ARGAMASSA POLIMÉRICA

vi UNI VERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARI NA CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARI A DE MATERIAI S MAIQ UEL ROCHA FERNANDES DESENVOLVIME NTO DE UMA ARGAMASSA POLIMÉRICA FLEXÍVEL DE ALTO DESE MPENHO PARA O ASSENTAMENTO DE CERÂMICA SOBRE METAL FL ORIAN ÓPOLI S 2007 1 Sumário 1 INTRODUÇÃO ............................................................................................................... 2 2 FUNDAMENTOS TEÓR ICOS ....................................................................................... 3 2.1 MATRIZ DE ADESÃO P ARA VIDRO, META L E MADEIRA .......................... 3 2.2 EPÓXI ...................................................................................................................... 5 2.2.1 DEFINIÇÕES E PR INCIPAIS FORMULAÇÕES .......................................... 7 2.2.2 REAÇÃO DE CURA ....................................................................................... 8 2.3 EPÓXI MODIFICADO COM PO LIURETANO .................................................... 8 2.4 FLEXIBILIDADE E TENAC IDADE ................................................................... 10 2.4.1 FLEXIBILIDADE .......................................................................................... 11 2.4.2 TENACIDADE .............................................................................................. 11 2.5 TESTE PARA ADES IVOS ................................................................................... 11 2.5.1 TENSÃO DE ARRANC AMENTO ............................................................... 12 2.6 FALHA .................................................................................................................. 12 2.6.1 FALHA ADESIVA ........................................................................................ 12 2.6.2 FALHA COESIVA ........................................................................................ 12 2.7 DILUENTE DE RES INA REATIVO E NÃO RE ATIVO .................................... 13 2.8 BÁSICO DA ADESÃO ......................................................................................... 14 2.8.1 TEORIA DA ADSORÇÃO ............................................................................ 14 2.8.2 ANCORAMENTO MEC ÂNICO ................................................................... 16 3 MÉTODO DE ENSAIO ................................................................................................ 18 3.1 PREPARO DA ARGAMASS A POLÍMERICA ................................................... 18 3.1.1 CÁLCUL O DA RAZÃO ESTEQUI OMÉTRI CA PARA AGENTES DE CURA DE SISTEMAS EPÓX I E RESINAS ................................................................ 19 3.1.2 REGISTRO DA COMPOS IÇÃO................................................................... 20 3.1.3 CONTROLE DE TEMPERATURA DE M ISTURA ..................................... 21 3.2 MÉTODO DE DETERM INAÇÃO DA RESISTÊ NCIA DE ADERÊNCIA ....... 22 3.2.1 REFERÊNCIAS ............................................................................................. 22 3.2.2 CONDIÇÕES AMBIEN TAIS DO LABORATÓ RIO ................................... 22 3.2.3 MATERIAIS .................................................................................................. 23 3.2.4 EXECUÇÃO DO ENSAIO ............................................................................ 23 4 RESULTADOS E DISCUSÃO ..................................................................................... 28 4.1 DESENVOLVI MENTO DE UMA METODOL OGI A PARA O ENSAIO DE ADERÊNCIA DO ASSENTAMENTO DE GRÊS PORCELANATO SOBRE O METAL COM ADES IVO EPÓXI MODIFICADO COM PO LIURETANO ........................ ......... 28 4.2 POLÍMERO BASE PARA O DES ENVOLV IMENTO DA ARGAMASS A ....... 30 4.3 RAZÃO ENTRE EPÓXI E PO LIURETANO ....................................................... 