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ÉCIO JOSÉ MOLINARI
REUTILIZAÇÃO DOS RESÍDUOS DE ROCHAS NATURAIS
PARA O DESENVOLVIMENTO DE COMPÓSITOS POLÍMERICOS
COM MATRIZ TERMOFIXA NA MANUFATURA DE PEDRAS
INDUSTRIAIS
Florianópolis,
2007
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2
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE
MATERIAIS
Écio José Molinari
REUTILIZAÇÃO DOS RESÍDUOS DE ROCHAS NATURAIS
PARA O DESENVOLVIMENTO DE COMPÓSITOS POLÍMERICOS
COM MATRIZ TERMOFIXA NA MANUFATURA DE PEDRAS
INDUSTRIAIS
Florianópolis,
2007
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3
ÉCIO JOSÉ MOLINARI
REUTILIZAÇÃO DOS RESÍDUOS DE ROCHAS NATURAIS
PARA O DESENVOLVIMENTO DE COMPÓSITOS POLÍMERICOS
COM MATRIZ TERMOFIXA NA MANUFATURA DE PEDRAS
INDUSTRIAIS
Dissertação de mestrado apresentada ao
Programa de Pós-graduação em Ciência e
Engenharia de Materiais da Universidade
Federal de Santa Catarina, como requisito
parcial para a obtenção do título de Mestre
em Ciência e Engenharia de Materiais.
Orientador: Prof. Dr. Ricardo Antonio
Francisco Machado
Florianópolis
2007
4
“
REUTILIZAÇÃO DOS RESÍDUOS DE ROCHAS NATURAIS PARA O
DESENVOLVIMENTO DE COMPÓSITOS POLÍMERICOS COM MATRIZ
TERMOFIXA NA MANUFATURA DE PEDRAS INDUSTRIAIS
”
por
Écio José Molinari
Dissertação julgada para obtenção do título de Mestre em Engenharia de Materiais,
área de concentração de Polímeros, e aprovada em sua forma final pelo Programa de
Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais da Universidade Federal de
Santa Catarina.
________________________________________________
Prof. Ricardo Antonio Francisco Machado, Dr. Ing.
Orientador
________________________________________________
Prof. Ana Maria Maliska, Dr
Coordenador do PGMAT
Banca Examinadora:
________________________________________________
Prof. Alfredo Tibúrcio Nunes Pires, Dr. Ing.
________________________________________________
Prof. Ariovaldo Bolzam, Dr. Ing.
________________________________________________
Prof. Daniela Becker, Dr. Ing.
Florianópolis, Setembro de 2007.
5
“A vida é bela, é só saber viver”.
Autor desconhecido
6
AGRADECIMENTOS
A Deus,
Aos meus pais,
A filha Débora Regina,
À minha esposa Maria Araci,
À família Molinari – aos meus irmãos – que sempre valorizaram os estudos.
Aos meus sobrinhos e primos – continuem estudando porque este é o bem
mais precioso que um homem pode ter.
Aos meus colegas de trabalho, pelo grande apoio durante toda a fase da
dissertação.
Ao meu orientador Prof. Dr. Ricardo Antônio Francisco Machado pela
dedicação, apoio e orientação.
Ao amigo Jackson Miranda por toda a ajuda prestada no desenvolvimento do
trabalho.
A amiga Prof. Msc, Denise Santos Conti que não mediu esforços em me
ajudar nas várias análises e desenvolvimento deste trabalho. Milhões de
agradecimentos. Você é muito inteligente.
À UFSC por conceder o meu ingresso no Mestrado. A todos os professores
da UFSC e direção do PGMAT, obrigado pela paciência.
Ao Prof. Msc Adriano F. Reinert pelo grande apoio desde o meu ingresso no
Mestrado até a conclusão do trabalho.
A Prof. Msc Palova, que sempre torceu e confiou na minha vitória nesta
caminhada cietífica.
A Prof. Dra, Msc Daniela Becker, que me mostrou a direção dos caminhos
para a melhoria do meu trabalho. Obrigado, você foi dez.
Aos Profs. Msc Balzer, Msc Rogério Araújo, Msc Gilapa, Msc Nivaldo,
Gualter, César, Msc Inêz, Marceli, Marcelo, Joel, Romeu (todos da Sociesc) que
sempre torceram pela minha vitória nesta conquista, e não mediram esforços quando
precisei de suas ajudas. Muito obrigado pessoal.
Ao amigo Prof. Msc Iberê, que me ajudou com as dificuldades na informática.
À empresa Ara Química pela doação dos materiais Resinas, através da amiga
Marcia pelo apoio na realização do trabalho.
À empresa Ciba pela doação dos materiais aditivos, através da amiga Maria
Aparecida Campos pelo apoio na realização do trabalho.
7
Aos amigos Prof. Msc Francisco Germano Martins e Sua Esposa Teresinha-
(Sociesc), pela realização de alguns experimentos, e pelo apoio prestado.
Ao Prof. Msc. Alexsandro Fossile pelo envolvimento e apoio motivacional no
desenvolvimento deste trabalho.
À empresa Marmoraria Dalsasso, em nome de Marcio José Dalsasso e
Fernando Fossile pelo apoio e acreditarem neste trabalho. Sem esta contribuição de
vocês seria impossível a realização desta obra. Agradecimentos especiais.
Ao amigo Msc. Gerson (UFSC) pelo apoio no trabalho.
Aos meus ex-alunos da turma MA 140/2005 (Elias Pedro de Oliveira, Juliano
Costa, Micheli Pereira, Natiele L. K. Tomimatsu, Pâmela Tomazelli, André Alexandre
Baumann, Diogo Felipe Kretzer, Fernanda Janine do Amaral, Geovani Ferreira
Cesconetto, Jacson Alexsandre Lipinki e Marja Helena Santos) pela ajuda no
desenvolvimento deste trabalho.
Aos amigos que ficaram esquecidos no coração
ږ
A Sociedade Educacional de Santa Catarina – SOCIESC, pela excelente
infra-estrutura que possibilitou o desenvolvimento desta obra e toda a confiança
prestada.
8
RESUMO
A indústria de materiais poliméricos, principalmente os fabricantes de
commodities tem procurado valorizar seus produtos em busca de alternativas
inovadoras para a fabricação de produtos acabados. Por outro lado aquelas empresas
que exploram e comercializam rochas ornamentais, como mármores e granitos,
enfrentam dificuldades no aproveitamento de 100% da sua matéria prima tomando-se,
como exemplo, a quantidade de 1m
3
de mármore, estudos indicam que apenas 75%
destes materiais tornam-se produtos acabados enquanto o restante é descartado
como rejeito, seguindo (ou descartado) para aterros. A junção de conhecimentos
oriundos de duas áreas distintas: materiais orgânicos (poliméricos) e materiais
inorgânicos (minerais) possibilitam o uso das características intrínsecas dos polímeros
que permitem a incorporação de cargas inorgânicas proporcionando a obtenção de
produtos acabados com características diferenciadas com elevada resistência
mecânica, resistências à flexão, etc. Neste trabalho mostra-se uma metodologia para a
reciclagem de rejeitos de minerais onde se utiliza granito e mármore, materiais
associados a resinas poliméricas de poliéster e acrílica para a obtenção de compósitos
com matriz polimérica possibilitando uma correta destinação aos rejeitos descartados
pelas marmorarias, com agregação de valor ao produto obtido e a possibilidade de
geração de uma nova cadeia de negócios.
Os compósitos obtidos neste trabalho foram caracterizados e suas propriedades foram
comparadas com mármores e granitos “in natura”, apresentando propriedades
superiores na maioria dos casos, mostrando a viabilidade técnica e econômica do
processo (metodologia) apresentado neste trabalho.
9
ABSTRACT
The industry of material polymeric, mainly the commodities makers have been
trying to value its products in search of innovative alternatives for the production of
products finishes. On the other hand those companies that explore and they market
ornamental rocks, as marbles and granites, they face difficulties in the use of 100% of
its matter it excels being taken, for example, 1m
3
of marble, it is considered that 75%
become just product finish while the remaining is discarded as I reject, proceeding (or
discarded) for embankments. The junction of knowledge originating from of two
different areas: organic materials (polymers) and inorganic materials (minerals) they
facilitate the use of the knowledge that the polymeric ones allow the use of inorganic
loads using the obtaining of products finishes with characteristics differentiated with
high mechanical resistance, resistances the flexure, etc. In this work it is used granite
and material marble associated to resins polymeric of polyester and acrylic for the
obtaining of a composite of polymeric facilitating a correct destination to the garbage
discarded by the marble industry, with aggregation of value to the obtained product and
the possibility of generation of a new chain of business.
The composites obtained in this work were characterized and its properties were
compared with marbles and granites "in natural", presenting superior properties in most
of the cases, showing the technical and economic viability of the process presented in
this work
10
LISTA DE FIGURAS
Figura 2.1. Etapas de fabricação da pedra tecnológica (compósito de pedra),
desenvolvida pela Compac Marmol e Quartz company. Adaptado de COMPAC
MARMOL E QUARTZ (2006). ..................................................................................... 39
Figura 2.2. Etapa de compactação por vibra compressão a vácuo, mostrando as
pequenas partículas acomodando-se entre as grandes partículas. Adaptado de
CAESARSTONE (2007). ............................................................................................ 40
Figura 3.1. Etapas experimentais dos compósitos de Resina Poliéster com Granito
Caju. ........................................................................................................................... 46
Figura 3.2. Etapas experimentais de caracterização das pedras sintéticas – Pedra 1 e
Pedra 2. ...................................................................................................................... 47
Figura 3.3. Etapas experimentais relativas aos compósitos de Resina Acrílica com
Granito Caju e com Mármore Branco. ......................................................................... 47
Figura 3.4. Ensaio de resistência à compressão (corpo de prova sendo rompido). .... 54
Figura 3.5. Ensaio de resistência à flexão em três pontos.......................................... 55
Figura 4.1. Aparência visual dos compósitos de resina poliéster com granito Caju. ... 60
Figura 4.2. Resistência à compressão dos compósitos de resina poliéster com granito
Caju obtido por compressão. ...................................................................................... 61
Figura 4.3. Resistência à flexão dos compósitos de resina poliéster com granitos Caju
obtidos por compressão. ............................................................................................. 63
Figura 4.4. Região de granulometrias com partículas de maiores dimensões da pedra
sintética – Pedra 1, (escala 1 mm, aumento de 50x)................................................... 65
Figura 4.5. Características das medidas da região de granulometrias com partículas
de maiores dimensões da Pedra 1. ............................................................................. 66
Figura 4.6. Representação média da distribuição granulométrica da região de
granulometrias com partículas de maiores dimensões pedra sintética – Pedra 1. ...... 66
Figura 4.7. Região de partículas com menores dimensões da pedra sintética – Pedra
1, (escala 200 µm, aumento de 200x). ........................................................................ 67
Figura 4.8. Características das medidas da região de partículas com menores
dimensões da Pedra 1 ................................................................................................ 67
Figura 4.9. Representação média da distribuição granulométrica da região de
granulometrias com partículas de menores dimensões da pedra sintética – Pedra 1. 68
Figura 4.10. Região de granulometrias com partículas de maiores dimensões da pedra
sintética – Pedra 1. Método tridimensional (escala 1 mm, aumento de 13,4x). ........... 68
Figura 4.11. Características das medidas da região de granulometrias com partículas
de maiores dimensões da Pedra 1. Método tridimensional. ........................................ 69
11
Figura 4.12. Representação média da distribuição granulométrica da região de
granulometrias com partículas de maiores dimensões da pedra sintética – Pedra 1.
Método tridimensional. ................................................................................................ 69
Figura 4.13. Variações granulométricas da Pedra 1 observadas em microscopia
óptica. ......................................................................................................................... 70
Figura 4.14. Região 1 da variação granulométrica da pedra sintética – Pedra 2, ....... 70
(escala 200 µm, aumento de 200x). ............................................................................ 70
Figura 4.15. Características das medidas das granulometrias da região 1 da pedra
sintética – Pedra 2 ...................................................................................................... 71
Figura 4.16. Região 2 da variação granulométrica da pedra sintética – Pedra 2, ....... 71
(escala 1mm, aumento de 50x). .................................................................................. 71
Figura 4.17. Características das medidas das granulometrias da região 2 da pedra
sintética – Pedra 2. ..................................................................................................... 71
Figura 4.18. Variações granulométricas da Pedra 1 obtidas no ensaio de distribuição
granulométrica. ........................................................................................................... 73
Figura 4.19. FTIR de 4000-400 cm
-1
da resina polimérica da pedra sintética - Pedra 1.
................................................................................................................................... 74
Figura 4.20. FTIR de 4000-400 cm
-1
da resina polimérica de Poliéster. ..................... 75
Figura 4.21. Resina poliéster ortoftálica. Fonte: Resana S.A. (1992). ........................ 76
Figura 4.22. FTIR de 4000-400 cm
-1
da resina polimérica acrílica. ............................. 76
Figura 4.23. Representação da unidade monomérica do ácido metacrílico ................ 77
Figura 4.24. Aparência visual dos compósitos de resina acrílica com granito Caju. ... 78
Figura 4.25. Resistência à compressão dos compósitos de resina acrílica com granito
Caju obtidos por compressão. .................................................................................... 79
Figura 4.26. Resistência à flexão dos compósitos de resina acrílica com granito Caju
obtidos por compressão. ............................................................................................. 81
Figura 4.27. Absorção de água dos compósitos de resina acrílica com granito Caju
obtidos por compressão. ............................................................................................. 83
Figura 4.28. Gráfico da distribuição granulométrica das partículas de mármore branco
utilizadas nos compósitos com resina acrílica. ............................................................ 85
Figura 4.29. Aparência visual dos compósitos de resina acrílica com mármore branco.
................................................................................................................................... 86
Figura 4.30. Resistência à compressão dos compósitos de resina acrílica com
mármore branco obtidos por compressão. .................................................................. 87
Figura 4.31. Resistência à flexão dos compósitos de resina acrílica com mármore
Branco obtidos por compressão. ................................................................................ 89
12
Figura 4.32. Absorção de água dos compósitos de resina acrílica com mármore
Branco obtidos por compressão. ................................................................................ 90
Figura 4.33. Superfície do CP de compressão de granito natural Caju durante a
degradação em radiação UV. ..................................................................................... 91
Figura 4.34. Superfície do CP de compressão do Compósito-1 (resina acrílica com
granito) durante a degradação em radiação UV. ......................................................... 92
Figura 4.35. Superfície do CP de compressão do Compósito-3 (resina acrílica com
granito) durante a degradação em radiação UV. ......................................................... 93
Figura 4.36. Superfície do CP de ............................................................................... 94
flexão do Compósito-6 (resina acrílica com granito) durante a degradação em radiação
UV. ............................................................................................................................. 94
Figura 4.37. Superfície do CP de flexão do Compósito-9 (resina acrílica com granito)
durante a degradação em radiação UV. ..................................................................... 94
Figura 4.38. Superfície do CP de compressão de mármore natural durante a
degradação em radiação UV. ..................................................................................... 95
Figura 4.39. Superfície do CP de compressão do Compósito-1 (resina acrílica com
mármore Branco e sem estabilizantes e absorvedores de UV) durante a degradação
em radiação UV. ......................................................................................................... 95
Figura 4.40. Superfície do CP de compressão do Compósito-3 (resina acrílica com
mármore Branco e com estabilizantes e absorvedores de UV) durante a degradação
em radiação UV. ......................................................................................................... 96
Figura 4.41. Superfície do CP de compressão do Compósito-4 (resina acrílica com
mármore Branco e sem estabilizantes e absorvedores de UV) durante a degradação
em radiação UV. ......................................................................................................... 96
Figura 4.42. Superfície do CP de compressão do Compósito-6 (resina acrílica com
mármore Branco e com estabilizantes e absorvedores de UV) durante a degradação
em radiação UV. ......................................................................................................... 97
Figura 4.43. Resistência à compressão dos compósitos de resina acrílica com granito
Caju obtidos por compressão após a Degradação em Radiação UV .......................... 98
Figura 4.44. Resistência à flexão dos compósitos de resina acrílica com granito Caju,
após a Degradação em Radiação UV ......................................................................... 99
Figura 4.45. Resistência à compressão dos compósitos de resina acrílica com
mármore Branco, após a Degradação em Radiação UV ........................................... 100
Figura 4.46. Resistência à flexão dos compósitos de resina acrílica com mármore
branco após Degradação em Radiação UV .............................................................. 101
Figura 4.47. Comparativos das resistências à compressão dos Compósitos de resina
acrílica com granito caju, antes e após Degradação em Radiação UV ..................... 102
13
Figura 4.48. Comparativos das resistências à flexão dos Compósitos de resina acrílica
com granito caju, antes e após Degradação em Radiação UV. ................................ 102
Figura 4.49. Comparativos das resistências à compressão dos Compósitos de resina
acrílica com mármore Branco, antes e após Degradação em Radiação UV. ............ 103
Figura 4.50. Comparativos das resistências à flexão dos Compósitos de resina acrílica
com mármore Branco, antes e após Degradação em Radiação UV. ........................ 103
Figura G.1. Distribuição granulométrica das partículas minerais da amostra nº 1 da
pedra sintética – Pedra 1 resultante do ensaio de teor de cinzas.............................. 130
Figura G.2. Distribuição granulométrica das partículas minerais da amostra nº 2 da
pedra sintética – Pedra 1 resultante do ensaio de teor de cinzas.............................. 131
Figura G.3. Distribuição granulométrica das partículas minerais da amostra nº 3 da
pedra sintética – Pedra 1 resultante do ensaio de teor de cinzas.............................. 132
14
LISTA DE TABELAS
Tabela 2.1. Propriedades de diferentes concretos poliméricos (compósitos) .............. 31
Tabela 2.2. Especificações técnicas de pedras sintéticas........................................... 41
Tabela 2.3. Comparações entre as pedras sintéticas sobre as pedras naturais.
Adaptado de CAESARSTONE (2007). ....................................................................... 41
Tabela 2.4. Intensidade de radiação global. ............................................................... 43
Tabela 3.1. Especificações dos materiais. .................................................................. 45
Tabela 3.2. Distribuição granulométrica das partículas de granito Caju para serem
utilizadas nos compósitos com resina acrílica. ............................................................ 50
Tabela 3.3. Formulações dos compósitos de resina acrílica com granito Caju. ......... 51
Tabela 3.4. Formulações dos compósitos de resina acrílica com mármore branco. .. 53
Tabela 4.1. Resistência à compressão dos compósitos de resina com granitos Caju
obtidos por compressão. ............................................................................................. 61
Tabela 4.2. Resistência à flexão dos compósitos de resina poliéster com granitos Caju
obtidos por compressão. ............................................................................................. 63
Tabela 4.3. Características das bandas de FTIR da resina polimérica da pedra
sintética - Pedra 1. ...................................................................................................... 74
Tabela 4.4. Características das bandas de FTIR da resina polimérica de poliéster. ... 75
Tabela 4.5. Características das bandas de FTIR da resina acrílica. ........................... 77
Tabela 4.6. Resistência à compressão dos compósitos de resina acrílica com granito
Caju obtidos por compressão. .................................................................................... 79
Tabela 4.7. Resistência à flexão dos compósitos de resina acrílica com granito Caju
obtidos por compressão. ............................................................................................. 81
Tabela 4.8. Absorção de água dos compósitos de resina acrílica com granito Caju
obtidos por compressão. ............................................................................................. 83
Tabela 4.9. Distribuição granulométrica das partículas de mármore branco utilizadas
nos compósitos com resina acrílica ............................................................................ 85
Tabela 4.10. Resistência à compressão dos compósitos de resina acrílica com
mármore branco obtidos por compressão. .................................................................. 86
Tabela 4.11. Resistência à flexão dos compósitos de resina acrílica com mármore
Branco obtidos por compressão. ................................................................................ 88
Tabela 4.12. Absorção de água dos compósitos de resina acrílica com mármore
Branco obtidos por compressão. ................................................................................ 90
Tabela 4.13. Resistência à compressão dos compósitos de resina acrílica com granito
Caju obtidos por compressão, após a Degradação em Radiação UV ......................... 97
15
Tabela 4.14. Resistência à flexão dos compósitos de resina acrílica com granito Caju
após a Degradação em Radiação UV. ........................................................................ 98
Tabela 4.15. Resistência à compressão dos compósitos de resina acrílica com
mármore Branco após a Degradação em Radiação UV. ........................................... 100
Tabela 4.16. Resistência à flexão dos compósitos de resina acrílica com mármore
branco após Degradação em Radiação UV .............................................................. 101
Tabela A.1. Dados de análises técnicas da resina poliéster ortotereftálica Arazyn
®
. 115
Tabela B.1. Dados de análises técnicas da resina acrílica Polaris
®
.......................... 116
Tabela E.1. Resultados do ensaio de teor de cinzas da amostra n°1 da pedra sintética
– Pedra 1. ................................................................................................................. 121
Tabela E.2. Resultados do ensaio de teor de cinzas da amostra n°2 da pedra sintética
– Pedra 1. ................................................................................................................. 121
Tabela E.3. Resultados do ensaio de teor de cinzas da amostra n°3 da pedra sintética
– Pedra 1 .................................................................................................................. 122
Tabela F.1. Custo por metro quadrado de compósitos com mineral granito e resina
poliéster .................................................................................................................... 128
Tabela G.1. Distribuição granulométrica das partículas minerais da amostra nº 1 da
pedra sintética - Pedra 1 resultante do ensaio de teor de cinzas. ............................. 129
Tabela G.2. Distribuição granulométrica das partículas minerais da amostra nº 2 da
pedra sintética – Pedra 1 resultante do ensaio de teor de cinzas.............................. 130
Tabela G.3. Distribuição granulométrica das partículas minerais da amostra nº 3 da
pedra sintética – Pedra 1 resultante do ensaio de teor de cinzas.............................. 131
16
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
%Mfrc Porcentagem de massa final de resina no compósito
ABNT NBR Associação Brasileira de Normas Técnicas
ASTM American society for Testing and Materials
CEMP Comissão de estudo das matérias primas
CP Corpo de provas
DIN Deutsches Institut für Normung e.V.
