a escolha do tipo de carga mais adequada.

A composição química e, especialmente, a pureza da carga mineral exercem, ambos, efeitos diretos e indiretos nas possibilidades de aplicações e performances do compósito. Traços de contaminação por metal pesado influenciam a estabilidade do PP, segundo Nagy (1984). Carga com insuficiente pureza leva a descoloração do produto e limitam a sua aplicação.

Um aspecto importante da distribuição granulométrica é a quantidade relativa de partículas pequenas. A tendência à agregação da carga cresce com o decréscimo do tamanho da partícula (Suetsugu et al, 2005). Extensiva agregação leva a insuficiente homogeneidade, rigidez e menor resistência à compressão do compósito. Partículas de carga agregadas agem como iniciadores de rupturas localizadas quando o compósito sofre impacto (Svehlova e Poloucek, 1987).

A resistência aos esforços parece aumentar com o aumento da anisotropia da partícula (relação de aspecto); cargas com a forma de placa como o talco e a mica agregam mais resistência que carga como o CaCO3 (romboedro), enquanto que carga como a fibra de vidro é a que agrega o maior valor de resistência à tensão (Schlumpf e Bilogan, 1981).

Experimentos conduzidos por Ribnikar (1991) indicaram que mudanças na superfície química da carga mineral influenciam significativamente o seu comportamento; tratamentos da superfície de calcita com diferentes produtos químicos levam a diferenças no seu efeito de agente de nucleação. Na literatura encontram-se exemplos onde tratamentos superficiais não influenciam a nucleação (Yue e Cheung, 1991), enquanto que em outros casos ele faz decrescer ou cessar completamente os efeitos de nucleação (Varga, 1991). Kendall (1978) afirma que mudanças na estrutura do polímero não influenciam as propriedades relativas ao impacto do compósito e que o fator determinante é a força de interação entre carga e polímero, quer seja um compósito amorfo ou cristalino; entretanto íntima relação foi encontrada entre a cristalinidade e as propriedades do compósito (Maiti e Mahapatro, 1990; Riley et al, 1990).

Interação interfacial


O tratamento superficial imposto à carga mineral tem como primeiro objetivo o melhoramento de sua “molhabilidade” pelo polímero. Do ponto de vista da termodinâmica, este tratamento tem o propósito de uma adequação de energias superficiais. Com o tratamento, a tensão superficial do polímero, que é geralmente baixa, e da carga mineral, que é geralmente mais elevada, são compatibilizadas. Com isso, conforme observado por Guillet (2003), a carga adsorve o polímero mais completamente e mais rapidamente porque o tratamento superficial da carga mineral reduz sua tensão superficial. A viscosidade é reduzida e a dispersão da carga é aumentada. Gutowski (1990) deduziu que a máxima força de interação advém de iguais valores de tensão superficial dos componentes.

A dispersão da carga mineral dentro da matriz do compósito é o primeiro passo importante no processo de interação carga/polímero. Richard et al (2004) elaboraram importante estudo com mica, quartzo e CaCO3 submetidos a tratamentos de superfície, visando esclarecer a importância do tratamento superficial na dispersão da carga, assim como nas propriedades mecânicas do compósito.

As propriedades mecânicas do compósito estão intimamente relacionadas às interações que se estabelecem entre a superfície da carga tratada e o polímero. Bigg (2004) observou que a tensão de ruptura de vários tipos de compósitos era intensamente dependente do grau de interações que se estabeleciam nas interfaces carga/polímero.

CONCLUSÕES


Cada carga mineral tem características próprias (propriedades mineralógicas, granulometria, área de superfície específica e relação de aspecto), assim como cada polímero (borrachas, plásticos e fibras) também as tem. Quando estas duas fases são misturadas para formar um compósito, este apresentará propriedades advindas do tipo de interação superficial que se estabelece entre aquelas , assim como propriedades relacionadas às características de cada uma das fases.

A conhecida característica de refratariedade elétrica e térmica da mica muscovita é transferida como característica ao compósito que a contiver. A alta densidade da barita ajuda a aumentar a densidade do compósito ao qual estiver misturada. A resistência do talco aos ataques químicos faz com que os compósitos que o contenham como carga melhorem esta propriedade relativamente ao polímero quando puro, que faça parte deste compósito.

Quando se mistura uma carga mineral em pó muito fino, abaixo de 45 μm, com algum polímero em estado de fusão, pode haver uma propensão de esta carga não se dispersar homogeneamente na matriz deste polímero. Então ela tenderá a se aglomerar em flocos fazendo com que o compósito tenha os valores de algumas ou de todas as suas propriedades físicas, químicas e físico-químicas minoradas quando comparadas aos mesmos valores destas mesmas propriedades do polímero puro.

A tendência da carga mineral em se aglomerar e se dispersar heterogeneamente acontece devido à incompatibilidade energética entre as superfícies das duas fases (carga-polímero) colocadas em contato. Geralmente a carga mineral, por possuir superfície mais polar, apresenta valor de tensão superficial mais elevado que aquele do polímero. O tratamento superficial da carga mineral feito com silanos, ácidos graxos ou ácidos poliméricos faz com que esta superfície tenha o valor de sua tensão superficial diminuído a tal ponto que, então, as forças entre as próprias partículas da carga mineral sejam menores que as forças entre a carga e o polímero, propiciando, com isso, uma melhor dispersão e homogeneização da carga tratada na matriz deste.

Portanto, o dimensionamento dos valores das tensões interfaciais polímero-ar, polímero-carga e carga-ar são de grande ajuda na previsibilidade do tipo de interação interfacial que surgirá quando as fases carga mineral e polímero forem colocadas em contato, como também na escolha de eventual agente de tratamento superficial para melhor compatibilizar as superfícies da carga e do polímero.

A dispersão homogênea da carga mineral na matriz do polímero faz com se tenha uma maior área de superfície de interação carga mineral/polímero, contribuindo, assim, para que muitas das características físicas, químicas e físico-químicas do compósito sejam melhoradas quando comparadas com aquelas do polímero puro.

Vários modelos teóricos de análise, desde sobre caracterizações de propriedades mecânicas até sobre a influência da granulometria da carga na reologia do compósito e vários outros enfocando cada um dos aspectos da interação carga/polímero, têm sido criados visando comparações com os dados reais no intuito de se poder estabelecer modelos de previsibilidade das propriedades de compósitos.

Apesar de todos os avanços, o problema é ainda bastante complexo; uma mesma carga mineral nunca será inteiramente homogênea; variações na sua constituição química, distribuição granulométrica, sua relação de aspecto, dentre outros parâmetros, sempre surgirão em decorrência dos jazimentos diversos e dos processos de cominuição empregados; assim como podem ocorrerem variações num mesmo polímero. Porém, tendo-se em mente os vários aspectos discutidos, estes modelos devem ser aprimorados de forma a se obter um bom grau de previsibilidade das propriedades de um dado compósito.



REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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Antonio Bastos Torres Lima

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