31 4.4 ESCO LHA DO TIPO DE ENDURECEDOR - C ATALISADOR ........................ 3 2 4.5 CARGA M INERAL (FILLERS) ........................................................................... 34 4.6 ADITIVO DILUENTE NÃO REAT IVO .............................................................. 36 5 CONCLUSÃO ............................................................................................................... 37 6 REFERÊNCIAS ............................................................................................................. 38 2 1 INTRODUÇÃO O objetivo geral deste trabalho foi desenvolver uma arga massa polimérica de alto desempenho ao ensaio de resistência a aderência para o assentamento de grês porcelanato sobre o metal. O desenvolvimento deste produto baseou-se numa argamassa polimérica a base de poliuretano com sistema bi componente. Est a argamassa possui uma elevada resistência a aderência e flexibilidade. Ela é usada no assentamento de cerâmicas sobre metal. Ex emplos de uso são assentamentos de cerâmica sobre escadas sus pensas de metal, pl ataformas de petróleo, navios, elevadores, etc. Este trabalho foi desenvolvido no laboratório técnico da empresa Tecnocola como parte dos produtos a serem desenvolvidos para o ano de 2006 como necessidade do mercado. Os objetivos específicos do trabalho eram: \u2022 I dentificar o polímero base e possív eis fornec edores para o desenvolvim ento desta argamassa; \u2022 Desenvolver uma metodologia para o ensaio de aderênc ia do assentamento de grês porcelanato sobre o metal com adesivo epóxi modi ficado com poliuretano; \u2022 Atingir valores altos de resistência de aderência acima de 3,5 MPa variando componentes da formulação levando em consideração os custos e a s implicidade do processo de fabricação. 3 2 FUNDAMENT OS TEÓRICOS 2.1 MATRIZ DE AD ESÃO PARA VID RO, METAL E MADEIRA O site specialchem4adhesives \u2013 adhesion guide relaciona uma grande quantidade de tipo s de adesivos para a união dos materiais vidro, metal e madeira - Quadro 1. Procurou-se um polímero capaz de unir fortemente vidro/cerâmica sob re m etal. Os adesivos que se destacam para esse fim são o acrílico anaeróbico, poliéster insaturado e epóxi. Os adesivos acrílico anaeróbico e poliéster i nsaturado possuem limitação a cura na presença do ox igênio da atmosfera o qu e os invi abiliza para uso prático no assentamento de cerâmicas. O epóxi possui um problema de fragilidade que pode ser resolvido pela adição de um tenacificador. 4 Quadro 1 \u2013 Matr iz da c apacida de de adesão d e po límeros adesivos para vidro, metal e madeira [1] Substratos Adesivos Vidro Metal Madeira Acrílico Acrílico anaeróbico Borracha butílica Cianoacrilato Epóxi I norgânico Formaldeído de Melamina Policloroprene Borracha Nitrílica Formaldeído de Fenol Poliamida Poliéster Saturado Poliéster Insaturado Polissulfeto Poliuretano Acetato de polivinila Resorcinol Silicone Borracha B utadieno Estirenada Formaldeído de Uréia ótimo bom satisfatório 5 2.2 EPÓXI Os sistemas de resina epóxi t êm ganho aceitação como adesivos, componentes de moldagem e como m atrizes para compósitos usados em aplicações estruturais. No papel de matrizes para compósitos com carga, as resinas epóxi apresentam várias vantagens sobre outros tipos de polím eros, tais como[2] : - Natureza polar que confere excelente adesã o a uma grande variedade de cargas; - Contração n a cura relativamente baix a, facilitando assim a obtenção de precisão dimensional na fabricação de estruturas; - Ausência de produtos v oláteis resultantes da reação de cura, o que evita a formação indesejada de bolhas; - Estrutura reticulada que confer e um a ex celente resist ência em ambientes quimicamente agressivos, tanto aquosos como não aquosos. Uma outra grande vantagem que leva as resinas epóx i a serem tão largamente ut ilizadas é que estas apresentam versatilidade bastant e grande, pois é possível efetuar formulações que permitem