FTIR Espectroscopia no Infravermelho por Transformada de Fourier
ISO International Organization for Standardization
IV Infravermelho
L1 Tamanho da partícula na posição 1 da distribuição granulométrica
L2 Tamanho da partícula na posição 2 da distribuição granulométrica
L3 Tamanho da partícula na posição 3 da distribuição granulométrica
L4 Tamanho da partícula na posição 4 da distribuição granulométrica
L5 Tamanho da partícula na posição 5 da distribuição granulométrica
L6 Tamanho da partícula na posição 6 da distribuição granulométrica
M
amostra
Massa da amostra
M
amostra queimada
Massa da amostra queimada
Mcac Massa do compósito após cura
M
cadinho
Massa do cadinho
MEK Metil-etil-cetona
Mppc Massa perdida no processamento do compósito
M
RAQ
Massa resultante da amostra queimada
Mfrc Massa final de resina no compósito
PC Policarbonato
PET Poli(tereftalato de etileno)
R-UV Radiação ultravioleta
UV Ultravioleta
17
LISTA DE SÍMBOLOS
0
I
Intensidade da radiação incidente
I
Intensidade da radiação transmitida
c
σ
Tensão de compressão
f
σ
Tensão de flexão
A Absorbância
A Área do corpo de prova
b Espessura da camada do material
b Largura do corpo de prova
c Concentração do componente que está absorvendo a radiação.
E
1
Estado energético inicial da molécula
E
2
Estado energético final da molécula
F Força máxima até o rompimento do corpo de prova
h Espessura do corpo de prova
L Distância entre as bases de apoio do corpo de prova
T Transmitância
T
d
Temperatura de decomposição térmica
Tg Glass ransition temperature, temperatura de transição vítre
T
m
Temperatura de fusão
h
Constante de Planck
υ
Número de ondas
ε
Absortividade molar do componente que está absorvendo a
radiação
υ
Freqüência da luz absorvida
λ
Comprimento da onda da luz monocromática
Ø Rendimento quântico
18
SUMÁRIO
1
INTRODUÇÃO ................................................................................................... 22
2
REVISÃO DA LITERATURA ............................................................................. 25
2.1
COMPÓSITOS ................................................................................................... 25
2.2
INTERAÇÃO ENTRE MATERIAIS POLIMÉRICOS E INORGÂNICOS NO
DESENVOLVIMENTO DE COMPÓSITOS ................................................................. 26
2.3
RECICLAGEM ................................................................................................... 33
2.3.1
Necessidade de uma Metodologia para a Reciclagem .................................... 33
2.3.2
A Reciclagem como Desenvolvimento Sustentável ......................................... 34
2.3.3
Reaproveitamento de Rochas Naturais ........................................................... 37
2.4
A PRODUÇÃO DE PEDRAS SINTÉTICAS ....................................................... 37
2.5
CARACTERÍSTICAS E PROPRIEDADES DOS COMPÓSITOS DE PEDRA
COM POLÍMERO ....................................................................................................... 41
2.6
DURABILIDADE DOS POLÍMEROS ................................................................. 42
2.6.1
Degradação Por Radiação Ultravioleta ............................................................ 42
2.7
ESPECTRO DA RADIAÇÃO SOLAR ................................................................ 42
3
MÉTODOS EXPERIMENTAIS ........................................................................... 45
3.1
MATERIAIS EMPREGADOS ............................................................................. 45
3.2
ETAPAS EXPERIMENTAIS............................................................................... 46
3.3
PREPARAÇÃO DOS COMPÓSITOS DE RESINA POLIÉSTER COM GRANITO
CAJU .......................................................................................................................... 48
3.3.1
Obtenção das Partículas de Granito Caju ....................................................... 48
3.3.2
Obtenção dos Compósitos com resina poliéster via Processo de Compressão ...
.......................................................................................................................................48
3.4
PREPARAÇÃO DOS COMPÓSITOS DE RESINA ACRÍLICA COM GRANITO
CAJU .......................................................................................................................... 49
3.4.1
Obtenção das Partículas de Granito Caju ....................................................... 49
3.4.2
Obtenção dos Compósitos com Resina Acrílica via Processo de Compressão49
19
3.5
PREPARAÇÃO DOS COMPÓSITOS DE RESINA ACRÍLICA COM MÁRMORE .
.......................................................................................................................................52
3.5.1
Obtenção das Partículas de Mármore Branco ................................................. 52
3.5.2
Obtenção dos Compósitos via Processo de Compressão ............................... 53
3.6
ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO ................................................................... 54
3.6.1
Ensaio Mecânico de Resistência à Compressão ............................................. 54
3.6.2
Ensaio Mecânico de Resistência à Flexão ...................................................... 54
3.6.3
Ensaio de Microscopia Óptica ......................................................................... 55
3.6.4
Ensaio de Teor de Cinzas ............................................................................... 56
3.6.5
Ensaio de Distribuição Granulométrica ............................................................ 56
3.6.6
Ensaio de Espectroscopia no Infravermelho por Transformada de Fourier
(FTIR) ........................................................................................................................ 57
3.6.7
Ensaio de absorção de água ........................................................................... 57
3.6.8
Ensaio de Degradação através de Radiação UV ............................................. 58
3.7
ESTUDO DE VIABILIDADE ECONÔMICA ........................................................ 58
3.7.1
Viabilidade Econômica de Compósitos com Resinas Termofixas com Mineral
Granito e Mármore ...................................................................................................... 58
4
RESULTADOS E DISCUSSÕES ....................................................................... 60
4.1
COMPÓSITOS DE RESINA POLIÉSTER COM GRANITO CAJU..................... 60
4.1.1
Processamento por Compressão e Aparência Visual dos Compósitos............ 60
4.1.2
Ensaio Mecânico de Resistência à Compressão ............................................. 61
4.1.3
Ensaio Mecânico de Resistência à Flexão ...................................................... 63
4.2
CARACTERIZAÇÃO DAS PEDRAS SINTÉTICAS ........................................... 65
4.2.1
Ensaio de Microscopia Óptica na Pedra Sintética – Pedra 1 ........................... 65
4.2.2
Ensaio de Microscopia Óptica na Pedra Sintética – Pedra 2 ........................... 70
4.2.3
Ensaio de Teor de Cinzas na Pedra Sintética – Pedra 1 ................................. 72
4.2.4
Ensaio de Distribuição Granulométrica das Partículas Minerais da Pedra
Sintética – Pedra 1 ..................................................................................................... 72
4.2.5
Ensaio de FTIR na Resina Polimérica da Pedra Sintética - Pedra 1 ................ 73
20
4.3
COMPÓSITOS DE RESINA ACRÍLICA COM GRANITO CAJU ........................ 78
4.3.1
Aparência Visual dos Compósitos ................................................................... 78
4.3.2
Ensaio Mecânico de Resistência à Compressão ............................................. 78
4.3.3
Ensaio Mecânico de Resistência à Flexão ...................................................... 81
4.3.4
Ensaio Absorção de Água ............................................................................... 83
4.4
COMPÓSITOS DE RESINA ACRÍLICA COM MÁRMORE BRANCO ............... 84
4.4.1
Distribuição Granulométrica das partículas de Mármore Branco ..................... 84
4.4.2
Aparência Visual dos Compósitos ................................................................... 86
4.4.3
Ensaio Mecânico de Resistência à Compressão ............................................. 86
4.4.4
Ensaio Mecânico de Resistência à Flexão ...................................................... 88
4.4.5
Ensaio Absorção de Água ............................................................................... 89
4.5
ESTUDO DA DEGRADAÇÃO DOS COMPÓSITOS DE RESINA ACRÍLICA
COM GRANITO CAJU E MÁRMORE BRANCO ATRAVÉS DE RADIÇÃO
ULTRAVIOLETA ........................................................................................................ 91
4.5.1
Aparência Visual dos Compósitos de Resina Acrílica com Granito Caju ......... 91
4.5.2
Aparência Visual dos Compósitos de Resina Acrílica com Mármore Branco ... 94
4.5.3
Ensaio Mecânico de Resistência à Compressão nos Compósitos de Resina
Acrílica com Granito Caju após a Degradação em Radiação UV ................................ 97
4.5.4
Ensaio Mecânico de Resistência à Flexão nos Compósitos de Resina Acrílica
com Granito Caju após a Degradação em Radiação UV ............................................ 98
4.5.5
Ensaio Mecânico de Resistência à Compressão nos Compósitos de Resina
Acrílica com Mármore Branco após a Degradação em Radiação UV ......................... 99
4.5.6
Ensaio Mecânico de Resistência à Flexão nos Compósitos de Resina Acrílica
com Mármore Branco após a Degradação em Radiação UV .................................... 100
4.5.7
Análises do Estudo da Degradação em Radiação UV dos Compósitos de
Resina Acrílica com Granito Caju e Mármore Branco ............................................... 101
4.6
RESULTADOS DO ESTUDO DE VIABILIDADE ECONÔMICA ...................... 105
4.6.1
Viabilidade Econômica de Compósitos com Resinas Termofixas com Mineral
Granito e Mármore .................................................................................................... 105
5
CONCLUSÕES E SUGESTÕES ..................................................................... 106
21
REFERÊNCIAS ........................................................................................................ 110
APÊNDICE - A ......................................................................................................... 115
APÊNDICE - B ......................................................................................................... 116
APÊNDICE - C ......................................................................................................... 117
APÊNDICE - D ......................................................................................................... 119
APÊNDICE - E .......................................................................................................... 121
APÊNDICE - F .......................................................................................................... 123
APÊNDICE - G ......................................................................................................... 129
22
1 INTRODUÇÃO
No final do século XX surgiram os movimentos relacionados com a
preocupação do meio ambiente, onde a reciclagem passa a ser motivo de ação
estratégica para prolongar a vida dos recursos não renováveis MEDINA (2006).
Analisando o cenário sócio-econômico, percebe-se que a indústria do setor mineral,
tem como prioridade atender as legislações do meio ambiente, e entre as ações já
tomadas surgiram os desenvolvimentos de novos materiais, principalmente na linha de
compósitos, formando os produtos conhecidos por granito ou mármore sintéticos (
BRETON COMPANY, 2006, COMPAC MARMOL E QUARTZ, 2006 e
CAESARSTONE, 2007).
A indústria de mármores e granitos se dedica à exploração e beneficiamento
de rochas ornamentais, processo este conhecido pelo termo “lavra” VALE (2001), que
"entende-se pelo conjunto de operações coordenadas, objetivando o aproveitamento
industrial da jazida, desde a extração das substâncias minerais úteis que contiver, até
o beneficiamento das mesmas". Esta exploração envolve blocos em bruto até o
desdobramento de chapas semi-acabadas como ladrilhos para revestimentos,
colunas, esculturas, etc.
Apesar da potencialidade das reservas e de sua grandiosidade, o parque
industrial brasileiro apresenta um inegável atraso tecnológico se comparado a outros
países produtores, não atingindo níveis de produtividade e qualidade no seu processo
produtivo. Em conseqüência desse atraso são pequenas as preocupações em se
conter os desperdícios com os materiais e em recuperá-los de alguma forma. Em face
disso, o baixo custo agregado às pedras exportadas não permite um fluxo de divisas
expressivo para o país, mesmo tendo condições favoráveis para tal, outros países
produtores de mármores e granitos possuem um avanço tecnológico mais expressivo
e já produzem e exportam pedras sintéticas para o Brasil (MACHADO et al., 2002).
Diante do que foi exposto anteriormente, CALDERONI (2003) ressalta que: “o
lixo é um material mal amado. Todos desejam dele descartar-se. Até pagam para dele
se verem livres”. O autor comenta ainda que o lixo é um subproduto que é gerado
continuamente, e “amar o próprio lixo é simplesmente uma questão de amor próprio”.
Desta lição podemos angariar as evoluções tecnológicas, onde foi destacada
anteriormente a indústria de pedras ornamentais que buscou a alternativa tecnológica
de unir materiais como o plástico à pedra, de características técnicas em uma primeira
23
análise extremamente oposta, segundo a visão de leigos, para o desenvolvimento de
compósitos com concepções embasadas na reciclagem.
Visualizando estatisticamente a realidade do Brasil, no segmento mineral
segundo CHIODI (2006), as exportações brasileiras de rochas ornamentais somaram
US$ 474,11 milhões no período do primeiro semestre de 2006, com uma variação
positiva de 36,34% no faturamento frente ao mesmo período de 2005. Em volume
físico, essas exportações de 2006 atingiram 1,17 milhões de toneladas, o que
representou variação positiva de 15,47% frente ao mesmo período de 2005. De toda
esta produtividade crescente, sabemos que a quantidade de subprodutos conhecidos
por retalhos e pós (lamas) de mármores ou granitos, oriundos do beneficiamento
destas é proporcional à produtividade. Então ocorre a necessidade da tecnologia no
desenvolvimento de materiais compósitos de resíduos de pedras com polímeros. A
fatia do mercado brasileiro na manufatura de pedras sintéticas não é evidenciada
estatisticamente, talvez por motivos relacionados à falta de tecnologias para este
produto que é recente no nosso mercado.
A utilização dos rejeitos de materiais de pedras para o desenvolvimento de
rochas sintéticas, mostra vantagens na diminuição da quantidade de rejeito a ser
descartada na natureza, além de agregar valor a um resíduo indesejável, e possibilita
também a geração de novos empregos.
Este trabalho tem como objetivo geral associar o conhecimento da área de
polímeros propondo uma solução para a reciclagem de resíduos gerados nas fases de
beneficiamento de rochas ornamentais em marmorarias e/ou na etapa de exploração
das rochas ornamentais (lavra), resultando um material compósito.
Como objetivos específicos desse trabalho podem-se destacar: (1) o estudo
das condições viáveis do processo de compressão para a produção de compósito
resina poliéster com a pedra natural Granito Caju; (2) avaliação das propriedades
mecânicas de resistência à flexão e compressão dos compósitos produzidos com
resina poliéster; (3) comparação do material desenvolvido com os similares existentes
no mercado; (4) avaliação das propriedades mecânicas de compressão e flexão
(antes e depois da degradação através de exposição à radiação UV) e a taxa de
absorção de umidade do compósito de resina acrílica com as pedras naturais Granito
Caju e Mármore Branco; (5) estudo estimativo da viabilidade econômica dos
compósitos de resina termofixa com pedras naturais.
Este estudo foi motivado pela gigantesca quantidade de resíduos que são
descartados nas marmorarias, oriundos da etapa de beneficiamento de rochas
naturais, bem como na exploração (lavra) das rochas naturais.
24
Para melhor apresentação, este trabalho está dividido em partes. O capítulo 2
apresenta a fundamentação teórica para apoiar o estudo, apresentando os aspectos
gerais relacionados aos materiais compósitos, as questões mostrando a preocupação
com o setor de reciclagem. Inclui também uma abordagem sobre a degradação dos
polímeros pela radiação ultravioleta. A descrição dos experimentos desenvolvidos
encontra-se no capítulo 3. Os resultados obtidos, bem como a discussão desses,
estão apresentados no capítulo 4. Por fim os apêndices.
25
2 REVISÃO DA LITERATURA
2.1 COMPÓSITOS
As tecnologias modernas exigem materiais com combinações de
propriedades intrínsecas (materiais com baixa densidade, rígidos, fortes, com
resistências a abrasão, ao impacto e a corrosão) que não podem ser encontradas nas
ligas metálicas, cerâmicas e materiais poliméricos convencionais. As combinações e
as faixas das propriedades dos materiais foram, e ainda estão ampliadas através do
desenvolvimento de materiais compósitos (CALLISTER, 2002).
A conjugação de propriedades distintas em um único material pode ser obtida
através da fabricação de materiais compósitos. Os materiais compósitos começaram a
ser usados em larga escala a partir da primeira metade do século XX e atualmente são
bastante empregados nas indústrias naval, aeroespacial, automobilística e eletrônica.
A composição dos compósitos apresenta a combinação de materiais das classes dos
metais, cerâmicos e polímeros, genericamente apresentando uma matriz e um reforço
(HAGE JUNIOR, 1990).
Os compósitos constituem uma das classes de materiais heterogêneos,
multifásicos, podendo ser ou não de polímeros, em que um dos componentes,
descontínuo, proporciona a principal resistência ao esforço (componente estrutural), e
o outro, contínuo, é o meio de transferência desse esforço (componente matricial).
Esses componentes não se dissolvem ou se descaracterizam completamente, mas
atuam concentradamente, e as propriedades do conjunto são superiores às de cada
componente individualmente (MANO, 1991 e AMICO, 2006)
Um compósito exibe além das propriedades inerentes de cada constituinte,
propriedades intermediárias decorrentes da formação de uma região interfacial. Uma
prancha de surfe é um exemplo típico de um compósito onde fibras de vidro são
embebidas em um polímero. O concreto que apresenta uma boa resistência à
compressão e baixa resistência à tração pode formar um compósito com o aço, que
tem boa resistência à tração (MOITA NETO, 2006). O material para ferramentas de
corte denominado Cermet é um exemplo de compósito que apresenta uma matriz
metálica maleável composta por cobalto, com a adição de partículas finas de um
material cerâmico de elevada dureza, o carbeto de tungstênio. Estes compósitos com
reforço de partículas cerâmicas são chamados de compósitos particulados e sua
vantagem é a obtenção de propriedades isotrópicas, sendo adequados para
aplicações onde o carregamento é tridimensional. Os materiais cerâmicos usados
nestes compósitos são bastante variados, desde cerâmicos naturais, como granito,
26
quartzo e alumina, até outro como carboneto de tungstênio ou carbeto de silício,
proporcionando elevadas dureza e resistência à abrasão (HAGE JUNIOR, 1990).
2.2 INTERAÇÃO ENTRE MATERIAIS POLIMÉRICOS E INORGÂNICOS NO
DESENVOLVIMENTO DE COMPÓSITOS
O primeiro material usado pelo homem foi à madeira, posteriormente à pedra,
depois os metais, a cerâmica, o vidro e finalmente os polímeros. No início do século
XX, surgiram alguns materiais produzidos pela química que constituíam de moléculas
gigantescas, que poderiam resultar do encadeamento de 10
3
ou mais átomos de
carbono. Esses produtos de síntese apresentavam repetições de pequenas unidades
estruturais em longa cadeia principal, chamadas assim de polímeros (MANO,1991).
