Fotoestabilização de nanocompósitos híbridos a base de borracha EPDM, negro de fumo e óxido de grafeno - Lima, Lucas Pacanaro de (2023)
A borracha EPDM (etileno, propileno, dieno e metileno) é um elastômero sintético presente em diversas aplicações. Uma delas é o uso desse material em guarnições automotivas. Quando usado nisso, o material é exposto a diversas fontes de energia (como a luz solar) que podem provocar sua degradação mais rapidamente, o que faz o uso de fotoestabilizantes necessário para essa aplicação. Esse trabalho teve como objetivo a produção e caracterização de nanocompósitos a base de EPDM, óxido de grafeno e negro de fumo para o uso em guarnições automotivas que sejam mais resistentes a fotodegradação. As partículas de óxido de grafeno (GO) foram introduzidas na composição da borracha de EPDM em duas composições, sendo elas 0,2 phr e 0,5 phr (part per hundred), em um misturador interno do tipo Haake e depois exposto a radiação UV incessantemente por períodos de 0 a 672 horas a 60°C. Para comparação, também foi formulado e caracterizado uma composição com 0,3 phr do fotoestabilizante Tinuvin P (indicado para o uso em EPDM). Após a exposição foram realizados ensaios de resistência à tração, dureza, inchamento, ângulo de contato, espectroscopia infravermelho e microscopia eletrônica de varredura (MEV) no EPDM base e nanocompósitos. Os ensaios de resistência à tração mostram que a carga de GO atua como agente reforçante do material uma vez que os valores de tensão a 50%, 100% e 200% de deformação aumentaram quando comparado com os materiais não expostos. A composição que teve menor alteração percentual das propriedades mecânicas foi o EPDM contendo 0,5 phr de GO, indicando que o GO pode atuar como um absorvedor ou filtro, impedindo que a radiação seja danosa as moléculas do polímero. Os valores de dureza também aumentaram ao longo do tempo de exposição do material, sendo que a composição contendo 0,2 phr de GO foi a que obteve menor alteração nessa propriedade. O ensaio de inchamento indicou que a carga de GO agiu como agente de reticulação na matriz elastomérica devido a seus grupos funcionais, tornando a borracha mais rígida. As análises superficiais de ângulo de contato (em água e etilenoglicol) e espectroscopia infravermelho corroboram essa hipótese, pois os valores de ângulos de contato para o composto com GO são altos (θ > 90°) sendo considerada uma superfície hidrofóbica, indicando que o GO estaria diminuindo sua polaridade pela interação com o EPDM. Os dados de espectroscopia Raman e FTIR (Fourrier transformed infra-red) dos nanocompósitos e do GO separadamente após exposição à radiação indicam que o GO perde grande quantidade de seus grupos funcionais; isso indica que tanto a nanocarga como a cadeia de EPDM geram radicais livres e interagem entre si, formando reticulações por meio do composto ENB. O FTIR mostrou alta formação de grupos hidroxila e carbonila, o que foi confirmado pelos índices carbonila e hidroxila posteriormente. As fotomicrografias da superfície irradiada mostram que houve elevada formação de densidade de trinca para os materiais degradados para todas as composições, sendo que o EPDM com 0,5 phr de GO mostrou a menor formação de trincas dentre as composições, indicando que essa composição atuou positivamente para a fotoproteção da superfície do material. Com os resultados das caracterizações tanto do nanomaterial quando do nanocompósito, conclui-se que a nanocarga de GO atua positivamente na fotoestabilização da matriz EPDM, mesmo estando em baixas concentrações.