Modificação de superfície de fibra natural inorgânica para utilização como reforço em poli(tereftalato de butileno)

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2012.As inovações na engenharia de superfície/interface são as vertentes mais promissoras no mercado de materiais compósitos. Adicionalmente, seguindo a tendência global pela busca incessante de sustentabilidade, a indústria tem investido intensamente em pesquisas e desenvolvimento (P&D) de novas matérias-primas provenientes de fontes naturais e renováveis, com grande potencial econômico para serem utilizadas como cargas de reforço em matrizes poliméricas destinadas às aplicações de engenharia. As fibras naturais de sílica amorfa (FNSA) inserem-se neste contexto sob todos os pontos de vista, seja econômico ou técnico, uma vez que alia versatilidade de processo, estabilidade termoquímica, baixa toxicidade e capacidade de reforço em matrizes poliméricas, bem como ser proveniente de uma fonte renovável e abundante em território nacional. O presente trabalho visa investigar a viabilidade de utilização das FNSA como agente de reforço de matrizes de polímeros de engenharia através de modificações na química de superfície dessas fibras, e assim alavancar o seu potencial como uma alternativa para substituir as fibras curtas de vidro em aplicações industriais. A modificação de superfície das FNSA foi realizada através do tratamento com diferentes agentes de acoplamento do tipo silano, os quais tem como função aumentar a adesão na interface entre fibras/matriz, e consequentemente, das propriedades mecânicas do compósito final. O PBT foi selecionado como matriz devido a sua conhecida facilidade de processamento, mesmo após a incorporação de grandes quantidades de aditivos. A modificação das FNSA foi avaliada a partir da análise termogravimétrica acoplada à espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier A resistência mecânica e morfologia dos compósitos foi investigada por ensaios de tração e microscopia eletrônica de varredura com o objetivo de correlacionar qual das modificações foi a mais eficiente. Os resultados mostraram que a resistência à tração dos compósitos com fibras modificadas é 40% superior ao material base puro.<br>Abstract : Surface/interface engineering is the most promising area at the materials composites market. Additionally, following the global trends for development of sustainable products and process, industries have sponsored research and development of new natural raw materials aiming applications as fiber reinforced engineering products. Natural amorphous silicate short fibers (FNSA) achieves all this requirements, either economic or technical, once it's match easy manufacturing, thermo-chemical stability, low toxicity, reinforce ability, likewise being extracted from renewable sources which is abundant throughout Brazilian territory. This work aims to investigate FNSA viability as reinforce agent of thermoplastics engineering polymers. Different surface modifications were performed in order to improve interface adhesion between matrix and FNSA, and consequently improve mechanical properties, driving this composite as an alternative for regular short glass fibers at industrial applications. The surface treatments of FNSA were applied with silane coupling agents provided with different organofunctional groups. PBT was chosen as matrix due its easy manufacturing process even after incorporation of heavy additives loads. The surface chemistry after modification were evaluated through thermogravimetric analyses coupled to a Fourier transformed infrared spectroscopy equipment. Mechanical resistance and composite morphology were investigated through tensile tests and image analyses by electronic scanning microscope. Finally, tensile strength of modified fibers reinforced PBT was 40% higher than neat PBT