Pela evolução do uso dos materiais atualmente o homem encontra uma
imensa variedade que podem ser distribuídas em dois grandes grupos: a) os materiais
inorgânicos e b) os orgânicos. Partindo desta classificação este trabalho procura fazer
um estudo da interligação entre estas duas classes de materiais, interagindo
principalmente os materiais orgânicos como polímeros termorrígidos e inorgânicos
pertencentes ao reino mineral, dentre eles os granitos e mármores, com a finalidade
de obtenção de um novo material com propriedades mecânicas e características
físicas superior aos seus constituintes.
A proposta do estudo visa buscar alternativas tecnológicas como, por
exemplo, as questões comportamentais da interligação entre materiais como comenta
CARNEVAROLO (2002) que quando se tem a distribuição de tensões uniformemente
em uma matriz polimérica, a presença de uma segunda fase dispersa nessa matriz
também resistirá à solicitação aplicada no conjunto. Isto significa dizer, por exemplo,
que se o módulo de elasticidade da segunda fase for maior que o da matriz, o
resultado final será um aumento nas propriedades mecânicas do sistema conjugado,
principalmente o módulo de elasticidade e a resistência ao escoamento ou ruptura.
Essa ação de mistura entre materiais é muito utilizada comercialmente para melhorar
o desempenho mecânico de polímeros e permitir sua utilização em aplicações onde os
polímeros puros poderiam apresentar o grande risco de falhar.
SMITH (2000) comenta que uma das classes de resinas muito empregadas
no desenvolvimento de compósitos são as resinas poliéster insaturadas, onde estas
podem formar ligações cruzadas dando consistências a estes tipos de materiais. As
resinas poliéster insaturadas são materiais com baixa viscosidade, susceptíveis de
serem misturadas com grandes quantidades de materiais de enchimento e de reforço.
27
Por exemplo, os poliésteres insaturados podem ser reforçados com fibra de vidro, cujo
teor pode atingir 80% em peso.
A resina poliéster no caso mencionada anteriormente com a característica
particular de permitir misturar materiais inorgânicos como enchimento, chama a
atenção para proporcionar alternativas de agregar valor aos rejeitos de mármores e
granitos resultantes das etapas de beneficiamento e exploração destas rochas
ornamentais. Segundo DALSSASSO; MARCIO JOSÉ, da marmoraria Dalssasso Ltda
em Joinville – SC, comenta que cerca de 15% a 20% de uma laje de granito ou
mármore na fase de beneficiamento pode ser rejeito (cortes, aparas e pó do
polimento).
Segundo MOREIRA et al. (2003) e MIRANDA et al. (2002) os estados
produtores de pedras ornamentais que mais se destacam são: ES, BA, MG, CE, MS,
SP, e RJ. O estado do Espírito Santo é responsável por cerca de 80% da produção
nacional. Em um estudo na cidade de Cachoeiro do Itapemirim – ES estimou-se a
ordem de 400 t/mês de resíduo de rochas ornamentais somente na forma de pós (ou
lamas) provenientes da etapa de serragem dos blocos de pedras, ou seja, 20 a 25%
do beneficiamento de um bloco são rejeitos na forma de pós. Estudos foram
desenvolvidos por MOREIRA et al. (2003) incorporando este tipo resíduo na
fabricação de produtos de cerâmica vermelha (tijolos, blocos de cerâmica e telhas). Os
resultados mostraram que as possibilidades são viáveis e a dependência do bom
desempenho final do produto está relacionada ao processo de sinterização. Reforça
também MOTHÉ et al. (2005) que os rejeitos na forma de pó das rochas de granito e
mármore são fontes para materiais cerâmicos, com possibilidades de maiores ou
menores resistência dependendo da temperatura de sinterização, comparados ao
“granito rosa bavena” denominado na cidade de Castelo no ES.
Percebe-se então que as reciclagens de rejeitos de rochas ornamentais estão
muito focadas na incorporação de produtos cerâmicos. Porém o desenvolvimento de
pedras sintéticas, compósitos com matriz polimérica, não é tão incidente, levando-se
em conta que estes resíduos na forma de pó ou grânulos podem ser aplicados na
confecção de pedras sintéticas, principalmente devido à característica comentada
anteriormente da possibilidade de incorporar as partículas inorgânicas em uma matriz
polimérica termorrígida.
Os materiais de enchimento ou cargas são adicionados aos polímeros para
melhorar o limite de resistência à tração e à compressão, a resistência à abrasão,
tenacidade, estabilidade dimensional e térmica, além de outras propriedades. Os
materiais usados como enchimentos particulados incluem a farinha de madeira (pó de
madeira), partículas de sílica, argila, o talco, o calcário e até mesmo alguns polímeros
28
sintéticos. Os tamanhos de partículas variam desde 10nm até dimensões
macroscópicas (CALLISTER, 2002 e BRYDSON, 1999).
Nos últimos anos várias pesquisas têm sido intensificadas sobre o uso de
cargas de enchimento em polímeros, bem como, o uso de cargas de dimensões
nanométricas como elementos de reforços em compósitos de matriz polimérica. NETO
et al. (2007) desenvolveram compósitos poliméricos tendo como matriz uma
poliuretana derivada do óleo de mamona e, com reforço, sistemas híbridos
constituídos de fibras vegetais (juta) e de carga mineral nanoparticuladas (bentonitas).
Tanto a matriz quanto as fibras utilizadas provém de fontes renováveis de matéria
prima enquanto a carga mineral empregada foi uma argila de grande importância na
região da Paraíba. Os resultados indicaram que a incorporação de fibra de juta à
matriz poliuretana promoveu melhora significativa na propriedade de tração dos
compósitos. A adição de pequenos teores de argila à matriz alterou o desempenho
mecânico dos compósitos, ficando inferiores aos esperados. O compósito hibrida
poliuretano/argila/fibra de juta, apresentou propriedades mecânicas superiores às dos
compósitos reforçados unicamente com tecido de juta o que indicou sinergias entre os
reforços híbridas argila/juta.
MENEZES et al. (2002) desenvolveram um estudo referente ao estado da
arte sobre o uso de resíduos, onde perceberam que são três os principais motivos que
levam os países a reciclar seus rejeitos industriais: a) o esgotamento das reservas de
matéria prima confiável, b) o crescente volume de resíduos sólidos, que põem em
risco a saúde pública, ocupam o espaço e degradam os recursos naturais e, c) a
necessidade de compensar o desequilíbrio provocado pela alta do petróleo. A indústria
cerâmica é uma das que mais se destacam na reciclagem de resíduos industriais e
urbanos, isto em função de possuir um elevado volume de produção onde possibilita o
consumo de grandes quantidades de rejeitos. Dentre os vários resíduos, no estudo os
autores também perceberam que os resíduos de mineração e beneficiamento de
rochas são potenciais a causarem impacto ambiental quando descartados
indiscriminadamente na natureza em função do grande volume. O elevado índice de
crescimento do setor mineral, em especial ao de rochas ornamentais, apresenta um
ponto negativo onde o desperdício pode chegar 50% em massa do total produzido.
Este quadro preocupante tem levado a se repensar a forma de utilização dos resíduos
minerais nas formulações de cerâmicas, onde são as principais aplicações (produção
de tijolos, revestimentos e grês). Porém esta crise preocupante permitiu intensificar
mais os estudos da incorporação destes resíduos como cargas em polímeros
formando compósitos, principalmente por apresentarem a característica de redutores
de deformações plásticas, quando o produto está sob efeito de tensões externas.
29
TAWFIK et al. (2006) desenvolveram um concreto polimérico onde foi
misturado rejeito de mármore como enchimento em resina poliéster insaturada. A
resina poliéster aplicada foi preparada da reação de oligômeros obtida da
despolimerização do poli(tereftalato de etileno) (PET), descartados de garrafas de
refrigerantes, com anidrido maleico e ácido adípico. A resina poliéster foi misturada
com monômero de estireno na razão de 60:40% em peso para obtenção da
reticulação do concreto polimérico. Os objetivos do estudo foram analisar a
sustentabilidade da preparação do compósito polimérico para ser usado nas
construções de materiais com base em polímeros e, relação com a preservação do
meio ambiente e agregar valor aos rejeitos de PET e mármore. Os resultados
mostraram que a resina poliéster obtida do PET proporcionou excelente cura
aceitando a carga de enchimento com o mineral mármore, resultando na excelente
resistência à tensão de compressão, aumento da resistência química e incremento na
resistência ao calor e a chama. Desta maneira ficou evidente no estudo que os
concretos poliméricos (compósitos) podem ser desenvolvidos industrialmente, por
apresentarem além das vantagens citadas anteriormente, também a vantagem
econômica por se tratar do aproveitamento de rejeitos no ganho de matéria prima e os
benefícios ecológicos evitando a degradação do meio ambiente em função de
descartes de resíduos inadequados.
MENDONÇA et al. (2002) estudaram que a precisão de uma máquina
ferramenta depende em grande parte da sua base ou estrutura, sobre a qual todos os
demais elementos, como guias, mancais e carro porta-ferramenta, estão apoiados.
Materiais compósitos particulados, baseados em uma matriz de resina epóxi com
incorporação de pó de granito ou pó de sílica, foram usados como base de máquinas
ferramentas e máquinas de medição por coordenadas. Estes compósitos vêm
substituindo gradualmente o ferro fundido, sendo que suas maiores vantagens são o
menor coeficiente de expansão térmica, o menor peso e as excelentes características
de amortecimento de vibrações. Estudos foram desenvolvidos embasados nos
objetivos de investigar o efeito das variáveis do processamento de compósitos
particulados constituídos por uma matriz polimérica de resina epóxi, onde as
quantidades variaram entre 15 e 30% em peso e, por uma fase cerâmica composta
por partículas de granito. Ensaios mecânicos foram realizados para verificar o efeito
das variáveis de processamento. Propriedades mecânicas como a resistência à
compressão e o módulo de elasticidade foram determinadas, junto com a densidade e
o coeficiente de expansão térmica linear. Os resultados dos estudos mostraram que os
efeitos da absorção de umidade e o elevado custo foram reduzidos minimizando a
porcentagem de resina do compósito, sendo que as suas implicações no
30
processamento do material são discutidas. O melhor desempenho estrutural foi
observado para os compósitos com 20% em peso de resina epóxi e 80% em peso de
granito. As propriedades físicas estimadas, densidade e coeficiente de expansão
térmica linear, apresentaram valores reduzidos e próximos aos da literatura, indicando
adequação do material a aplicações em máquinas cujos componentes necessitam de
precisão dimensional e peso reduzido.
Segundo LINTZ (2003) os compósitos poliméricos particulados, também
conhecidos por concreto polimérico são formados pela polimerização de uma mistura
de monômeros e agregados. Este material foi utilizado pela primeira vez no começo
dos anos 50 como granito sintético nos Estados Unidos. Na década de 60 foi
desenvolvido na Alemanha o concreto polimérico aplicado em reparos estruturais.
Entretanto este material passou a ser largamente empregado a partir de 1970 nos
Estados Unidos na fabricação de pré-moldados e em reparos de concreto de cimento
portland.
Atualmente os compósitos poliméricos particulados são utilizados na
construção de elementos estruturais, estruturas subterrâneas e submersas,
componentes estruturais em forma de sanduíche, painéis de parede suscetíveis a
abalos sísmicos e vento, abóbada subterrânea que resiste a pressão lateral do solo,
retenção de lixos radioativos, camadas de pavimentação e tabuleiros de pontes,
amortecedores de vibrações, bases de máquinas, componentes de máquinas-
ferramenta sujeitas a grande variação de carregamento, e dormentes de estradas de
ferro submetidos a cargas dinâmicas e estáticas.
Segundo ACI 548.6R (1996), GNAUCK (1992) e ITTNER et al. (2000) os
polímeros mais utilizados em compósitos poliméricos particulados são: metacrilatos,
epóxi, furfurol, estireno, trimetilpropano de trimetacrilato, poliéster insaturado e éster
de vinila. A produção de compósitos poliméricos particulados é feita pela mistura de
um ou mais monômeros na forma líquida ao sistema de agregados. Aceleradores e
catalisadores de polimerização são empregados na mistura para completar a
polimerização dos monômeros. Os agregados mais utilizados são: areia silicosa,
granito, mármore, cascalho de rio, basalto, cinzas volantes, carbonato de cálcio e pó
de sílica.
LINTZ (2003) estudou que vários concretos poliméricos (compósitos) em
função de seus aglomerantes, apresentam propriedades específicas. A Tabela 2.1
apresenta as propriedades mais comuns para diferentes concretos poliméricos
(compósitos), estudados por LINTZ (2003).
31
Tabela 2.1. Propriedades de diferentes concretos poliméricos (compósitos)
Propriedades
Aglomerantes
Metacrilato Epóxi Furano Poliéster
- Estireno
Éster de
vinila
Consumo em peso (%) 6 a 12 20 - 8 a 18 7
Resistência a flexão (MPa) 8 a 62 17 a 34 21 a 24 28 a 59 17 a 149
Resistência a compressão
(MPa)
70 a 140 59 a 120 62 a 102 70 a 140 62 a 110
Resistência a tração
(MPa)
8 a 14 9 a 24 9,6 a 14 11 a 70 10 a 90
Resistência ao
cisalhamento (MPa)
26 - - 2 -
Densidade (Kg/m
3
) 2388 2180 a 2596 - - 2404
Retração (%) 1,5 a 5,0 0,02 a 0,2 0,1 a 0,2 0,3 a 3 -
Fonte: LINTZ (2003).
AIGUEIRA et al. (2006) desenvolveram compósitos cuja matriz ligante foi a
resina poliéster, com partículas abrasivas SiC (carbeto de silício) com tamanhos de
grão por volta de 23 µm dispersas, nos teores de 5, 10, 20, 30, 40, 50% em peso.
Estes compósitos foram utilizados em equipamentos (coroa) para serem empregados
em polimento de rochas ornamentais e comparados com os compósito cimento
magnesiano (SOREL)-SiC, que são os mais empregados neste tipo de operação. Os
resultados dos testes dos compósitos submetidos ao desgaste, dentre os compósitos
poliéster-SiC produzidos, as amostras que apresentaram melhores resultados foram
as que possuem 50% em peso de SiC. Estas superaram em 5 vezes as amostras de
SOREL-SiC no desempenho de abrasão, porém as mesmas apresentaram um
resultado 4,6 vezes maior em termos de perda de massa, mostrando que o
desempenho global entre os materiais foram similares.
DIEZ (2006) aplicou ¼ de resina poliéster pré-acelerada com ¾ de pó de
granito e catalisador, no desenvolvimento de esculturas pelo método de vazamento.
No processo foi utilizado um molde de silicone e as etapas de vibração, para
assentamento das partículas de granito e vácuo para a eliminação das bolhas de ar no
compósito. Para melhoria do aspecto superficial dos produtos (esculturas) foi aplicado
um verniz com base em poliuretano. Os resultados foram excelentes onde o autor
comenta que as características do produto dependem dos tamanhos das partículas e
do tipo de polímeros para os produtos sintéticos terem as características e aspectos
superficiais idênticos aos materiais tipo rochas naturais. Este método de
desenvolvimento possibilitou a fabricação de pranchas sintéticas com grandes
espessuras onde o escultor pode dar formas a este material pelos métodos de cortes,
torneamento e fresa.
Segundo comenta a Patente do inventor SAKAI (2000), o desenvolvimento de
pedras sintéticas tem como princípio o método convencional, que é baseado na
32
quebra e/ou moagem de pequenas partículas de rochas e posteriormente misturadas
estas com carbonato de cálcio e resina, formando a união destes componentes em
uma superfície dura. Especificamente SAKAI (2000) referencia a Patente Japonesa Nº
S61-101,443, que descobriu o método de obter uma pedra artificial, a qual é feita pela
mistura de pequenas partículas de pedra e resina, injetadas em um molde sob ação de
vácuo. Após a cura a mistura moldada sofre cortes formando as lages.
Outro método, que SAKAI (2000) referencia é a Patente Japonesa Nº S53-
24,447, que descreve a fabricação de pedras sintéticas misturando as partículas
inorgânicas e o componente orgânico, sendo estes colocado em um molde, e agindo
sobre a mistura uma pressão necessária até a formação da superfície dura.
SAKAI (2000) em sua Patente utiliza os métodos de compressão e injeção da
mistura (compósito) para o desenvolvimento de pedras sintéticas. Os materiais
naturais que fazem parte das pedras sintéticas são classificados em componentes: a)
o primeiro componente é uma fina partícula inorgânica contendo tamanho entre 10 à
70 mesh que é o principal componente da pedra sintética. As partículas finas
inorgânicas são de sílica, feldspato, mica e outros minerais naturais como granito e
pedras metamórficas, a cerâmica, o vidro e metal; b) o segundo componente é a micro
partícula contendo tamanho abaixo de 100 mesh. Estas micropartículas são o
carbonato de cálcio, óxido de alumínio e outros; c) o terceiro componente é a resina
polimérica como a acrílica e poliéster insaturada.
As finas partículas exercem o efeito principal de aparência e propriedades
físicas das pedras artificiais. Particularmente estas partículas junto com os outros
componentes conferem o padrão da cor do produto. As micropartículas têm a função
de penetrar entre as finas partículas para garantir o preenchimento dos espaços
vazios. A razão de peso das finas partículas em relação as micro partículas estão
entre as faixas de 0,5:1,0 à 5,0:1. A alta razão de partículas finas de pedras naturais,
formam produtos com aspectos diferentes das pedras naturais, onde apresentam
baixas propriedades físicas. O uso de alta razão de micropartículas causa o
inconveniente do baixo brilho da superfície do produto, porém alta dureza. Então a
razão das finas partículas e micro partículas é limitada na faixa de 85% em peso
sendo preferencial acima de 90% em peso. Com a razão de mais de 95% em peso o
produto torna-se brilhoso e com alta dureza. Com a razão abaixo de 85% em peso, o
produto é flexível o qual é impossível ter as propriedades de uma pedra. Isto significa
dizer que a resina não deveria estar presente no compósito com mais de 15% em
peso. A quantidade correta de resina deveria estar na faixa de 3 à 10% em peso
(SAKAI, 2000).
33
O acabamento das pedras sintéticas é constituído por uma camada de um
componente de finas partículas cobrindo a superfície da pedra, podendo ser à base de
resinas (acrílica ou poliéster) ou uma substância inorgânica como vidro ou cerâmica
por um processo de fritas. Estas camadas giram em torno de 5,0 a 50,0 µm (SAKAI,
2000).
2.3 RECICLAGEM
A reciclagem é o conjunto de técnicas cuja finalidade é aproveitar detritos e
rejeitos e reintegra-los no ciclo de produção. Independente do tipo, a reciclagem de
resíduos apresenta vantagens em relação à utilização de recursos naturais (materiais
virgens), nos quais se tem ganhado na redução do consumo de energia, diminuição do
volume de extração de matérias-primas, menores emissões de poluentes e ganho na
saúde e segurança da população. A preservação dos recursos naturais é a maior
vantagem da reciclagem, prolongando a vida útil e minimizando a destruição da flora e
fauna (MENEZES et al.,2002).
Segundo MACHADO et al. (2002) no contexto da reciclagem, é importante a
correta definição de termos como: resíduo, rejeito e subproduto. O termo resíduo é
utilizado para designar o que resta de um processo produtivo e quando não existe
aplicação para o mesmo, tem-se o que se chama rejeito. Mas, desde que se conheça
uma aplicação para os resíduos, os mesmos passam a ser classificado como
subprodutos. Do ponto de vista ecológico, a reciclagem é uma forma de minimizar os
inconvenientes que a deposição ou estocagem de resíduos causa à comunidade e as
empresas geradoras.
2.3.1 Necessidade de uma Metodologia para a Reciclagem
De forma geral, os estudos sobre reciclagem de resíduos se limitam a
aspectos do desenvolvimento técnico do material e, felizmente com maior freqüência,
a analisar os impactos ambientais do processo. Porém, a ênfase da viabilidade do
mercado é com o compromisso da eficácia da reciclagem, pois os benefícios sociais
de um processo somente vão se realizar na sua totalidade se o novo produto
produzido gerar empregos, reduzir o volume de aterros, consumir resíduos em vez de
recursos naturais e evitar a contaminação do ambiente ou o comprometimento da
saúde da população. A viabilidade em um determinado mercado depende da
34
viabilidade econômica do processo, da estratégia de marketing adotada, da
adequação do produto às restrições legais locais e de sua aceitação pela sociedade.
