Compósitos borracha-madeira para produção de piso antiestático

Abstract

Resumo: O objetivo deste trabalho foi desenvolver um compósito de matriz borracha natural com a incorporação de fibras de madeira e substituição do negro de fumo por elas em diferentes proporções. Visando melhorar a compatibilidade com a matriz, as fibras foram tratadas com hidróxido de sódio (NaOH) em diferentes concentrações (5, 10, 15, 20, 30%) e tempos de exposição (2 e 24 horas). Para verificação da melhor combinação concentração/tempo de exposição foram avaliadas composição química, cristalinidade da celulose, estabilidade térmica e modificação da superfície das fibras tratadas. Os resultados demonstraram que houve remoção da lignina e das hemiceluloses em todas as combinações. Ocorreu modificação de celulose I para II em altas concentrações e as maiores cristalinidades foram encontradas nas concentrações de 5 e 10%. A temperatura ONSET no tratamento 2 h e 5% apresentou melhores características de estabilidade térmica. As imagens de MEV demonstraram que ocorreu lixiviação das impurezas presentes na superfície das fibras, diminuindo o aspecto ceroso da fibra apresentado no tratamento controle. O tratamento 2h e 5% foi o que apresentou melhor condição de modificação macromolecular das fibras, alterando sua superfície e potencializando o seu uso como reforço em compósito. Os compósitos foram produzidos usando as fibras tratadas com 2h e 5%, baseando-se em duas etapas, a primeira com incorporação das fibras de madeira e a segunda de substituição do negro de fumo por elas. Os compósitos foram caracterizados morfológica, físico-mecânica e eletricamente a fim de encontrar a melhor formulação para utilização em pisos antiestáticos. O tempo ótimo de vulcanização (t90) diminuiu em todas as formulações em relação ao controle e apresentaram baixa absorção de água. A densidade básica do compósito não foi alterada, já a densidade de ligações cruzadas diminuiu na etapa de substituição, devido à dificuldade de ligação entre as fibras e a matriz. A utilização de fibras de madeira e negro de fumo como reforço aumentou a dureza Shore A, em todas as formulações, e os compósitos foram classificados como borracha dura ou extremamente dura, resultados ideais para indústria de pisos. Com isso, houve uma redução do alongamento e ruptura na tração. A coloração do compósito não apresentou mudança perceptível. Todas as formulações apresentaram alto ângulo de contato, sendo classificados como hidrofóbicos. Os compósitos foram classificados como N4 e N5, ou seja, sem necessidade de acabamento para o uso como piso. Não houve modificação química da borracha. A resistividade superficial classificou a formulação FM24/NF36 como sendo a única formulação ideal para pisos antiestáticos e as demais foram classificadas como isolantes ou condutoras. Baseado nisto pode-se afirmar que as fibras de madeira, utilizadas na proporção FM24/NF36, podem ser utilizadas como reforço inerte em borracha natural contribuindo na redução de custos e na utilização para pisos antiestáticos.

Abstract: The objective of this work was to develop a composite of natural rubber matrix with the incorporation of wood fibers and replacement of carbon black by them in different proportions. In order to improve compatibility with the matrix, the fibers were treated with sodium hydroxide (NaOH) at different concentrations (5, 10, 15, 20, 30%) and exposure times (2 and 24 hours). To verify the best combination concentration/exposure time, chemical composition, cellulose crystallinity, thermal stability and surface modification of the treated fibers were evaluated. The results showed that lignin and hemicelluloses were removed in all combinations. There was a modification of cellulose I to II at high concentrations and the highest crystallinities were found at concentrations of 5 and 10%. The ONSET temperature in the 2 h and 5% treatment showed better thermal stability characteristics. The SEM images showed that there was leaching of impurities present on the surface of the fibers, reducing the waxy aspect of the fiber presented in the control treatment. The 2h and 5% treatment showed the best condition of macromolecular modification of the fibers, altering their surface and enhancing their use as a composite reinforcement. The composites were produced using the fibers treated with 2h and 5%, based on two steps, the first with the incorporation of wood fibers and the second with the replacement of carbon black by them. The composites were morphological, physico-mechanical and electrically characterized in order to find the best formulation for use in antistatic floors. The optimal vulcanization time (t90) decreased in all formulations in relation to the control and showed low water absorption. The basic density of the composite was not altered, whereas the crosslink density decreased in the replacement step, due to the difficulty of bonding between the fibers and the matrix. The use of wood fibers and carbon black as reinforcement increased the Shore A hardness in all formulations, and the composites were classified as hard or extremely hard rubber, ideal results for the flooring industry. As a result, there was a reduction in elongation and rupture in traction. The color of the composite showed no perceptible change. All formulations showed a high contact angle, being classified as hydrophobic. The composites were classified as N4 and N5, that is, without the need for finishing for use as a floor. There was no chemical modification of the rubber. The surface resistivity classified the FM24/NF36 formulation as being the only ideal formulation for antistatic floors and the others were classified as insulating or conducting. Based on this, it can be said that wood fibers, used in the proportion FM24/NF36, can be used as inert reinforcement in natural rubber, contributing to cost reduction and use for antistatic floors.