fazer face a uma larga gama de requisitos, t anto de processo como de desempenho. Adesivos a base de epóxi são usados para prover alta qualidade, solda permanente em muitos difere ntes aplicações comerciais e indus triais. Adesivos a base de epóx i são especialmente úteis por sua habilidade de forte aderência em um a variedades de materiais, incluindo metais, plásticos, vidros, madeira e fibras. Conseqüentemente, estes adesivos são freqüentemente usados para uni r diferentes materiais. Adesivos a base de epóxi também fornece o benefício de excelente resistência ao ataque quím ico. Por c ausa destas propriedades, estes adesivos são freqüentemente usados no lugar de solda de metal, que ao contrário do epóxi, pode conter metais tóx icos e g erar uma zon a termicamente afetada. O quadro 2 apresenta as vantage ns e desvantagens do uso do epóxi. 6 Quadro 2 - Vantagens e desvantagens do uso do adesivo e póxi Vantagens Desvantagens Baixa retração na cura Rígido e frágil Baixo nível de fluência sob carregamento Baixa resistência ao descascamento Alta resistência e dureza Requer medida e mistura dos componentes Boa resistência térmica e química Requer tempo e temperatura de cura Baixo ou nenhum material volátil na formulação I rritante e certos componentes podem ser danosos a saúde Grande capacidade de formulações devido à baix a viscosidade e muitos tipos de resinas e agentes de cura disponíveis. Duas formas de composição de adesivos a base epóxi são comumente disponível. A primeira forma, adesivo monocomponente, está disponível como adesivos epóxi rígido, adesivos epóxi flex íveis pré misturados, e adesivos epóxi flexí veis estável a t emperatura ambiente. Enquanto que composi ções monocomponente são convenientes por estocagem de um componente, eles também requerem altas temperaturas de cura. A s egunda forma de adesivo, adesivos bicomponente, são estocados com dois componentes separados que são misturados primeiramente para aplicação sobre as superfícies a serem unidas. Adesivos bicomponente supera m o freqüente inconveniente da cura de ade sivos epóxi monocomponentes não curáveis a temperatura ambiente. Duas m edidas críticas do adesivo são tensão de arrancamento e tensão de cisalhamento. Geralmente, epóxi são materiais rígidos e, portanto frágeis qu e falham quando su jeitos a tensão de cisalhamento . Desse modo, adesivos epóx i não são i ndicados para aplicações que necessitam o adesivo estar sujeito a danos de forças externas. Conseqüentemente, ex iste uma necessidade de desenvolvimento de um adesivo epóx i com melhora na tenacidade. Tal adesivo incluiria a ditivos para promover habilidade para m elhorar a resistência ao arrancamento e cisalhamento, mas não necessitaria ser cur ado a altas temperaturas. 7 2.2.1 DEFINIÇÕES E PRINCIPAIS FORMULA ÇÕES Uma resina epóxi é um polímero que contém dois ou mais grupos epóxi, representado na figura 1. Esses grupos podem ser terminais, interno ou em estruturas cíclica s. O termo resina epóxi é utiliz ado para designar tanto a resina cur ada como a não curada [3]. Figura 1 \u2013 Gr upo epó xi[4] As resinas epóxi são um tipo especial de poliéster pr imeiramente sistetizados como oligômeros[5]. Na prática, são adicionados out ros tipos de m oléculas de m aneira a formular um sistema termofix o, ou seja, um sistema que irá sofrer uma reação de cura. O termo de resina epóxi designa assim o si stema formulado que pode já ter p assado por u m processo de cura ou não. Os oli gômeros são preparados através de um a reação de polimeriz ação p or etapas de um difenol, normalmente bisfenol A, e um composto que contenha epóxi , na presença de uma base. O co-monômero normalmente utilizado é a epicloridrina(figura 2). Figura 2 \u2013 Reaç ão de formação de r esina epóxi de rivada do bisfenol A O C C 8 O tamanho da cadeia d epende da relação, entre apicloridrina e bisfenol A na mistura. A reação termina ao esgotar-se o bis fenol A e vai obter-se um grupo epóxi em cada ex tremo. Além do bis fenol A, também têm sido utilizados difenois como hidroquinona e resorcinol em formulações de epóx i. Existem outras estruturas epóxi utilizadas comercialmente, tais como compostos cicloalifáticos, glicidil aminas, d ienos epoxidados e óleos epox idados[5] . 