Assim, o desenvolvimento de investigação no domínio de ciências dos materiais e
ambientais é fundamental, mas não suficiente. Conseqüentemente, um processo
metodológico de desenvolvimento de técnicas para reciclagem de resíduo com
resultados viáveis em determinado mercado é uma tarefa complexa, a qual envolve
conhecimentos de ciências de materiais, ambientais, de saúde, econômicas,
marketing, legais e sociais, além da avaliação de desempenho do produto em um
cenário de trabalho multidisciplinar (JOHN et al. 2003).
2.3.2 A Reciclagem como Desenvolvimento Sustentável
Segundo GRIJÓ et al. (2003) a busca ao desenvolvimento sustentável tem
como propósito emergente incentivar a mudança do comportamento da sociedade em
relação ao lixo: não desperdiçar, separar, reduzir a geração e participar do processo
coletivo contemporâneo de sanear resíduos, reutilizando, reciclando, recriando,
recuperando, reaproveitando e multiplicando entre as pessoas, a idéia de que os
rejeitos ao serem beneficiados após o consumo poderão se transformar em matéria-
prima e resgatar seu valor econômico agregado novamente em uma cadeia produtiva
e econômica. No Brasil, do total do lixo coletado, apenas 14% tem destinação
adequada. O restante é depositado a céu aberto ou em cursos d’água (mais de
180.000 t/dia). Apenas 28% dos dejetos industriais no país são tratados. Uma
pesquisa realizada pela Associação Brasileira de Empresas de Tratamento de
Resíduos (ABETRE) revelou que dos 2,9 milhões de toneladas de resíduos industriais
gerados no Brasil, apenas 28% têm destino conhecido, ou seja, são tratados,
destinados e dispostos adequadamente, sem causar danos ao meio ambiente. Os
outros 72%, tem solução inadequada, o que acaba provocando sérias contaminações
no solo e nas águas subterrâneas. Comprovadamente o lixo mal deposto provoca
degradação irreversível dos recursos hídricos, transgressão paisagística polui o ar e o
solo, assorea rios e gera inundações. A gestão dos resíduos sólidos deveria ser pauta
principal na política de segurança das nações, levando-se em consideração que mais
de 5 bilhões de reais de materiais recicláveis são desperdiçados e enterrados por ano,
somente em nosso país e que 80% dos leitos hospitalares no país derivam da falta de
saneamento básico e uma deposição ineficiente dos descartes urbanos, rurais e
industriais.
35
A sinalização de tendências das linhas do desenvolvimento tecnológico e
produtivo para os dias atuais é a tomada de consciência de que o padrão de produção
e consumo dos recursos naturais não renováveis, engendrado pelo modelo de
industrialização do século passado, não é mais sustentável. Quais produtos
provocaram ou acentuaram o nível de degradação dos dias de hoje pouco importa, o
que conta é que atualmente já se tem noção de que os materiais produzidos a partir
de recursos minerais não renováveis são à base desse modelo. O aumento da
população, aliado ao modelo já insustentável de crescimento econômico intensivo em
energia e em materiais, exerceu forte pressão sobre os bens minerais e
conseqüentemente, sobre o equilíbrio ambiental do Planeta (MEDINA, 2006).
Partindo dos princípios de MEDINA (2006) a proposta do estudo deste
trabalho, que trata do desenvolvimento de pedras sintéticas, entre outras também
contempla a expectativa tecnológica no âmbito da reciclagem, que pode orientar a um
modelo sustentável para o desenvolvimento de novos materiais compósitos para o
setor de mineração da área de rochas ornamentais.
Durante a última década, a integração prática do conceito de
desenvolvimento sustentável tornou-se um dos maiores desafios para a nossa
sociedade. O atual modelo de crescimento econômico está intimamente vinculado aos
aspectos das ações ambientais industriais e fortemente condicionado ao esgotamento
dos recursos naturais. Portanto, torna-se imperativa a adoção de estratégias de
desenvolvimento industrial que contemplem alternativas tecnológicas tanto para
reduzir os impactos dos resíduos ao meio ambiente, quanto para preservar os
recursos naturais, sem comprometer o crescimento da atividade econômica.
Atualmente, a reciclagem de materiais constitui um dos mais importantes temas para
estudo, uma vez que envolve aspectos técnicos, econômicos e ambientais.
(MACHADO et al., 2002)
Segundo MEDINA (2006) o movimento de tomada de consciência ambiental,
surgido no final do século XX, mostrou um novo paradigma de produção e consumo
sustentável de materiais que deve se tornar um imperativo para o século XXI. Nesse
novo paradigma a reciclagem se apresenta como uma solução importante para
prolongar a vida dos recursos não renováveis. Critérios de reciclabilidade passam a
fazer parte da escolha de materiais para produtos e processos no desenvolvimento de
novos projetos industriais. Na linha da gestão da qualidade, a gestão ambiental passa
a ser normatizada e se torna fator de competitividade. Assim, a reciclagem passa a
fazer parte da gestão ambiental da produção, como destino final mais correto a ser
dado aos resíduos industriais, assim como aos componentes e produtos após vida útil.
36
A reciclagem de produtos após vida útil, pós-consumo, é, uma atividade
complexa, em termos técnicos e econômicos sociais além de nem sempre ser uma
solução sem riscos ambientais, apesar de ser altamente difundida dentre as propostas
de desenvolvimento sustentável. A reciclagem e o desenvolvimento sustentável têm
em comum o fato de ambos exigirem não apenas mudanças tecnológicas, mas,
sobretudo, mudanças de atitudes, tanto políticas como culturais. A associação desses
dois elos pressupõe mudanças radicais que vão constituir os patamares da construção
de um novo paradigma sócio-técnico e econômico onde um mercado de produtos
duráveis e recicláveis ocupará o lugar do atual mercado de consumo em massa de
produtos descartáveis MEDINA (2006).
MEDINA (2005) comenta que a maior vantagem da reciclagem é permitir
fechar o ciclo de vida dos materiais fazendo-os retornar a novos produtos, como
matéria-prima secundária, com grande economia de energia e de recursos naturais
primários. O desafio maior é acompanhar a evolução dos materiais para melhor
gerenciar seus ciclos de vida. Por outro lado, é necessário haver um desenvolvimento
articulado das técnicas e processos de tratamento de resíduos, separação e
reciclagem de produtos em fim de vida. Uma gestão sustentável dos materiais
envolveria, assim, uma intervenção no ciclo de vida dos materiais, tal como ele se
apresenta hoje, para buscar em cada etapa eliminar perdas, rejeitos, emissões etc, no
sentido de uma produção sem retornos ao meio ambiente. O ideal seria produzir em
um sistema fechado com reciclagem ao longo de todo o ciclo. O fluxo fechado de
materiais funcionaria na qual a extração de matérias primas primárias só ocorreria em
função de um aumento do nível geral de produção, pelo crescimento do mercado
mundial.
Partindo do ponto de vista de uma reciclagem racional, FORLIN et al. (2002)
destaca que seria uma abordagem integrada entre os processos de transformação das
matérias-primas, fabricação e ou beneficiamento do produto final, e sua funcionalidade
na conservação de produto.
Relacionados aos comentários anteriores, analisando a cadeia de
desenvolvimento de compósitos com resinas termofíxas (poliéster, acrílica) com carga
mineral (granito, mármore), que envolve a proposta deste trabalho, a rotatividade do
produto obtido por reciclagem permite a integração da reciclagem dos resíduos (sub-
produtos) oriundos da primeira reciclagem. Isto se deve ao fato que as resinas
termofixas têm a propriedade de aglomerar as cargas minerais e conseqüentemente é
viável unir minerais já envolvidos por resinas, devido a afinidade química com a nova
matriz polimérica, quando o produto sintético terminar sua vida útil.
37
2.3.3 Reaproveitamento de Rochas Naturais
O Brasil importa o mármore ou granito sintético a preços com elevado valor
agregado e somada a abundância de matérias-primas resultantes da lavra das rochas
naturais, começou em baixa escala produtiva, também o desenvolvimento da
reciclagem deste subproduto em produtos sintéticos. Do ponto de vista econômico, a
tecnologia da reciclagem de rochas naturais não é tarefa das mais difíceis
principalmente pelo fato do material ser abundante desperdiçado (considerado lixo) e
possuir as mais variadas aplicações (MACHADO et al., 2002)
Analisando este contexto do lixo de pedras naturais, percebe-se que a
indústria do setor mineral demonstra preocupações voltadas com as legislações do
meio ambiente, bem como para o desenvolvimento de novos materiais vinculados a
reciclagem.
As reciclagens de rejeitos de rochas ornamentais estão muito focadas na
incorporação de produtos cerâmicos (MOREIRA et al., 2003 e MOTHÉ et al., 2005). O
desenvolvimento de pedras sintéticas, compósitos com matriz polimérica, não é tão
incidente, levando-se em conta que estes resíduos na forma de pó ou grânulos podem
ser aplicados na confecção de pedras sintéticas.
Vários fabricantes de pedras sintéticas (compósitos) citam vantagens deste
produto. Entre as características técnicas comparativas podemos referenciar segundo
BRETON (2000) que em média as rochas sintéticas apresentam, por exemplo:
resistência à flexão de 632,22kgf/cm
2
, resistência à compressão de 2198,49kgf/cm
2
e
porcentagem de absorção de água de 0,02%. Em contrapartida CAESARSTONE
(2007) mostra que o granito natural (rosa fiorito) apresenta resistência à flexão de 134
kgf/cm
2
, resistência à compressão de 1921 kgf/cm
2
e porcentagem de absorção de
água de 0,33%.
A utilização dos rejeitos de materiais de pedras para o desenvolvimento de
rochas sintéticas, mostra vantagens comparada as pedras naturais nas características
técnicas mencionadas acima, bem como diminuir a quantidade de rejeito a ser
descartada na natureza, além de agregar valor a um resíduo indesejável, e possibilita
também a geração de novos empregos.
2.4 A PRODUÇÃO DE PEDRAS SINTÉTICAS
A indústria mineral do mármore e granito se dedica a exploração e
beneficiamento de rochas ornamentais desde a extração dos blocos em brutos das
38
minas, até o desdobramento dos mesmos em chapas semi-acabadas como; ladrilhos
para revestimento, colunas, esculturas, etc.
O granito sintético, segundo as empresas que mais se sobressaem no
desenvolvimento da pedra sintética e construção de equipamentos para a manufatura
deste produto, citados pela BRETON COMPANY (2006), COMPAC MARMOL E
QUARTZ (2006) e CAESARSTONE (2007), é um material maciço, impermeável, não
mancha, uma vez que impede a penetração de líquidos, mantendo-os apenas sobre a
sua superfície já que a resina serve não só para fazer a aderência entre as partículas
da rocha, mas penetra entre os seus interstícios (vazios ou poros) eliminando a
porosidade natural da pedra.
Entre as tecnologias patenteadas para o desenvolvimento de pedras
sintéticas destaca-se no mercado o processo que usa o método de vibra compressão
com vácuo, processo esse utilizado pela COMPAC MARMOL E QUARTZ (2006), que
enfoca o uso das tecnologias vibra compressão com vácuo com uma visão mais
detalhada do seu processo produtivo, mostrado na Figura 2.1. O processo é dividido
em fases, sendo que na fase 1, ocorre o recebimento da matéria-prima como: granito
(quartzo, feldspato). Nesta fase faz-se a moagem dos materiais e selecionam-se as
partículas nos tamanhos desejados.
39
Figura 2.1. Etapas de fabricação da pedra tecnológica (compósito de pedra),
desenvolvida pela Compac Marmol e Quartz company. Adaptado de COMPAC
MARMOL E QUARTZ (2006).
Na seqüência, na fase 2 ocorre a mistura dos componentes, com as
proporções corretas de resina polimérica, catalisadores e aditivos, para formar o
40
compósito de pedra. Também é realizada nesta etapa a dosagem, em moldes, da
quantidade do compósito para a formação dos blocos de pedra sintéticos.
Continuando o processo, na fase 3 é realizado o acondicionamento do
material nos moldes conforme dimensões dos blocos e transportado para a fase 4,
onde ocorre a vibro compressão a vácuo para a determinação do bloco de composto
de pedra. Em seguida na fase 5 o bloco de composto de pedra (laje) é acondicionado
por aproximadamente 45 minutos em forno para realização da cura da resina
polimérica, garantindo as propriedades exigidas do produto final. Em paralelo na etapa
6 ocorre a limpeza e preparação dos moldes para retornar a linha de produção. Na
etapa 7 acontece a cura final dos blocos de pedra em composto polimérico por um
tempo de 48 horas, e também o acabamento para definir a uniformidade de espessura
do produto. Já na fase 8 ocorre o corte com disco de diamante, dos blocos conforme
especificações dos produtos. Na fase 9 faz-se a inspeção final e encaminha-se para a
fase 10 para embalagens e expedição.
De modo geral a fase 4 é uma das etapas importantes do processo, mas
depende fundamentalmente da fase 1 em que se dá a moagem dos minerais, ou seja,
a necessidade de granulometrias diferenciadas dentro da faixa de 0,1mm a 6mm,
onde garantem o preenchimento por completo dos interstícios, ou seja, os vazios
provocados entre duas ou mais pedras de grandes dimensões juntas no momento da
vibro compressão, como pode ser observado na Figura 2.2.
Figura 2.2. Etapa de compactação por vibra compressão a vácuo, mostrando as
pequenas partículas acomodando-se entre as grandes partículas. Adaptado de
CAESARSTONE (2007).
41
2.5 CARACTERÍSTICAS E PROPRIEDADES DOS COMPÓSITOS DE PEDRA COM
POLÍMERO
Segundo estudos da CAESARSTONE (2007), baseados nos testes de
ensaios especificados para pedras sintéticas desenvolvidas por BRETON COMPANY
(2006), a empresa procura atender as especificações conforme Tabela 2.2.
Tabela 2.2. Especificações técnicas de pedras sintéticas.
Testes Executados
Normas
Resultados
Tensão de flexão DIN 52112 515 Kgf/cm
2
Absorção de água DIN 52103 0,02%
Manchas/Resistência a ácidos ASTM D-2299 Não afetado
Característica da superfície em
chama
ASTM E-84
Chama índice 10
Densidade da fumaça
195
Tensão de Compressão DIN 52105 2200 Kgf/cm
2
Congelamento/Descongelamento
DIN 52104 2082 Kgf/cm
2
(Após 25 ciclos)
Tensão de Impacto D.M. 2234 135 cm
Densidade Não especificou norma 2,4459 g/cm
3
Fonte: CAESARSTONE (2007).
A Tabela 2.3, mostra as principais características das pedras sintéticas
desenvolvidas pelo fabricante CAESARSTONE (2007).
Tabela 2.3. Comparações entre as pedras sintéticas sobre as pedras naturais.
Adaptado de CAESARSTONE (2007).
Dados
analisados e
normas
aplicadas
Tensão
de
Flexão
(Kgf/cm
2
)
Teste de
impacto
(cm)
Absorção de
água
(%)
Tensão de
compressão
(Kgf/cm
2
)
Tensão de
compressão ao
congelamento
(Kgf/cm
2
)
Após 25 ciclos
CaesarStone 515 135 0,02 2200 2082
Mármore
(Botticino)
60 29 0,55 2161 2082
Granito
(Rosa Fiorito)
134 61 0,33 1921 1906
DIN Standard 52112 2234 52103 52105 52104
Comparações médias entre as pedras sintéticas da CaesarStone versus mármore e granito
natural
CaesarStone
vs.
Mármore
8,5
vezes
maior
4,6
vezes
maior
27,5
vezes
menos
Em média
são
iguais
Em média
são
iguais
CaesarStone
vs.
Granito
3,8
vezes
maior
2,2
vezes
maior
16,5
vezes
menos
1,1
vezes
maior
1,1
vezes
maior
42
2.6 DURABILIDADE DOS POLÍMEROS
2.6.1 Degradação Por Radiação Ultravioleta
Nosso estudo do desenvolvimento de compósitos (pedras sintéticas) faz a
utilização de resina acrílica onde os componentes são orgânicos. Dependendo das
condições de exposição deste produto a luz solar, acredita-se que algumas
características como cor, textura e condições físicas podem ser alteradas. Pretende-se
verificar as influências sofridas pelos compósitos (pedras sintéticas) comparadas com
pedras naturais expostas ou não a radiação ultravioleta.
DE PAOLI (1982) comenta que a maioria dos materiais plásticos são
sensíveis ao intemperismos, processo onde a ação da luz solar e o oxigênio são
incidentes. Uma das radiações a luz solar é a ultravioleta. Estas radiações provocam
excitações moleculares em compostos orgânicos, onde as reações químicas podem
ser aceleradas pelo efeito da temperatura causada pelo aquecimento solar. As
avaliações dos efeitos podem ser realizadas por várias técnicas, como os ensaios de
exposição natural e acelerado, entretanto a complexidade do processo de degradação
dos polímeros limita conclusões generalizadas.
WHITE et al. (1994) destacam que não existe uma definição formal para o
termo “correlação” em envelhecimento, ou seja, correlação entre exposição natural e
acelerada. É assumido que não existe na realidade correlação entre resultados de
exposição ao intemperismo natural e acelerado na forma de relação quantitativa, mas
sim observação de tendências semelhantes. É evidente que uma série de mecanismos
que ocorrem no processo de envelhecimento natural dos materiais não é reproduzida
nas condições aceleradas. Deste modo, ensaios de exposição ao intemperismo
acelerado devem somente ser considerados como indicativo grosseiro do
comportamento do material em condições de uso naturais, permitindo a seleção de
formulações mais adequadas, porém impossibilitando a predição da vida útil do
mesmo.
2.7 ESPECTRO DA RADIAÇÃO SOLAR
Conforme TORRES et al. (2005), a luz solar consiste de radiações
classificadas pelo espectro eletromagnético, que compreendem os raios cósmicos,
raios gamas, os raios X, o ultravioleta (UV), a luz visível, o infravermelho (IV), as
microondas, asondas de rádio e as ondas elétricas.
43
Segundo MOTTA et al. (2002) a radiação solar que atinge as camadas mais
exteriores da atmosfera terrestre possui espectro contínuo entre 0,7 e 3.000 nm.
Entretanto, ao passar pelas diversas camadas da atmosfera, somente uma parte deste
espectro atinge a superfície terrestre, notadamente acima de 290 – 300 nm. A Tabela
2.4 mostra a distribuição espectral média da radiação solar que atinge a superfície
terrestre. Observa-se a partir destes dados que somente 6% da radiação incidente na
superfície terrestre encontram-se dentro da faixa do ultravioleta, sendo esta pequena
porção do espectro solar a responsável pelos processos degradativos sofridos pelos
polímeros comerciais.
Tabela 2.4. Intensidade de radiação global.
Fonte: MOTTA et al. (2002)
44
Segundo CORRÊA (2003) quando a R-UV atinge a superfície da terra, a
mesma exerce vários efeitos sobre os seres vivos e materiais orgânicos, em função do
excesso e longo prazo de exposição, como: influências sobre o crescimento de
lavouras e frutos, produção de fitoplântons, os cânceres e mutações genéticas em
peixes e anfíbios, o desgaste e deterioração de tintas e polímeros. Nos seres humanos
causam queimaduras, envelhecimento precoce, dificuldades de respostas do sistema
imunológico, cataratas e diversos tipos de câncer de peles. Por outro lado à exposição
à R-UV é necessária para proporcionar efeitos benéficos como a síntese da vitamina
D
3
, fundamental para as funções osteoblástica e paratireóide.
45
3 MÉTODOS EXPERIMENTAIS
Ao longo desse capítulo faz-se uma abordagem sobre a metodologia
empregada para a obtenção dos resultados apresentados nesta dissertação de
mestrado. Primeiramente apresenta-se as especificações das resinas termofixas, das
pedras (naturais e sintéticas) e dos aditivos que foram utilizados. Na seqüência,
fluxogramas das etapas experimentais são mostrados para facilitar o entendimento de
cada fase do trabalho e, finalmente, faz-se uma breve descrição dos processos,
equipamentos e ensaios que foram utilizados durante a execução dos experimentos.
3.1 MATERIAIS EMPREGADOS
A Tabela 3.1 apresenta as especificações dos materais empregados, cedidas
pelos fornecedores.
Tabela 3.1. Especificações dos materiais.
Matéria-Prima Fornecedor Especificações
Resina termofixa poliéster orto-
tereftálica Arazyn®
CRE Indústria e Comércio* ver Apêndice A
Resina termofixa acrílica Polaris® Araquímica – AraAshaland** ver Apêndice B
Pedra natural tipo granito Caju Marmoraria Dalsasso Ltda* ---
Pedra natural tipo mármore Branco Marmoraria Dalsasso Ltda* ---
Pedra sintética Stellar Marina®
Especificaremos por Pedra 1
Marmoraria Schmidt*
Marca Sile Stone®, cód. 2007,
fabricante: Cosentino Latino
América S. L.***
Pedra sintética Azul Cielo®
Especificaremos Pedra 2
Marmoraria Schmidt*
Marca Sile Stone®, cód. 5001,
fabricante: Cosentino Latino
América S. L. ***
Estabilizante Ultravioleta Tinuvin®
123
Ind. Química Basf ver Apêndice C
Absorvedor Ultravioleta Tinuvin®
405
Ind. Química Basf ver Apêndice D
* localizado na cidade de Joinville, SC.
** localizado na cidade de Araçariguama, estado de São Paulo.
***
localizado na cidade de São Paulo, SP.
46
3.2 ETAPAS EXPERIMENTAIS
As Figuras 3.1, 3.2 e 3.3 apresentam fluxogramas das atividades
experimentais que foram realizadas com as resinas termofixas, as pedras naturais e
as pedras sintéticas. Na primeira etapa do trabalho (Figura 3.1) o objetivo foi estudar
as condições do processo de compressão para a produção do compósito resina
poliéster com a pedra natural Granito Caju, bem como as propriedades mecânicas de
resistência à flexão e compressão dos compósitos produzidos. A segunda etapa
(Figura 3.2) teve como objetivo a caracterização das pedras sintéticas – Pedra 1 e
Pedra 2 quanto ao tamanho de partícula, quantidade e tipo de resina termofixa
presente, ou seja, buscou-se um melhor conhecimento das características básicas das
pedras sintéticas comercializadas no mercado. Na terceira etapa (Figura 3.3) o
objetivo foi avaliar as propriedades mecânicas de compressão e flexão (antes e depois
da degradação através de exposição à radiação UV) e a taxa de absorção de umidade
do compósito de resina acrílica com as pedras naturais Granito Caju e Mármore
Branco. A quarta e última etapa do trabalho teve como objetivo estudar a viabilidade
econômica dos compósitos de resina termofixa com pedras naturais produzidos.
Figura 3.1. Etapas experimentais dos compósitos de Resina Poliéster com Granito
Caju.
Compósito
Resina Poliéster / Granito Caju
Obtenção do Granito Caju na
forma particulada com
granulometria controlada
Preparação dos compósitos Resina
Poliéster / Granito Caju via
processo de compressão
Caracterização dos compósitos
via ensaios mecânicos de
flex
ão e compressão
47
Figura 3.2. Etapas experimentais de caracterização das pedras sintéticas – Pedra 1 e
Pedra 2.
Figura 3.3. Etapas experimentais relativas aos compósitos de Resina Acrílica com
Granito Caju e com Mármore Branco.
Compósitos
Resina Acrílica / Granito Caju e
Resina Acrílica / Mármore Branco
Obtenção do Granito Caju e do
Mármore Branco na forma
particulada com granulometria
controlada
Preparação dos compósitos
Resina Acrílica / Granito Caju e
Resina Acrílica / Mármore Branco
via processo de compressão
Caracterização dos compósitos
via ensaios mecânicos de
compressão e flexão, absorção
de água e degrada
ção através de
radiação UV
Pedras sintéticas – Pedra 1 e Pedra 2
Caracterização da granulometria
das partículas minerais via
microscopia óptica em
analisador de imagem
Caracterização quantita
tiva do
teor de resina termofixa
presente na Pedra 1
via ensaio de teor de cinzas
Caracterização qualitativa
do tipo de resina termofixa
presente na Pedra 1
via ensaio de FTIR
Caracterização da distribuição
granulométrica das partículas
minerais da Pedra 1 via
peneirador mecânico
48
3.3 PREPARAÇÃO DOS COMPÓSITOS DE RESINA POLIÉSTER COM GRANITO
CAJU
3.3.1 Obtenção das Partículas de Granito Caju
O granito Caju foi escolhido como a pedra natural a ser utilizada na confecção
dos compósitos com resina poliéster devido ao grande volume de resíduos dessa
pedra presentes nas marmorarias de Joinville - SC. Constatou-se isso durante a coleta
dos retalhos de granito natural efetuada nas marmorarias.
As granulometrias empregadas para as pedras sintéticas com granitos varia
de 0,1 a 6,0 mm (COMPAC MARMOL E QUARTZ, 2006). Baseado nesta informação
realizou-se a moagem dos rejeitos das pedras de granito Caju com o auxílio de
martelos e marretas, passando-as em uma peneira granulométrica de 4,75 mm e
posteriormente em uma peneira de 3,36 mm.
3.3.2 Obtenção dos Compósitos com resina poliéster via Processo de Compressão
Compósitos de resina poliéster com a pedra natural Granito Caju foram
preparados na forma de placas através do processo de compressão utilizando uma
prensa CIOLA LACIO (capacidade de pressão máxima igual a 100 toneladas). As
quantidades de resina presente nos compósitos foram de 8%, 10% e 15% (em
massa). A quantidade de 8% de resina foi baseada na Patente de SAKAI (2000). As
quantidades de 10% e 15% foram valores empíricos adotados para se verificar as
características dos compósitos de acordo com as variações da quantidade de resina.
Foi utilizado 600 g de granito Caju (partículas que passaram pela peneira de
4,75mm) para a produção de cada amostra de compósito com resina poliéster
(quantidade necessária para garantir o completo preenchimento da cavidade do
molde). Variações nas pressões de compressão (de 10 até 80 toneladas) também
foram realizadas, pois durante essa primeira etapa, o objetivo principal era
compreender o processo com relação à manipulação dos parâmetros (pressões de
compactação, mecanismos do molde, agilidade na extração dos moldados e manuseio
dos ingredientes das formulações dos compósitos).
A preparação dos compósitos ocorreu da seguinte forma: (1) em um copo de
Becker, adicionava-se o catalisador MEK (Metil-etil-cetona) sobre a resina poliéster
(1,5 mL de MEK para cada 100g de resina, segundo recomendação do fornecedor da
resina); (2) misturava-se manualmente a resina com o catalisador até a mistura ficar
49
homogênea; (3) adicionava-se a mistura resina com catalisador ao granito Caju e
efetuava-se a mistura desses três componentes até se notar a total umectação das
partículas de granito; (4) colocava-se a mistura num molde cilíndrico já posicionado na
prensa CIOLA e fazia-se a compressão por 60 minutos; (5) os compósitos (na forma
de placas cilíndricas) eram extraídos do molde e ficavam condicionados em estufa de
ar circulante marca FANEM – MOD 320 - SE por 24 horas a 90ºC para garantir a
completa cura da resina poliéster.
Corpos de prova para os ensaios mecânicos de resistência à compressão e
flexão foram obtidos através de corte e polimento das placas dos compósitos de resina
poliéster com granito Caju. As dimensões dos corpos de prova seguiram as
especificações recomendadas pelas normas ISO 178 (flexão) e ABNT NBR 12767
(compressão)
3.4 PREPARAÇÃO DOS COMPÓSITOS DE RESINA ACRÍLICA COM GRANITO
CAJU
3.4.1 Obtenção das Partículas de Granito Caju
Após a análise da distribuição granulométrica das partículas minerais
existentes na pedra sintética – Pedra 1, procurou-se obter as partículas de granito
Caju com similar distribuição granulométrica.
O procedimento para obtenção das partículas de granito Caju para a
produção de compósitos com resina acrílica ocorreu, inicialmente, através do uso de
martelos e marretas, quebrando as placas de rejeitos de granito fornecidas pela
marmoraria. As partículas obtidas dessa quebra inicial foram separadas por peneiras
com diferentes faixas granulométricas (Tabela 3.2). Entretanto, essa quebra manual
era um processo muito lento e desgastante. Dessa forma, optou-se por agilizar o
processo de moagem das partículas menores que 0,59 mm através de um moinho de
bolas marca CERTECH – MOD. CT.
3.4.2 Obtenção dos Compósitos com Resina Acrílica via Processo de Compressão
Compósitos de resina acrílica com a pedra natural granito Caju foram
preparados na forma de placas através do processo de compressão usando a prensa
CIOLA LACIO (capacidade de pressão máxima igual a 100 toneladas).
50
Tabela 3.2.
Distribuição granulométrica das partículas de granito Caju para serem
utilizadas nos compósitos com resina acrílica.
Granulometria Quantidade (% em massa)
Partículas maiores que 0,074 mm e menores que 0,59 mm 55
Partículas maiores de 0,59 mm e menores que 0,84 mm 15
Partículas maiores que 0,84 mm e menores que 1,68 mm 30
Total 100
Para cada placa de compósito a ser produzida, utilizou-se uma massa de
600g da pedra granito Caju (de acordo com a capacidade do molde) e força de
fechamento da prensa de 40 toneladas (pois essa força forneceu melhores resultados
nos estudos do compósito resina poliéster com granito Caju, onde as pressões de
compressão foram variadas), gerando uma pressão de compactação de 246 kgf/cm
2
sobre as partículas. As quantidades mássicas de resina acrílica foram 8%, 10% e
12%. A quantidade mássica de 8% foi utilizada de acordo com experimento da
confecção de compósitos de resina poliéster com Granito Caju. As quantidades
mássicas de 10% e 12% foram valores empíricos adotados para se verificar as
características do compósito de acordo com as variações da quantidade de resina.
Quantidades de estabilizantes e absorvedores de luz ultravioleta (TINUVIN®
123 e 405, respectivamente) também foram adicionadas às formulações. A Tabela 3.3
apresenta a descrição dessas formulações utilizadas para a confecção de nove
compósitos de resina acrílica com granito Caju.
O procedimento para a confecção desses nove compósitos seguiu as etapas:
(1) secagem das partículas de granito Caju em estufa marca FANEM – MOD 320 - SE;
(2) pesagem dos componentes do compósito; (3) incorporação da resina, aditivos e
catalisador MEK (metil-etil-cetona) ao mineral granito (1,5 mL de MEK para cada 100g
de resina, segundo recomendação do fornecedor da resina); (4) mistura manual de
todos os componentes; (5) carregamento do molde com a mistura; (6) compressão do
compósito utilizando 40 toneladas de força de fechamento por 60 minutos (etapa de
cura), com exceção do Compósito-2 que sofreu compressão de 30 minutos, pois
houve interrupção do processo por erro de alteração de comando da prensa,
provocando a abertura da mesma antes do tempo de 60 minutos.
Após a extração dos compósitos do molde, os mesmos foram condicionados
em estufa de circulação de ar marca FANEM – MOD 320 - SE por um período de 24
horas a uma temperatura de 90ºC, cujo objetivo foi de complementar a cura da resina
acrílica.
51
Tabela 3.3.
Formulações dos compósitos de resina acrílica com granito Caju.
Compósito-1 Massa (g) Compósito-2 Massa (g) Compósito-3 Massa (g)
88% de granito 600,0 88% de granito 600,0 88% de granito 600,0
12% de resina 81,8 12% de resina 81,8 12% de resina 81,8
Tinuvin® 123 (0,0%) 0,0 Tinuvin® 123 (0,5%) 0,4 Tinuvin® 123 (2,0%) 1,6
Tinuvin® 405 (0,0%) 0,0 Tinuvin® 405 (1,0%) 0,8 Tinuvin® 405 (3,0%) 2,5
Massa do compósito 681,8 Massa do compósito 683,0 Massa do compósito 685,9
Mcac 655,6 Mcac 655,6 Mcac 655,6
Mppc 26,2 Mppc 27,4 Mppc 30,3
Mfrc 55,60 Mfrc 54,37 Mfrc 51,51
%Mfrc 8,48% %Mfrc 8,29% %Mfrc 7,86%
Compósito-4 Massa (g) Compósito-5 Massa (g) Compósito-6 Massa (g)
90% de granito 600,0 90% de granito 600,0 90% de granito 600,0
10% de resina 66,7 10% de resina 66,7 10% de resina 66,7
Tinuvin 123 (0,0%) 0,0 Tinuvin 123 (0,5%) 0,3 Tinuvin 123 (2,0%) 1,3
Tinuvin 405 (0,0%) 0,0 Tinuvin 405 (1,0%) 0,7 Tinuvin 405 (3,0%) 2,0
Massa do compósito 666,7 Massa do compósito 667,7 Massa do compósito 670,0
Mcac 652,87 Mcac 652,58 Mcac 642,43
Mppc 13,8 Mppc 15,1 Mppc 27,6
Mfrc 52,87 Mfrc 51,58 Mfrc 39,10
%Mfrc 8,10% %Mfrc 7,90% %Mfrc 6,09%
Compósito-7 Massa (g) Compósito-8 Massa (g) Compósito-9 Massa (g)
92% de granito 600,0 92% de granito 600,0 92% de granito 600,0
8% de resina 52,2 8% de resina 52,2 8% de resina 52,2
Tinuvin 123 (0,0%) 0,0 Tinuvin 123 (0,5%) 0,3 Tinuvin 123 (2,0%) 1,0
Tinuvin 405 (0,0%) 0,0 Tinuvin 405 (1,0%) 0,5 Tinuvin 405 (3,0%) 1,6
Massa do compósito 652,2 Massa do compósito 653,0 Massa do compósito 654,8
Mcac 635,07 Mcac 639,26 Mcac 638,01
Mppc 17,1 Mppc 13,7 Mppc 16,8
Mfrc 35,07 Mfrc 38,48 Mfrc 35,40
%Mfrc 5,52% %Mfrc 6,02% %Mfrc 5,55%
Mcac = massa do compósito após cura
Mppc = massa perdida no processamento do compósito
Mfrc = massa final de resina no compósito
%Mfrc = percentual de massa final de resina no compósito
Para a determinação do percentual de massa final de resina que continha no
compósito (%Mfrc) as Equações 3.1, 3.2 e 3.3 foram empregadas:
)Mcac(MrgaMppc
∑
−=
(3.1)
Mppc-MrMfrc
=
(3.2)
52
frcMfrc____%M
compósito no resina de 00%Mcac_____1
(3.3)
onde:
Mppc = massa perdida no processamento do compósito
Mrga = massa da resina, granito e aditivos
Mcac = massa do compósito após cura
Mfrc = massa final de resina no compósito
Mr = massa da resina aplicada na confecção da pedra
%Mfrc = percentual de massa final de resina no compósito
Corpos de prova para os ensaios mecânicos de resistência à compressão e
flexão foram obtidos através de corte e polimento das placas dos compósitos de resina
acrílica com granito Caju. As dimensões dos corpos de prova seguiram as
especificações recomendadas pelas normas ISO 178 (flexão) e ABNT NBR 12767
(compressão). Além disso, foram realizados também os ensaios de absorção de água
(segundo a norma ASTM D 570) e degradação através de radiação UV em câmara de
envelhecimento acelerado, conforme norma ANSI/ASTM G 26-77 (método C).
3.5 PREPARAÇÃO DOS COMPÓSITOS DE RESINA ACRÍLICA COM MÁRMORE
3.5.1 Obtenção das Partículas de Mármore Branco
O procedimento para obtenção das partículas de mármore Branco para a
produção de compósitos com resina acrílica ocorreu, inicialmente, através do uso de
martelos e marretas, quebrando as placas de mármore fornecidas pela marmoraria.
Após essa etapa, através do Peneirador Mecânico GF Tipo PFA, uma distribuição
granulométrica foi realizada. No processo de obtenção das partículas percebeu-se que
o comportamento de quebra das partículas era diferente do granito caju, ou seja, as
partículas ficavam com suas dimensões mais homogêneas. Desta forma, fez-se o
ensaio de distribuição granulométrica em um Peneirador Mecânico Vibratório GF-PFA,
com os minerais resultantes da moagem, sendo que esta foi a características da
variação granulométrica empregada nas formulações dos compósitos com resina
acrílica. A Tabela 4.9 e Figura 4.28 apresentadas no capítulo 4 mostram a distribuição
granulométrica das partículas do mineral mármore tipo Branco que resultaram do
53
processo de quebra (moagem). Distribuição esta empregada na confecção dos
compósitos.
3.5.2 Obtenção dos Compósitos via Processo de Compressão
No desenvolvimento dos compósitos de resina acrílica com o mineral
mármore, as quantidades mássicas de resina empregadas (10% e 15% em relação ao
peso do moldado) foram baseadas nas proporções que foram aplicadas nos
compósitos de resina acrílica com o mineral granito Caju.
As etapas de produção dos seis compósitos de resina acrílica com o mineral
mármore Branco foram idênticas as realizadas na preparação dos compósitos de
resina acrílica com granito Caju. A Tabela 3.4 apresenta as formulações aplicadas na
confecção desses compósitos.
Para a determinação do percentual de massa final de resina que continha no
compósito (%Mfrc) as Equações 3.1, 3.2 e 3.3 também foram empregadas.
Tabela 3.4.
Formulações dos compósitos de resina acrílica com mármore branco.
Compósito-1 Massa (g) Compósito-2 Massa (g) Compósito-3 Massa (g)
85% de mármore 600,0 85% de mármore 600,0 85% de mármore 600,0
15% de resina 105,8 15% de resina 105,8 15% de resina 105,8
Tinuvin 123 (0,0%) 0,0 Tinuvin 123 (0,5%) 0,53 Tinuvin 123 (2,0%) 2,12
Tinuvin 405 (0,0%) 0,0 Tinuvin 405 (1,0%) 1,06 Tinuvin 405 (3,0%) 3,17
Massa do compósito 705,8 Massa do compósito 707,4 Massa do compósito 711,1
Mcac 659,22 Mcac 661,88 Mcac 662,89
Mppc 46,6 Mppc 45,5 Mppc 48,2
Mfrc 59,22 Mfrc 60,29 Mfrc 57,60
%Mfrc 8,98 %Mfrc 9,11 %Mfrc 8,69
Compósito-4 Massa (g) Compósito-5 Massa (g) Compósito-6 Massa (g)
90% de mármore 600,0 90% de mármore 600,0 90% de mármore 600,0
10% de resina 66,7 10% de resina 66,7 10% de resina 66,7
Tinuvin 123 (0,0%) 0,0 Tinuvin 123 (0,5%) 0,33 Tinuvin 123 (2,0%) 1,33
Tinuvin 405 (0,0%) 0,0 Tinuvin 405 (1,0%) 0,67 Tinuvin 405 (3,0%) 2,00
Massa do compósito 666,7 Massa do compósito 667,7 Massa do compósito 670,0
Mcac 649,23 Mcac 651,23 Mcac 650,85
Mppc 17,5 Mppc 16,5 Mppc 19,2
Mfrc 49,23 Mfrc 50,23 Mfrc 47,52
%Mfrc 7,58 %Mfrc 7,71 %Mfrc 7,30
Mcac = massa do compósito após cura
Mppc = massa perdida no processamento do compósito
54
Mfrc = massa final de resina no compósito
%Mfrc = percentual de massa final de resina no compósito
3.6 ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO
3.6.1 Ensaio Mecânico de Resistência à Compressão
Os ensaios de compressão foram conduzidos em máquina universal de
ensaios Wolpert, segundo a norma da ABNT NBR 12767, utilizando-se célula de carga
de 20.000 kgf e velocidade ensaio de 10 mm/min. Para a obtenção da tensão máxima
de compressão, foi empregado 1 corpo de prova para cada composição de compósito
de resina Poliéster com granito Caju e, 3 corpos de provas para cada composição
mássica de resina Acrílica, antes da exposição destes a radiação ultravioleta e, voltou-
se a empregar 1 corpo de prova para cada composição de resina Acrílica, após a
exposição destes a radiação ultravioleta. A Figura 3.4 apresenta o rompimento de um
corpo de prova de compósito de resina com granito Caju através do ensaio de
compressão.
Figura 3.4.
Ensaio de resistência à compressão (corpo de prova sendo rompido).