2.2.2 REAÇÃO DE CURA A reação de cura é a junção de pequenas moléculas através de um a reação química, d e modo a produzir uma estrutura reticulada. A reação de cura uni fica todos os constituintes monoméricos numa ú nica grande molécula que s e estende até às fronteiras do material. As moléculas epóx i no est ado puro à temperatura amb iente, normalmente não reagem umas com as ou tras e podem ficar armazenadas durante anos num recipiente seco sem que haja reação entre elas. Os t ipos de produtos quími cos adicio nados para promoverem a reticulação são enquadrados em duas categorias, agente de cura e catalisadores. Os agentes de cura, por vez es chamados de endurecedores, são adicionados em qu antidades significativas para reagirem com o epóxi e se tornarem parte da rede. Estes ag entes podem ser aminas alifáticas, aminas aromáticas ou anidridos. P or outro lado, os catalisadores são adicionados em quantidades ex tremamentes pequenas para dim inuir a energia de ativação da reação de cur a, aumentando a velocidade de reaçã o. 2.3 EPÓXI MODIFICADO COM POLIURETANO Resinas epóxi p roduzidas por reação do bisfenol A e epicloridrina tem ganhado considerável importância técnica. A ra zão porque estas resinas são ex celentes matérias- primas é s uas atrativas propriedades, tais como ex celente adesão, boa durez a e resistência química. Estas propriedades podem ser largamente atribuídas aos grupos reativos oxiranos. 9 Das várias p ossibilidades do modo de cura a resina epóxi , particularmente tem sido usada vastamente a cura a temperatura ambiente em termos de poliadição com poliaminas ou produtos aquênicos. Entretanto, o resultado final do produto apresenta um grau de fragilidade e alto módulo de elasticidade, resultante de uma rede de cadeias po liméricas rígidas. Resinas epóxis convencionais tais como aquelas feitas por condensação de epicloridrina com bisfenol A são curadas por mu itos tipos de materiais e fazem p rodutos que exibem alta resistência, mas qu e são geralmente in disponíveis para aplicação em que flexibiliz ação e elasticidade são requeridas. Em contraste, ú teis materiais elastômeros podem ser feitos por cura de prepolí mero u retano (tipicamente formada através da reação de um diisocianato e um glicol), usando glicóis, amino alcoóis ou diaminas com agentes ex tensores de cadeia. Entretanto, resinas a base uretânica são conhecidas por apresentar um número de problemas práticos, p articularmente durante a aplicação na obra vindo da sensibil idade de sua química de cura na presença de umidade e para a razão de mistura. Tipicamente o us o d a resina base uretânica como rejunte, s elante ou impermeabilizante requer a mist ura na aplicação sobre um específica razão de mistura. Qualquer desvio desta razão de mi stura do s componentes da resina que pode ocorrer p or i mprevisto ou através do uso do si stema bicomponente p or pesso al inexperiente, leva a uma insatisfatória cura. Uma vez que a resina epóx i é compatível em qualquer razão com o polímero uretano usado neste trabalho e um a vez que eles podem ser curados com poliaminas o passo lógico é combinar estes d ois tipos de matérias primas. Com respeito ao processo de cura da combinação, duas diferentes poli-reações são consideradas: 1 - Resina epóxi / po liamina - poliadição 2 - Polímero uretano/ poliamina - poli condensação Como estas duas reações processam em diferentes taxas, elas devem ser sincronizadas para produzir adequados segmentos pol iméricos. O produto final pode ser chamado do epóx i modificado com uretano-urea (Figur a 3).

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