3.6.2 Ensaio Mecânico de Resistência à Flexão
Os ensaios de resistência à flexão foram realizados de acordo com a norma
ISO 178, sendo que o método adotado foi o de flexão em 3 pontos (o corpo de prova
retangular ficava apoiado nas duas extremidades e recebia o esforço de flexão no
55
centro, conforme Figura 3.5). Tal ensaio foi conduzido em máquina universal de
ensaios Kratos, com célula de carga de 500 Kgf e velocidade de ensaio de 1 mm/min.
Para a obtenção da tensão máxima de flexão, foram empregados os mesmos números
de corpos de provas, conforme citados no item 3.6.1
Figura 3.5.
Ensaio de resistência à flexão em três pontos.
3.6.3 Ensaio de Microscopia Óptica
Com o objetivo de avaliar a variação granulométrica das partículas minerais
contidas nas pedras sintéticas – Pedra 1 e Pedra 2, para que essa variação
granulométrica pudesse ser um referencial a ser empregado nas formulações das
partículas de granito Caju e mármore utilizados na produção dos compósitos com
resina Acrílica, análises de microscopia óptica foram realizadas em Analisador de
Imagem Olympus BX 51 (modelo PL-A642).
Durante essas análises fizeram-se imagens das pedras sintéticas nas regiões
onde eram visíveis partículas com maiores granulometrias e nas regiões de partículas
com menores granulometrias, obtendo-se assim uma média entre as dimensões das
partículas encontradas. A distribuição granulométrica foi obtida da média de oito
campos (ou regiões) analisados onde se verificava em cada região seis partículas
aleatoriamente. Este procedimento é empregado no Laboratório de Materiais da
Sociesc, que é embasado nas normas ABNT – MB-1512 (1990) e ASTM E112 – 96
(2004).
56
3.6.4 Ensaio de Teor de Cinzas
Com o objetivo de determinar a quantidade de resina termofixa (polímero)
presente em pedras sintéticas, realizou-se o ensaio de teor de cinzas na Pedra 1. Tal
ensaio foi realizado em triplicada e com amostras de aproximadamente 60 g.
Cada amostra foi pesada em balança analítica Sartorius BA 02 (0,0001 g de
precisão) e colocada em cadinho de cerâmica. Os cadinhos foram levados para
queima em forno Mufla Callmex Q-318M24 (temperatura máxima de 1200°C) por 1,5
horas à 400ºC. Ao final dessa primeira queima, fez-se uma análise visual das
amostras no interior do cadinho e constatou-se que o polímero ainda estava presente.
Então, aumentou-se a temperatura para 600ºC, sendo que as amostras ficaram nessa
temperatura por 2 horas. Ao final dessa segunda queima, percebeu-se que os
minerais aparentavam-se soltos e limpos e que não havia mais polímero presente. Os
cadinhos com as amostras foram então resfriados em dessecador até a temperatura
ambiente. Calculou-se o teor de resina termofixa que estava presente na pedra
sintética através da diferença de massa que as amostras apresentaram antes e depois
da queima total. Os cálculos estão representados no Apêndice E.
3.6.5 Ensaio de Distribuição Granulométrica
As partículas minerais obtidas da pedra sintética – Pedra 1 (ao final do ensaio
de teor de cinzas) foram conduzidas para o ensaio de distribuição granulométrica em
um Peneirador Mecânico Vibratório GF-PFA, de acordo com a norma CEMP 081. O
objetivo desse ensaio foi classificar as dimensões das partículas minerais presentes
na pedra sintética - Pedra 1.
Efetuou-se a pesagem de cada uma das peneiras vazias (onze no total,
sendo a maior com malha de 3,36 mm (6 mesh) e a menor com malha de 0,053 mm
(270 mesh) e colocou-se cerca de 50 g de cada amostra na peneira superior e
manteve-se o peneirador vibrando por 15 min. Após o término do ensaio, as peneiras
foram pesadas com as partículas e obteve-se assim a quantidade de partículas
minerais presentes na pedra sintética – Pedra 1, de acordo com a variação
granulométrica das partículas.
57
3.6.6 Ensaio de Espectroscopia no Infravermelho por Transformada de Fourier
(FTIR)
Foi realizado FTIR nas resinas termofixas Poliéster, Acrílica e na pedra
sintética - Pedra 1. O objetivo de identificar as bandas características dos grupos
funcionais orgânicos, foi correlacionar tais agrupamentos com as estruturas
moleculares dessas resinas apresentadas na literatura, bem como, correlaciona-las
entre si para se ter assim uma noção do tipo de resina termofixa utilizada na
fabricação de pedras sintéticas.
As análises de FTIR foram executadas em equipamento Thermonicolet – IR
200 Spectrometer, modo absorbância, de 4000 a 450 cm
-1
. As amostras de resinas
foram preparadas na forma de pastilhas encapsuladas com brometo de potássio para
serem adaptadas ao equipamento de FTIR. Para a obtenção da amostra de resina
contida na pedra sintética – Pedra 1, fez-se uma raspagem da pedra procurando
coletar somente a parte da resina polimérica, procurando-se evitar partes minerais que
pudessem gerar contaminações.
3.6.7 Ensaio de absorção de água
Foi realizado ensaio de absorção de água em corpos de prova dos
compósitos de resina Acrílica com granito Caju e resina Acrílica com mármore Branco.
A norma utilizada foi a ASTM D 570, onde os corpos de provas dos compósitos foram
condicionados por 24 horas em uma estufa FANEM – MOD. 320-SE com temperatura
de 50 ± 3ºC. Após isso, os corpos de provas foram resfriados em dessecador e
pesados em balança analítica Sartorius BA 02 (0,0001g de precisão). Na seqüência,
os corpos de provas foram imersos em água destilada em temperatura de 23 ± 1ºC
por 24 horas e pesados novamente. O cálculo do percentual de absorção de água foi
efetuado através da Equação 3.4:
100
docondiciona CP do Massa
docondiciona CP do Massa - úmido CP do Massa
água de Absorção% x= (3.4)
Sendo: CP = corpo de prova
58
3.6.8 Ensaio de Degradação através de Radiação UV
Corpos de provas dos compósitos de resina Acrílica com granito Caju e resina
Acrílica com mármore Branco foram expostos à radiação ultravioleta (UV) num período
de 18 dias, de acordo com as condições estabelecidas pela norma ANSI/ASTM G 26-
77 (método C), em câmara de envelhecimento acelerado, com 8 lâmpadas UV,
desenvolvida pelo Lab. Eng. Química da UFSC.
Os corpos de provas colocados na câmara de envelhecimento acelerado por
radiação UV foram monitorados durante a permanência em seu interior, com
temperatura controlada em 63 ± 3ºC. Essas amostras de compósitos foram
fotografadas nos períodos de 1, 2, 3, 5, 10, 15, e 18 dias de degradação.
3.7 ESTUDO DE VIABILIDADE ECONÔMICA
3.7.1 Viabilidade Econômica de Compósitos com Resinas Termofixas com Mineral
Granito e Mármore
Para este estudo aplicaram-se informações obtidas de entrevistas com
fabricantes de produtos em mármores e granitos; marmoraria Dalsasso, marmoraria
Schmidt. Também distribuidores de matérias primas (resinas, aditivos, catalisadores)
CRE, empresas da cidade de Joinville-SC, Ara Química, cidade de Araçariguama,
estado de São Paulo. Neste estudo levou-se em consideração o desenvolvimento dos
Compósitos obedecendo ao processamento de chapas individuais e não blocos para
posteriormente serem cortadas por teares (casos que a maioria dos fabricantes de
pedras sintéticas como Europeus e Americanos usam em seus processos).
Para a determinação do valor aproximado adotamos a resina termofixa
Poliéster e não a resina Acrílica, fato este devido a resina Acrílica não ser
comercializada no Brasil. Por via das dúvidas (informação obtida por contato informal)
esta resina Acrílica poderia ter um acréscimo do custo comparado a Poliéster em torno
de 50% por quilograma. Outros materiais e operações, considerados para análises de
viabilidade econômica foram os aditivos de ultravioleta, catalisador, solução de
limpeza, energia consumida por uma prensa, estufa, misturador, o custo de três
homens na produção, o custo de rejeitos das pedras naturais, transporte e moagem
das mesmas, beneficiamento das pedras sintéticas e algumas perdas (supondo
controle de qualidade) e impostos.
59
Adotou-se para o cálculo total do custo do metro quadrado da pedra sintética
a seqüência das fases de produção:
a) Quantidade do mineral granito necessária para confeccionar 1m
3
de pedra sintética;
b) Determinação do número de pedras que podemos desenvolver em um bloco de
1m
3
;
c) Custos de moagem do metro cúbico do granito;
d) Custo da resina para 50 pedras;
e) Custo dos aditivos contra radiação ultravioleta;
f) Custo do catalisador;
g) Custo de material para limpeza (solução de limpeza), para molde, equipamentos e
outros acessórios;
h) Determinação do tempo de produção;
i) Custo de mão -de -obra;
j) Custo do consumo do equipamento prensa;
k) Custo do consumo do equipamento estufa;
l) Custo do consumo de um misturador;
m) Custo do beneficiamento;
n) Preço dos rejeitos de mármores e granitos;
o)Transporte dos rejeitos;
p) Custos de controle de qualidade;
q) Custos de retrabalhos;
r) Custo total da produção.
Após a estimativa de todos os cálculos fez-se uma análise com os
entrevistados anteriormente citados para verificar se as condições estavam dentro da
realidade industrial.
Os dados referentes aos estudos da viabilidade econômica estão
representados no Apêndice F.
60
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES
4.1 COMPÓSITOS DE RESINA POLIÉSTER COM GRANITO CAJU
4.1.1 Processamento por Compressão e Aparência Visual dos Compósitos
Com relação ao processamento dos compósitos via compressão, foi
observado que durante a fase de compressão da pedra sintética ocorreu quebra das
partículas maiores (acima de 3,36 mm), gerando um compósito sem uma suficiente
umectação da resina poliéster. Nesse caso, obteve-se o esfacelamento do compósito,
evidenciando fraca adesão entre as partículas minerais e a resina.
Durante a produção dos compósitos de resina poliéster com granito Caju,
percebeu-se que o excesso de força de fechamento utilizada para a compactação dos
componentes da mistura também causava quebra das partículas minerais, as quais
rompiam e ficavam visíveis, desprendendo-se do compósito. Dessa forma, os
melhores compósitos foram obtidos com força de fechamento de 40 toneladas, pois
abaixo desse valor os compósitos apresentaram baixa coesão entre as fases resina e
mineral, e acima desse valor, ocorreu à quebra das partículas e o esfacelamento do
compósito. De modo geral, os compósitos obtidos com força de fechamento de 40
toneladas e tempo de cura de 60 minutos ficaram com aparência similar ao granito
natural tipos Caju.
Quanto à aparência visual (estética), obteve-se um incremento do brilho dos
compósitos após o processo de polimento, o que elevou ainda mais a semelhança dos
compósitos, comparado com o granito Caju in natura (Figura 4.1).
Figura 4.1. Aparência visual dos compósitos de resina poliéster com granito Caju.
61
4.1.2 Ensaio Mecânico de Resistência à Compressão
Os resultados obtidos de resistência à compressão dos compósitos de resina
poliéster com granito Caju, bem como os resultados relativos ao granito natural, são
apresentados na Tabela 4.1 e Figura 4.2.
Tabela 4.1. Resistência à compressão dos compósitos de resina com granitos Caju
obtidos por compressão.
Quantidade mássica de resina no compósito e
dimensão das partículas
Força máxima
(kgf)
Área do CP
(cm
2
)
Tensão de
compressão
(kgf/cm²)
8% + partículas c/ granulometrias até 4,75 mm 4250 15,61 272
10% + partículas c/ granulometrias até 4,75 mm 13400 19,12 700
15% + partículas c/ granulomet. abaixo de 3,36 mm) 18200 15,49 1175
15% + partículas c/ granulometrias até 4,75 mm 16500 16,63 986
Granito natural tipo Caju 18000 27,53 654
272
700
1175
986
654
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
8% + pa rtículas c/
granulometrias a té
4,75 mm
10% + partículas c/
gra nulometrias até
4,75 mm
15% + partículas c/
granulometrias
abaxo de 3,36 mm
15% + partículas c/
gra nulometrias até
4,75 mm
G ranito natural tipo
C aju
T ens ão de C ompres s ão (kg f/c m
2
)
Figura 4.2. Resistência à compressão dos compósitos de resina poliéster com granito
Caju obtido por compressão.
Os resultados obtidos de resistência à compressão indicaram que no
compósito com 8% (em massa) de resina, essa quantidade foi insuficiente para unir
62
uniformemente as partículas minerais, não conseguindo penetrar nos interstícios
vazios, deixando o compósito com aparência porosa e pouco resistente. Percebeu-se
que ocorreu o esfacelamento desse compósito quando submetido a uma tensão de
compressão de 272 kgf/cm
2
.
No caso do compósito com 10% (em massa) de resina, acredita-se que a
resistência à compressão foi superior à do compósito com 8% de resina devido à
maior quantidade de resina poliéster, que proporcionou melhor adesão entre as
partículas minerais, reduzindo a porosidade, ou seja, preenchendo melhor os poros
entre essas partículas. Pode-se dizer que os defeitos entre as fases orgânicas e
inorgânicas do compósito foram reduzidos em função da maior quantidade do
polímero usada na formulação.
No compósito com formulação de 15% (em massa) de resina poliéster e
granulometria até 4,75 mm, obteve-se um aumento da resistência de compressão em
relação à formulação com 10% de resina. Esse resultado sugere que com o aumento
da área superficial das partículas o compósito suportou melhor o esforço de
compressão. Tal característica, associada a maior quantidade de resina (a qual
auxiliou no preenchimento dos espaços entre as partículas e garantiu a melhor
interação entre os componentes) produziu um compósito mais resistente à
compressão em relação aos compósitos com 8% e 10% de resina (em massa).
Entretanto, percebeu-se uma elevação do nível de porosidade, que pode ter ocorrido
devido as maiores dimensões das partículas de granito, o que facilitou à disposição da
formação dos interstícios entre as partículas minerais.
Obteve-se uma elevada resistência à compressão do compósito de 15% (em
massa) de resina e partículas com granulometrias abaixo de 3,36 mm. Tal compósito
suportou 1175 kgf/cm
2
de tensão de compressão sem apresentar trincas, apenas uma
leve deformação. Já o granito Caju natural apresentou trincas devido às discordâncias
e defeitos interfaciais dos cristais que apresentaram escorregamento e, na seqüência
se rompeu a uma tensão de compressão de 653 kgf/cm
2
. Tal resultado sugere que a
maior resistência à compressão do compósito com 15% (em massa) de resina foi
devido a melhor acomodação entre as partículas, gerando a característica da
formação de interstícios com penetração suficiente da resina, eliminando o máximo
possível de porosidade e, proporcionando maior quantidade de resina no compósito,
onde o meio contínuo do compósito (resina) resistiu mais intensamente às
deformações elásticas, devido à boa disposição da carga inorgânica (fase
descontínua) que agiu como componente estrutural, absorvendo parte da energia de
compressão (CALLISTER, 2002). Portanto a característica final do produto com maior
intensidade de resina possibilitou elevar a quantidade de cadeias poliméricas
63
reticuladas em torno das partículas minerais, que conseqüentemente, aumentou o
nível de energia englobando a fase mineral do compósito, proporcionando maior
resistência à compressão.
4.1.3 Ensaio Mecânico de Resistência à Flexão
Os resultados obtidos de resistência à flexão dos compósitos de resina
poliéster com granito Caju, bem como os resultados relativos ao granito natural, são
apresentados na Tabela 4.2 e Figura 4.3.
Tabela 4.2. Resistência à flexão dos compósitos de resina poliéster com granitos Caju
obtidos por compressão.
Quantidade mássica de resina no compósito e
dimensão das partículas
Força máxima
(kgf)
Tensão de
flexão (kgf/cm²)
8% + partículas c/ granulometrias até 4,75 mm 20,50 52
10% + partículas c/ granulometrias até 4,75 mm 27,50 58
15% + partículas c/ granulomet. abaixo de 3,36 mm) 30,00 112
15% + partículas c/ granulometrias até 4,75 mm 24,75 71
Granito natural do tipo granito rosa 79,23 79
52
58
112
71
79
0
20
40
60
80
100
120
8% + partículas c/
granulometrias até
4,75 mm
10% + partícula s c/
granulometrias até
4,75 mm
15% + partícula s c/
granulomet. abaixo
de 3,36 mm
15% + partícula s c/
granulometrias até
4,75 mm
G ranito natural tipo
C aju
T ens ão de F lexão (kg f/c m
2
)
Figura 4.3. Resistência à flexão dos compósitos de resina poliéster com granitos Caju
obtidos por compressão.
64
O compósito com 8% (em massa) de resina apresentou resultado regular em
relação à tensão de flexão comparado com o granito natural. Acredita-se que a
quantidade de 8% de resina permitiu à incidência de porosidades no compósito e,
conseqüentemente, menor a aglomeração entre as partículas. Tal comportamento
gerou um compósito frágil, que quebrou facilmente quando exposto ao esforço de
flexão. Comparado ao granito natural, esse compósito apresentou 34% menos
resistência à propriedade de tensão de flexão.
O compósito com 10% (em massa) de resina mostrou-se 27% menos
resistente à tensão de flexão em relação ao granito natural. Entretanto, esse
compósito foi 11% mais resistente do que o compósito com 8% (em massa) de resina.
O resultado indica que a quantidade de resina termofixa presente no compósito
influencia no comportamento mecânico de flexão. Percebeu-se que a maior
quantidade de resina melhora a aglomeração das partículas minerais no compósito e
diminui a porosidade, consequentemente maior resistência a deformação elástica
devido a maior consistência dos movimentos moleculares do meio contínuo (resina)
em respostas as tensões de flexão aplicadas.
No compósito com 15% (em massa) de resina e com granulometrias até 4,75
mm, constatou-se que com tal percentual de resina, o compósito ficou 10% menos
resistente que o granito natural. Porém, comparado ao compósito com 8% (em massa)
de resina, obteve-se uma aumento de 27% na resistência à flexão e, comparado ao
compósito com 10% (em massa) de resina, obteve-se uma elevação da propriedade
em 18%. Tal resultado também sugere que uma maior quantidade de resina termofixa
no compósito com granito Caju eleva a resistência à flexão, conforme comentários já
citados anteriormente.
Considerando-se agora a resistência à flexão do compósito de 15% (em
massa) de resina com granulometrias abaixo de 3,36 mm, em relação aos outros
compósitos com granulometrias maior verificou-se que o resultado obtido foi superior,
ou seja, um aumento de 41% da propriedade comparado ao granito natural. Tal
resultado indica que uma granulometria com dimensões menores das partículas,
juntamente a maior quantidade de resina, facilita a junção (disposição) das partículas
minerais entre si, deixando o compósito com uma melhor compactação (interação) e
menor porosidade, em função da melhor união dos componentes, bem como,
podemos afirmar os comentários citados anteriormente, em relação à resistência à
compressão. Resumindo: quanto maior foi a quantidade da fase contínua nos
compósitos e menor as partículas da fase descontínua, maiores foram as resistências
as deformações elásticas devido a maior interação entre os componentes orgânicos
65
devido ao aumento de energia de reticulação, que garantiu maior coesão da fase
inorgânica que deu consistência ao sistema absorvendo as tensões externas.
4.2 CARACTERIZAÇÃO DAS PEDRAS SINTÉTICAS
4.2.1 Ensaio de Microscopia Óptica na Pedra Sintética – Pedra 1
A Figura 4.4 apresenta uma micrografia da superfície superior lisa com
aumento de 50 vezes da Pedra 1. A distribuição granulométrica obtida da média de
oito campos (regiões) analisadas, onde verificava-se em cada região seis partículas
(L1, L2, L3, L4, L5 e L6), foram dimensionadas através do software do microscópio
óptico. O resultado dessa distribuição é apresentado na Figura 4.5.
Observou-se que a distribuição granulométrica da Pedra 1 obtida na região de
partículas com maiores dimensões (Figura 4.4), variaram entre 0,265 e 2,301mm
(Figura 4.5). Esta variação pode ser melhor avaliada através do gráfico apresentado
na Figura 4.6, onde se verifica que 83% das partículas analisadas apresentam
dimensões (aproximadamente forma geométrica de um diâmetro) abaixo de 0,4 mm,
ou seja, da média das áreas analisadas, onde seis partículas eram medidas, somente
uma granulometria apresentou variação dimensional (aproximadamente forma
geométrica de um diâmetro) de 2,301mm, que representa 17% da região analisada da
pedra sintética
Figura 4.4. Região de granulometrias com partículas de maiores dimensões da pedra
sintética – Pedra 1, (escala 1 mm, aumento de 50x).
66
Figura 4.5. Características das medidas da região de granulometrias com partículas
de maiores dimensões da Pedra 1.
0,29
0,27
0,41
2,30
0,35
0,39
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
L1
L2
L3
L4
L5
L6
Dimensão da partícula (mm)
Posição da partícula na superfície da pedra
Figura 4.6. Representação média da distribuição granulométrica da região de
granulometrias com partículas de maiores dimensões pedra sintética – Pedra 1.
A Figura 4.7 apresenta uma micrografia da superfície superior lisa da Pedra 1
numa região de partículas com menores dimensões. O método de análise da
distribuição granulométrica foi o mesmo citado no item 4.2.1, onde a média das
dimensões de seis partículas dessa região (L1, L2, L3, L4, L5 e L6) foram avaliadas
através do software do microscópio óptico, e os resultados são mostrados na Figura
4.8.
67
Figura 4.7. Região de partículas com menores dimensões da pedra sintética – Pedra
1, (escala 200 µm, aumento de 200x).
Observou-se que a distribuição granulométrica da Pedra 1 obtida na região de
partículas com menores dimensões (Figura 4.7), variaram entre 12,030 e 48,144µm
(Figura 4.8). Tal distribuição pode ser mais bem interpretada através do gráfico
apresentado na Figura 4.9, onde se observa que 100% das partículas analisadas
apresentam dimensões (aproximadamente forma geométrica de um diâmetro) abaixo
de 50 µm, ou seja, abaixo de 0,05 mm.
Figura 4.8. Características das medidas da região de partículas com menores
dimensões da Pedra 1
68
21,53
12,12
48,14
19,02
12,03
7,67
0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
60,00
L1
L2
L3
L4
L5
L6
Dimensão da partícula (µm)
Posição da partícula na superfície da pedra
Figura 4.9. Representação média da distribuição granulométrica da região de
granulometrias com partículas de menores dimensões da pedra sintética – Pedra 1.
Através do método stereo do analisador de imagem Olympus BX 51,
conseguiu-se captar uma micrografia tridimensional da superfície superior lisa da
Pedra 1 (Figura 4.10), numa região onde as partículas eram visivelmente maiores. O
objetivo dessa análise foi melhorar a visualização dos tamanhos das partículas.
Figura 4.10. Região de granulometrias com partículas de maiores dimensões da pedra
sintética – Pedra 1. Método tridimensional (escala 1 mm, aumento de 13,4x).
Observa-se que a distribuição granulométrica da Pedra 1 obtida nas regiões
de partículas com maiores dimensões, visão tridimensional (Figura 4.10), variaram
entre 0,509 e 3,003mm (Figura 4.11). Esta variação pode ser mais bem interpretada
através do gráfico mostrado na Figura 4.12, onde se verifica que as partículas
69
analisadas apresentam dimensões (aproximadamente forma geométrica de um
diâmetro) onde cerca de 50% das partículas possuem dimensões abaixo de 1,0mm,
33% entre 1,0 e 2,0 mm e 17% entre 2,0 e 3,0 mm.
Figura 4.11. Características das medidas da região de granulometrias com partículas
de maiores dimensões da Pedra 1. Método tridimensional.
1,92
0,72
2,51
0,51
0,89
3,00
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
3,50
L1
L2
L3
L4
L5
L6
Dimensão da partícula (µm)
Posição da partícula na superfície da pedra
Figura 4.12. Representação média da distribuição granulométrica da região de
granulometrias com partículas de maiores dimensões da pedra sintética – Pedra 1.
Método tridimensional.
Com os resultados obtidos através das análises de microscopia óptica em
diferentes regiões (granulometrias com maiores e menores partículas) da pedra
sintética – Pedra 1, verificou-se que essa pedra é produzida com uma formulação
onde a variação granulométrica obedece os parâmetros aproximados na qual 50% das
dimensões das partículas minerais estão abaixo de 1,0 mm, 33% entre 1,0 e 2,0mm e
17% entre 2,0 e 3,0mm (Figura 4.13).
70
50,0
33,0
17,0
0,0
10,0
20,0
30,0
40,0
50,0
60,0
0,0
-
1,0
1,0
-
2,0
2,0
-
3,0
Quantidade de partículas (%)
Dimensões das partículas (mm)
Figura 4.13. Variações granulométricas da Pedra 1 observadas em microscopia
óptica.
4.2.2 Ensaio de Microscopia Óptica na Pedra Sintética – Pedra 2
Após várias análises de microscopia óptica, conforme procedimento citado no
item 3.6.3, em diferentes regiões (aqui citadas por região 1 e região 2) da superfície
superior lisa da pedra sintética - Pedra 2 percebeu-se que a distribuição
granulométrica de modo geral, em qualquer região da pedra, apresentava dimensões
das partículas menores que 1,0 mm, conforme mostram as Figuras 4.14, 4.15, 4.16 e
4.17.
Figura 4.14. Região 1 da variação granulométrica da pedra sintética – Pedra 2,
(escala 200 µm, aumento de 200x).
71
Figura 4.15. Características das medidas das granulometrias da região 1 da pedra
sintética – Pedra 2
Através da análise dos resultados apresentados na Figura 4.15, verifica-se
que a variação da granulometria das partículas da região 1 ficou entre 21,053 e
697,384 µm.
Figura 4.16. Região 2 da variação granulométrica da pedra sintética – Pedra 2,
(escala 1mm, aumento de 50x).
Figura 4.17. Características das medidas das granulometrias da região 2 da pedra
sintética – Pedra 2.
Através da análise dos resultados apresentados na Figura 4.17, verifica-se
que a variação das granulometrias das partículas da região 2 da Pedra 2 ficaram entre
0,176 e 0,627mm.
72
Sendo assim, os resultados das análises de microscopia óptica em diferentes
regiões da pedra sintética – Pedra 2 revelaram que as partículas presentes têm
dimensões menores que 1,0 mm. A maior partícula observada foi de 627 µm, ou seja,
0,627 mm.
Comparando-se os resultados de microscopia óptica das pedras sintéticas –
Pedra1 e Pedra 2, observou-se que a Pedra 2 apresenta variação granulométrica com
dimensionais de partículas muito inferiores às dimensões das partículas da Pedra 1.
Sendo assim, para as formulações dos compósitos com resina acrílica a
serem produzidos nesse trabalho, optou-se por seguir o padrão granulométrico da
Pedra 1, pois o objetivo era trabalhar com partículas minerais com granulometrias
maiores, em função de que estas podem melhorar o brilho após o polimento do
compósito (garantir o brilho que é a característica positiva das pedras naturais).
4.2.3 Ensaio de Teor de Cinzas na Pedra Sintética – Pedra 1
Optou-se somente por caracterizar a quantidade de resina termofixa contida
na Pedra 1 devido aos resultados da variação granulométrica obtidos através do
ensaio de microscopia óptica, que ficaram próximos da faixa indicada na literatura
entre 0,1 a 6,0 mm (COMPAC MARMOL E QUARTZ, 2006).
Das três amostras analisadas, admitindo-se que o resíduo que sofreu a
queima compreendia a parcela total de polímero termofixo na pedra, obtiveram-se
então as quantidades mássicas de 7,95%, 8,15% e 8,09% de resina termofixa contida
nas amostras da pedra sintética – Pedra 1, respectivamente. Estes cálculos estão
representados no Apêndice E.
Sendo assim, pode-se quantificar a média de resina polimérica termofixa
existente na pedra sintética – Pedra 1 como sendo de aproximadamente 8%, ou seja,
92% (em massa) dessa pedra sintética é composta de mineral granito.
Segundo o fabricante de pedras sintéticas (CAESARSTONEUS, 2007) este aplica em
suas formulações a quantidade de 93% de quartzo agregada a 7% de pigmentos e
resina polimérica. Isto mostra que o ensaio do teor de cinza desenvolvido tem
propriedade devido a mostrar os resultados quase idênticos ao que é aplicado na
realidade industrial.
4.2.4 Ensaio de Distribuição Granulométrica das Partículas Minerais da Pedra
Sintética – Pedra 1
73
Os resultados obtidos nas análises de distribuição granulométrica, ver
Apêndice G, indicaram que aproximadamente 30% das dimensões das partículas
minerais da pedra sintética (Pedra 1) se encontram acima de 1,68 mm, ou seja, foram
retidas na malha da peneira 12 mesh e não foram retidas na malha da peneira de 6
mesh. Além disso, obteve-se que 15% das partículas minerais ficaram retidas na
malha da peneira de 20 mesh, ou seja, possuem aproximadamente 0,84 mm. Também
ficou evidente que uma grande quantidade das partículas minerais, aproximadamente
55%, apresenta granulometria abaixo de 0,59 mm até 0,074mm, ou seja, ficaram
retidas entre as malhas de 30 a 200 mesh (Figura 4.18).
30,0
15,0
55,0
0,0
10,0
20,0
30,0
40,0
50,0
60,0
3,36
-
1,68
1,68
-
0,59
0,59
-
0,074
Quantidade de partículas (%)
Dimensões das partículas (mm)
Figura 4.18. Variações granulométricas da Pedra 1 obtidas no ensaio de distribuição
granulométrica.
4.2.5 Ensaio de FTIR na Resina Polimérica da Pedra Sintética - Pedra 1
Com o objetivo de identificar o tipo de resina polimérica utilizada na produção
da pedra sintética (Pedra 1) fez-se análise de FTIR na resina desta pedra sintética e
procurou-se identificar os grupos funcionais orgânicos, comparando-se os valores das
bandas obtidos com a literatura (SILVERSTEIN et al., 2000). Para auxiliar nesta
identificação fez-se também análises de FTIR nas resinas de Poliéster e Acrílica.
Nesse caso, os espectros dos grupos orgânicos apresentados por essas resinas (no
caso conhecidas) foram comparados com os grupos orgânicos da resina da pedra
sintética – Pedra 1.
A Figura 4.19 apresenta o espectro de FTIR da resina polimérica da pedra
sintética - Pedra 1 na região de 4000-400 cm
-1
. Procurou-se identificar todas as
74
bandas características dos grupos orgânicos presentes na estrutura molecular da
resina polimérica (Figura 4.19), de acordo com as indicações de SILVERSTEIN et al.
(2000). Os resultados dessas análises são apresentados na Tabela 4.3.
686,04
775,94
1090,58
1625,88
1723,95
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
%Transmittance
500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
Wavenumbers (cm-1)
Figura 4.19. FTIR de 4000-400 cm
-1
da resina polimérica da pedra sintética - Pedra 1.
Tabela 4.3. Características das bandas de FTIR da resina polimérica da pedra
sintética - Pedra 1.
Região de
comprimento de
onda (cm
-1
)
Característica
686 anel aromático meta-substituído
775 anel aromático meta-substituído
1090 Deformação axial do grupo C - O
1625 deformação axial do grupo funcional C=C
1723 deformação axial do grupo carbonila (C=O) de éster
Os resultados dessas análises (Figura 4.19 e Tabela 4.3) indicam que a
resina termofixa da Pedra 1 possui em sua estrutura molecular os seguintes grupos
funcionais: grupo éster, grupos metileno e metil.
A Figura 4.20 apresenta o espectro de FTIR da resina polimérica de poliéster
na região de 4000-400 cm
-1
. Identificou-se as bandas características dos grupos
orgânicos presentes na estrutura molecular dessa resina (Figura 4.20), de acordo com
75
as indicações de SILVERSTEIN et al. (2000) e os resultados são mostrados na Tabela
4.4.
1115,10
1266,29
1728,04
60
62
64
66
68
70
72
74
76
78
80
82
84
86
88
90
92
94
96
98
100
%Transmittance
500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
Wavenumbers (cm-1)
Figura 4.20. FTIR de 4000-400 cm
-1
da resina polimérica de Poliéster.
Tabela 4.4. Características das bandas de FTIR da resina polimérica de poliéster.
Região de comprimento
de onda (cm
-1
)
Característica
1728 deformação axial do grupo carbonila (C=O) do éster
1266 vibração do grupo funcional C – O de ester aromático
1115 vibração do grupo funcional C – O de ester aromático
Em uma análise comparativa ficou evidente que os principais grupos
funcionais analisados no espectro da Figura 4.20 estão presentes na estrutura
molecular da resina poliéster que pode ser identificado na Figura 4.21, onde é
representada a estrutura molecular da resina poliéster ortoftálica.
76
Figura 4.21. Resina poliéster ortoftálica. Fonte: Resana S.A. (1992).
Tais resultados (Figura 4.20 e Tabela 4.4) sugerem a existência dos
seguintes grupos funcionais na resina de poliéster: grupos metil e metileno, ligação
C=C de alceno, grupo éster e éter aromático (anel - O - C).
A Figura 4.22 apresenta o espectro de FTIR da resina polimérica acrílica na
região de 4000-400 cm
-1
. Identificaram-se todas as bandas características dos grupos
orgânicos presentes na estrutura molecular dessa resina (Figura 4.22), de acordo com
as indicações de SILVERSTEIN et al. (2000) e os resultados são mostrados na Tabela
4.5.
910,78
988,42
1294,89
1728,04
3011,12
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
%Transmittance
500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
Wavenumbers (cm-1)
Figura 4.22. FTIR de 4000-400 cm
-1
da resina polimérica acrílica.
77
Os resultados das análises dos grupos orgânicos presentes na estrutura
molecular da resina acrílica (Figura 4.22 e Tabela 4.5) sugerem a existência de grupos
metil e metileno, grupo éster, ligação C=C de alceno, éter aromático (anel - O - C).
Tabela 4.5. Características das bandas de FTIR da resina acrílica.
Região de comprimento
de onda (cm
-1
)
Característica
910 - 988 deformação angular fora do plano da ligação RCH = CH
2
1294 Deformação do grupo funcional C – O de ester
1370 deformação angular simétrica do grupo metil (-CH
3
)
1728 deformação axial do grupo carbonila (C=O) do éster
3011 deformação axial da ligação C-H
Fazendo um comparativo das bandas obtidas no espectro da Figura 4.22 com
a unidade monomérica do ácido metacrílico, representado na Figura 4.23, fica
confirmado que o espectro analisado refletiu o comportamento característico de uma
resina acrílica, em função das características das bandas demonstradas na Tabela
4.5.
Figura 4.23. Representação da unidade monomérica do ácido metacrílico.
Após as análises e comparações entre os três espectros, resina poliéster,
resina acrílica e resina da pedra sintética - Pedra 1, verificou-se algumas
similaridades de bandas, o que indica a existência dos mesmos grupos orgânicos nas
resinas. Porém, avaliando-se apenas as bandas de maior intensidade, percebe-se
pouca semelhança. A banda em torno de 1728 cm
-1
ficou bem evidente em todas as
resinas, o que sugere a existência de grupo éster. Outro ponto a ser destacado é a
existência de anel aromático substituído também em todas as resinas, pois várias
bandas que indicam a presença de anel foram identificadas. Entretanto, pode-se
concluir que com apenas os resultados de FTIR não se consegue afirmar se a resina
polimérica utilizada para a produção da pedra sintética - Pedra 1 é do tipo poliéster ou
78
do tipo acrílica, pois as bandas de maior intensidade dessa resina foram identificadas
ora no espectro da resina de poliéster, ora na resina acrílica.
4.3 COMPÓSITOS DE RESINA ACRÍLICA COM GRANITO CAJU
4.3.1 Aparência Visual dos Compósitos
Quanto à qualidade visual, obteve-se uma boa aparência dos compósitos
após o processo de polimento, o que elevou ainda mais a semelhança comparada
com os granitos naturais (Figura 4.24).
Figura 4.24. Aparência visual dos compósitos de resina acrílica com granito Caju.
4.3.2 Ensaio Mecânico de Resistência à Compressão
Os resultados obtidos de resistência à compressão dos compósitos de resina
acrílica com granito Caju, bem como os resultados relativos ao granito natural e à
resina acrílica pura, são apresentados na Tabela 4.6 e Figura 4.25.
A tensão de compressão média dos Compósitos com 12% de resina acrílica
foi de 1095 kgf/cm
2
. Estes compósitos foram confeccionadas com 12% (em massa) de
resina acrílica e, em média com 8,21% do percentual de massa final de resina no
compósito (Mfrc). Comparando-se a resistência à compressão desses compósitos com
o granito natural (1158 Kgf/cm
2
) verifica-se que tais compósitos foram, em média,
5,39% menos resistentes, o que pode ser considerado pouco significativo. Esses
79
resultados sugerem que as partículas do granito Caju ficaram dispostas entre si com
poucas imperfeições (porosidade), sendo que as partículas ficaram bem impregnadas
pela resina, o que garantiu aos compósitos uma cura eficiente que manteve as
partículas unidas. Fica evidente que os poucos defeitos entre as fases acrílica e
inorgânica inibiram os defeitos de escorregamentos e/ou continuidade da deformação
elástica. Também fica evidente que o granito natural Caju suportou excelentemente os
esforços devido as poucas discordâncias e defeitos interfaciais dos cristais.
Tabela 4.6. Resistência à compressão dos compósitos de resina acrílica com granito
Caju obtidos por compressão.
Compósito
Tensão de
compressão
(kgf/cm²)
Rresina acrílica pura 829 (±11,00)
Compósitos com 12% de resina acrílica 1095 (±82,34)
Compósitos com 10% de resina acrílica 1153 (±7,64)
Compósitos com 8% de resina acrílica 1041(±172,14)
Granito natural 1158 (±14,73)
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
R res ina
acrílica pura
C ompós itos c/
12% de res ina
C ompós itos c/
10% de res ina
C ompós itos c/
8% de res ina
G ranito natural
T ens ão de C ompres s ão (kg f/c m
2
)
Figura 4.25. Resistência à compressão dos compósitos de resina acrílica com granito
Caju obtidos por compressão.
80
Comparando-se a tensão de compressão média dos Compósitos com 10% de
resina acrílica com a tensão do granito natural, percebe-se uma redução dessa
propriedade em apenas 0,4%. Esses compósitos foram confeccionados com 10% de
resina e 7,36% de massa final de resina no compósito (Mfrc). Estes resultados indicam
que a quantidade de resina foi suficiente para garantir a umectação das partículas
proporcionando ótimo grau de interligação entre as cadeias moleculares elevando o
nível de energia de coesão envolta das partículas minerais dificultando sua mobilidade
garantindo consistência aos Compósitos.
Outro resultado importante e que vale a pena ser destacado é que nos
Compósitos com 10% de resina acrílica foram usadas partículas menores que 0,074
mm, ou seja, estas partículas diminuíram os interstícios vazios, minimizando a
porosidade, consequentemente diminuindo os escorregamentos entre as fases,
elevando a resistência à compressão. As partículas menores que 0,074 mm foram o
resultado da reciclagem mecânica no moinho de bolas.
Para os Compósitos com 8% de resina acrílica obteve-se a tensão de
compressão média, aproximadamente 10% inferior à tensão do granito natural. Essa
perda de propriedade é significativa e justificada pelo fato que estes compósitos foram
confeccionadas com apenas 8,0% (em massa) de resina e 5,70% de massa final de
resina no compósito (Mfrc). Esses resultados indicam que a quantidade de resina nos
Compósitos foi insuficiente para umectar todas as partículas minerais e,
conseqüentemente, gerou descontinuidade das reticulações da resina, ou seja, baixo
grau de interligação entre as insaturações no compósito, proporcionando partículas
soltas que sob o efeito da carga compressiva, desenvolviam o escorregamento entre
si.
Analisando a resistência de tensão à compressão da resina acrílica pura (829
Kgf/cm
2
) com os demais compósitos, percebe-se que a resina pura possui resistência
inferior, o que demonstra que houve aumento de resistência dos compósitos devido a
incorporação da carga mineral, sendo um ganho interessante nesta propriedade para
este tipo de material, mostrando que esta reciclagem, carga mineral mais resina
polimérica termofixa, formaram um produto onde a reticulação da resina proporcionou
a coesão da carga mineral no compósito, ou seja, o meio descontínuo (a carga) gera o
efeito da redução da deformação plástica, isto porque age como agente estrutural
efetuando a função de absorver os esforços do meio contínuo.
De modo geral, comparando-se os resultados de resistência à compressão
dos compósitos desenvolvidos com os dados do fabricante (CAESARSTONE, 2007),
que desenvolve pedras sintéticas de granito com tensão de compressão de 2200
Kgf/cm
2
, obteve-se redução de 47,6% em relação à tensão de compressão do
81
fabricante. Tal comportamento pode estar relacionado com características de
automação do processo de fabricação da CAESARSTONE (2007) e a técnica de
compressão com vibração a vácuo, a qual reduz os interstícios vazios entre as
partículas do mineral, devido à migração da resina pelo efeito vácuo no
processamento e, conseqüentemente, proporciona a resina um melhor poder de
reticulação.
4.3.3 Ensaio Mecânico de Resistência à Flexão
Os resultados obtidos de resistência à flexão dos compósitos de resina
acrílica
com granito Caju, bem como os resultados relativos ao granito natural e à
resina acrílica pura, são apresentados na Tabela 4.7 e Figura 4.26.
Tabela 4.7. Resistência à flexão dos compósitos de resina acrílica com granito Caju
obtidos por compressão.
Compósito
Tensão de
flexão (kgf/cm²)
Resina acrílica pura 686 (±13,50)
Compósitos com 12% de resina acrílica 102 (±13,01)
Compósitos com 10% de resina acrílica 109 (±41,07)
Compósitos com 8% de resina acrílica 81 (±22,87)
Granito natural 153 (±13,00)
0
100
200
300
400
500
600
700
800
R res ina
acrílica pura
C ompós ito c/
12% de res ina
C ompós ito c/
10% de res ina
C ompós ito c/
8% de res ina
G ranito natural
T ens ão de F lex ão (kg f/c m
2
)
Figura 4.26. Resistência à flexão dos compósitos de resina acrílica com granito Caju
obtidos por compressão.
82
A média das tensões de flexão dos Compósitos desenvolvidos com 12% de
resina foi de 102 kgf/cm
2
, nos Compósitos desenvolvidos com 10% de resina foi de
109 Kgf/cm
2
e, nos Compósitos desenvolvidos com 8% de resina foi de 81 kgf/cm
2
.
Comparado com o granito natural que apresentou tensão de flexão de 153 kgf/cm
2
,
percebeu-se que os Compósitos com 10% de resina acrílica tendo tensão de flexão
28,76% menor que a do granito natural, foi os Compósitos que melhor representaram
as condições naturais em relação à tensão de flexão.
Reforçando o que fora comentado em relação tensão de compressão para os
Compósitos com 10% de resina acrílica, o bom desempenho está relacionado com o
uso na composição de granulometrias inferior a 0,074 mm, granulometrias estas
obtidas pelo processo de moagem na qual se usou o moinho de bolas devido à
dificuldade e processo desgastante da moagem manual. Este fato possibilitou melhor
aglomeração do Compósito diminuindo as imperfeições aliadas à quantidade suficiente
de resina que permitiu a reticulação necessária ao Compósito. Outro fator do bom
desempenho é que a resina acrílica permitiu, após a cura, o escoamento elástico, ou
mobilidade das cadeias moleculares garantindo alta resistência à deformação elástica,
como se no Compósito as impureza (considerando o mineral em relação à resina pura)
fossem menores, garantindo e absorvendo os esforços externos tornando os
Compósitos menos rígidos, ou seja, mais flexíveis, ou com mobilidade molecular. Isto
também ficou bem evidente na resina acrílica pura.
Nos Compósitos com 8% de resina acrílica não foram evidentes os fatos
anteriores devido a pouca quantidade de resina nos Compósitos, proporcionando
baixa umectação do mineral. Nos Compósitos com 12% de resina acrílica a
quantidade de resina foi adequada garantindo absorção de energia de flexão mas,
consequentemente a variação granulométrica ainda permitiram imperfeições não
resistindo aos esforços de flexão próximos ao natural. Fica evidente aqui que as
partículas (fase descontínua) impossibilitam a maior deformação elástica, então o
compósito sendo um corpo mais rígido imediatamente entrou em regime de
deformação plástica.
O excelente desempenho da resistência à tensão de flexão da resina acrílica
pura, comparada aos Compósitos e ao granito Caju natural, é explicado pela
característica da resina de apresentar mobilidade molecular sob efeito de tensão.
Quando existe a incorporação do mineral (no caso dos Compósitos), ocorre
interrupção das interligações das ligações das cadeias moleculares segundo
(CARVALHO 2002), e isto minimiza o efeito de escoamento molecular,
consequentemente menor absorção de energia de flexão.
83
4.3.4 Ensaio Absorção de Água
Os resultados obtidos de absorção de água dos compósitos de resina acrílica
com granito Caju são apresentados na Tabela 4.8 e Figura 4.27.
Tabela 4.8. Absorção de água dos compósitos de resina acrílica com granito Caju
obtidos por compressão.
Compósitos
Absorção de
água (%)
Compósitos com 12% de resina acrílica 0,68 (±0,27)
Compósitos com 10% de resina acrílica 0,86 (±0,12)
Compósitos com 8% de resina acrílica 1,06 (±0,10)
Granito natural 0,11 (±0,01)
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
1,40
C ompósitos c/
12% de res ina
C ompósitos c/
10% de res ina
C ompósitos c/
8% de res ina
G ranito natural
A bs orç ão de Á g ua (% )
Figura 4.27. Absorção de água dos compósitos de resina acrílica com granito Caju
obtidos por compressão.
As médias de absorção de água dos Compósitos aumentaram em relação ao
decréscimo da porcentagem de resina (12%, 10% e 8%) aplicada na confecção dos
Compósitos, conforme pode ser visto na Figura 4.27. Isto mostra que quanto menor foi
à umectação dos minerais no processo de mistura com a resina, mais expostas
ficaram as áreas superficiais das partículas minerais sem o invólucro da resina,
84
consequentemente maiores as imperfeições entre as fases e maior a facilidade da
penetração da água no interior da estrutura do Compósito.
Outros fatores que explicam as diferenças de absorção da água nos
Compósitos podem ter relação com as áreas maiores ou menores dos corpos de
provas expostos ao ataque da água durante as fases do ensaio. Significa dizer que
haverá possibilidades de maior difusão da água em compósitos com maiores áreas ou
maiores volumes dos corpos de provas, sendo possível a variação dos dimensionais
durante a obtenção dos corpos de provas.
Notou-se que o grupo de Compósitos com 12% de resina foi o que menos
absorveu água, em particular neste grupo encontrou-se corpos de provas que
absorveram água em torno de 65% a mais que o granito natural. Esta particularidade é
oriunda dos Compósitos que permaneceram com menor tempo sob o efeito de
compressão durante o processamento, ou seja, isto pode ter facilitado o efeito de
vibração molecular permitindo o melhor grau de interligação das insaturações (C=C),
gerando o maior grau de cura do polímero (CARVALHO, 2002) que resulta no eficiente
processo de reticulação da resina, favorecendo o invólucro quase que perfeito das
partículas do mineral com a resina curada, com isto, dificultando a entrada da água, e
também devido a maior reticulação menos átomo com elétrons livres para atrair a
molécula da água.
Em analise comparativa com o fabricante CaesarStone (EUA), conforme
mostra a Tabela 2.3, CAESARSTONE (2007), suas pedras sintéticas tem um
percentual de absorção de água de 0,02% onde comparando com o nosso melhor
desenvolvimento que foram os Compósito com 12% de resina que apresentaram em
média índice de absorção de água de 0,68%. Percebe-se que os Compósitos
desenvolvidos apresentaram elevada capacidade de absorção de água devido as
imperfeições não eliminadas no processo, no caso, processo sem vibração na etapa
de compressão, em alguns casos a dificuldade de umectação do mineral pela pouca
quantidade de resina que também influenciou. Somado os fatores anteriores temos
também a hipótese de que o processo mecânico de polimento influencia na abertura
de poros superficiais, colaborando para a migração de água ao interior do compósito.
4.4 COMPÓSITOS DE RESINA ACRÍLICA COM MÁRMORE BRANCO
4.4.1 Distribuição Granulométrica das partículas de Mármore Branco
85
A Tabela 4.9 e Figura 4.28 mostram a distribuição granulométrica das
partículas do mineral mármore tipo Branco, que resultaram do processo da quebra dos
rejeitos (moagem). Distribuição esta empregada na confecção dos compósitos.
Tabela 4.9. Distribuição granulométrica das partículas de mármore branco utilizadas
nos compósitos com resina acrílica
Malha (mm)
N° malha
(mesh)
Peso peneira
vazia (g)
Peso
peneira +
mármore
Retenção
(g)
Retenção
(%)
3,360 6 348,00 349,65 1,65 3,3
1,680 12 431,05 434,35 3,30 6,6
0,840 20 380,60 389,75 9,15 18,3
0,590 30 329,15 338,05 8,90 17,8
0,420 40 334,15 338,70 4,55 9,1
0,297 50 310,10 315,55 5,45 10,9
0,210 70 308,80 313,70 4,90 9,8
0,149 100 320,20 323,30 3,10 6,2
0,105 140 308,65 312,70 4,05 8,1
0,074 200 292,80 295,40 2,60 5,2
0,053 270 301,30 302,55 1,25 2,5
Prato 365,30 366,40 1,10 2,2
Soma 50 100
3,3
6,6
18,3
17,8
9,1
10,9
9,8
6,2
8,1
5,2
2,5
2,2
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
6
12
20
30
40
50
70
100
140
200
270
Prato
Retenção (%)
Número Malha (mesh)
Figura 4.28. Gráfico da distribuição granulométrica das partículas de mármore branco
utilizadas nos compósitos com resina acrílica.
86
4.4.2 Aparência Visual dos Compósitos
Quanto ao aspecto visual, notou-se excelente aparência dos compósitos
mesmo sem o polimento, mostrando semelhança destes com as pedras naturais de
mármore Branco (Figura 4.29).
Figura 4.29. Aparência visual dos compósitos de resina acrílica com mármore branco.
4.4.3 Ensaio Mecânico de Resistência à Compressão
Os resultados obtidos de resistência à compressão dos compósitos de resina
acrílica com mármore Branco, bem como os resultados relativos ao mármore natural e
à resina acrílica pura, são apresentados na Tabela 4.10 e Figura 4.30.
Tabela 4.10. Resistência à compressão dos compósitos de resina acrílica com
mármore branco obtidos por compressão.
Compósito
Tensão de compressão
(kgf/cm²)
Resina acrílica pura 829 (±11,00)
Compósitos com 15% de resina acrílica 1289 (±18,18)
Compósitos com 10% de resina acrílica 1281(±66,78)
Mármore natural 1158 (±9,00)
87
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
R res ina
acrílica pura
C ompós ito c/
15% de res ina
C ompós ito c/
10% de res ina
Mármore
natural
T ens ão de C ompres s ão (kg f/c m
2
)
Figura 4.30. Resistência à compressão dos compósitos de resina acrílica com
mármore branco obtidos por compressão.
A tensão de compressão média dos Compósitos com 15% de resina, foi de
1289 kgf/cm
2
. Estes compósitos foram confeccionados com 15% de resina acrílica e,
em média com 8,93% da porcentagem de massa final de resina no compósito (Mfrc). A
tensão de compressão do mármore natural foi de 1158 kgf/cm
2
. Notou-se que os
compósitos em média foram 10,16% mais resistentes a esta propriedade, onde se
pode dizer que esta variação é significativa comparada à propriedade de compressão
do mármore natural. Isto significa que as partículas do mármore reciclado ficaram
dispostas entre si com perfeita acomodação eliminando as porosidades.
Pode-se considerar o mesmo comentário para os compósitos com 10% de
resina onde a tensão média de compressão foi de 1281 kgf/cm
2
, tensão esta 9,6%
maior que a do mármore natural. Estas pedras foram confeccionadas com 10% de
resina acrílica e em média com 7,53% da porcentagem de massa final de resina no
compósito (Mfrc).
Para ambos o grupo de compósitos pode-se constatar que o processo da
etapa de reticulação das cadeias moleculares da resina acrílica aconteceu de modo
eficiente garantindo alto grau de interligação das cadeias molecular, dificultando o
escorregamento da disposição das partículas recicladas de mármore quando
88
submetidas aos esforços de compressão. De contrapartida o mármore natural teve
maior facilidade de mobilidade dos planos cristalinos quando submetidas aos esforços
de compressão, fato este que pode estar relacionado com maior número de
imperfeições entre suas partículas (ou planos cristalinos) comparadas aos compósitos,
que apresentaram pelo comportamento de alta resistência não ter imperfeições (ou
poucas) e, alta energia de atração entre as cadeias moleculares da resina acrílica
garantindo aos compósitos características de compacto, rígido e coeso.
4.4.4 Ensaio Mecânico de Resistência à Flexão
Os resultados obtidos de resistência à flexão dos compósitos de resina
acrílica com mármore Branco, bem como os resultados relativos ao mármore natural e
à resina acrílica pura, são apresentados na Tabela 4.11 e Figura 4.31.
Tabela 4.11. Resistência à flexão dos compósitos de resina acrílica com mármore
Branco obtidos por compressão.
Compósito
Tensão de
flexão (kgf/cm²)
Resina acrílica pura 685 (±8,50)
Compósito com 15% de resina 150 (±19,14)
Compósito com 10% de resina 87 (±5,00)
Mármore natural 64 (±3,61)
A média das tensões de flexão dos Compósitos desenvolvidos com 15% de
resina acrílica foi de 150 kgf/cm
2
, nos Compósitos desenvolvidos com 10% de resina
acrílica foi de 87 kgf/cm
2
. Comparado com o mármore natural que apresentou tensão
de flexão de 64 kgf/cm
2
, o grupo dos compósitos com 15% de resina apresentou uma
resistência de 134% maior que o mármore natural e os Compósitos com 10% de
resina um acréscimo de 35% nesta propriedade.
89
0
100
200
300
400
500
600
700
800
R es ina
acrílica pura
C ompós ito c/
15% de res ina
C ompós ito c/
10% de res ina
Mármore
natural
T ens ão de F lex ão (kg f/c m
2
)
Figura 4.31. Resistência à flexão dos compósitos de resina acrílica com mármore
Branco obtidos por compressão.
Percebeu-se um aumento significativo da propriedade mecânica de
resistência à flexão nos compósitos, comparado ao mármore natural, devido ao que se
pode deduzir que o grau de interligações moleculares aconteceu de forma eficiente,
bem como a resina acrílica apresentou a condição de absorção de energia no campo
elástico, dando aos compósitos certa consistência de comportamento dúctil, no início
da deformação por flexão, fato este que proporcionou a excelente propriedade.
Percebeu-se um decréscimo da propriedade nos Compósitos com 10% de
resina, em torno de 42% menor que os Compósitos com 15% de resina, onde se pode
justificar que a quantidade de resina que foi menor na confecção proporcionou
consequentemente menor número de ligações moleculares diminuindo a concentração
de energia de aglomeração do compósito, resistindo menos aos esforços de flexão.
4.4.5 Ensaio Absorção de Água
90
Os resultados obtidos de absorção de água dos compósitos de resina acrílica
com mármore Branco são apresentados na Tabela 4.12 e Figura 4.32.
Tabela 4.12. Absorção de água dos compósitos de resina acrílica com mármore
Branco obtidos por compressão.
Compósitos
Absorção de água
(%)
Compósitos com 15% de resina 0,21(±0,01)
Compósitos com 10% de resina 0,20(±0,04)
Mármore natural 0,02(±0,01)
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
C ompósitos c/
15% de resina
C ompósitos c/
10% de resina
Mármore
Natural
Abs orção de Ág ua (%)
Figura 4.32. Absorção de água dos compósitos de resina acrílica com mármore
Branco obtidos por compressão.
Percebeu-se que os compósitos mantiveram um padrão de absorção de água
que ficou em torno de 0,21%. Comparado ao mármore natural que absorveu 0,02% de
água, os compósitos tiveram capacidade de absorção de água em torno de 10,5 vezes
maior que o mármore natural,
O que pode explicar a grande diferença de absorção da água nos Compósitos
é a relação com as áreas maiores ou menores dos corpos de provas expostos ao
ataque da água durante as fases do ensaio. Significa dizer que haverá possibilidades
de maior difusão da água em compósitos com maiores áreas ou maiores volumes dos
corpos de provas, sendo possível a variação dos dimensionais durante a obtenção dos
corpos de provas, sendo que as tensões de compressão e flexão foram propriedades
maiores que as do mármore natural, isto pode significar baixo índice de imperfeições,
91
como porosidades, na qual poderiam justificar maior absorção de água. Todavia não
podemos descartar a possibilidade da eficiente reticulação da resina acrílica, mesmo
assim, permitir regiões do compósito desprovidas do invólucro uniforme da partícula
com a resina, possibilitando a penetração da água para o interior do compósito.
Também leva-se em conta que a distribuição granulométrica mais uniforme dos
rejeitos de mármore Branco (Figura 4.28) utilizadas nos compósitos ainda deve ter
porosidade, porém com menor intensidade, ou seja, se fossemos comparar com os
compósitos de granito que absorveram água em média 4,3 vezes mais na proporção
de 10% de resina que os compósitos de mármore Branco.
4.5 ESTUDO DA DEGRADAÇÃO DOS COMPÓSITOS DE RESINA ACRÍLICA COM
GRANITO CAJU E MÁRMORE BRANCO ATRAVÉS DE RADIÇÃO
ULTRAVIOLETA
4.5.1 Aparência Visual dos Compósitos de Resina Acrílica com Granito Caju
Foram observadas alterações pouco significativas quanto à cor e à textura na
superfície dos corpos de prova de compressão e flexão dos compósitos de resina
acrílica com granito Caju e granito natural, ambos condicionados em câmara de
envelhecimento acelerado, após os 18 dias de degradação à radiação UV. Através da
Figura 4.33 percebe-se uma leve alteração no tom marrom original do granito natural a
partir do décimo dia de radiação UV, com tendência a ficar mais escuro até o décimo
oitavo dia de degradação na radiação.
Figura 4.33. Superfície do CP de compressão de granito natural Caju durante a
degradação em radiação UV.
92
Esta variação da tonalidade da cor a partir do décimo dia pode estar
relacionada com a mudança da textura do corpo de prova devido à micro fissuras
superficiais no granito natural, alterando a reflexão da luz e descaracterizando o brilho.
Conseqüentemente, o corpo de prova apresentou tonalidade mais escura. Na Figura
4.34, é representado o corpo de prova de compressão do Compósito-1 com granito
que foi produzido com 12% de resina acrílica e sem estabilizantes e absorvedores de
ultravioleta. Ficaram evidentes mudanças no tom da coloração marrom com tendência
ao escurecimento a partir do terceiro dia de radiação ultravioleta com intensidades
maiores depois do décimo dia de radiação.
Figura 4.34. Superfície do CP de compressão do Compósito-1 (resina acrílica com
granito) durante a degradação em radiação UV.
Comparativamente com o corpo de provas de compressão do Compósito 3,
Figura 4.35, que foi desenvolvido nas mesmas condições do Compósito-1, porem com
2% em peso do aditivo estabilizante e 3% do aditivo absorvedor de ultravioleta, ficou
evidente mudanças na tonalidade da cor marrom, com maior intensidade, a partir do
décimo quinto dia.
A mudança da tonalidade da cor marrom para ambos os corpos de provas
dos Compósitos 1 e 2 (no caso omitimos as fotos do Compósito-2 devido a
similaridade com o Compósito-3), esta relacionada com degradação fotooxidativa
superficial do polímero acrílico, que consequentemente absorveu através de grupos
específicos radiação na faixa entre 100nm a 400nm, gerando a cisão molecular devido
a excitação eletrônica.
Pode-se dizer que resina acrílica, em função da sua estrutura química como
grupos: éster e alcenos, etc, demonstrou sensibilidade espectral a radiação ultravioleta
93
na faixa de 295 à 345nm, como é o caso do policarbonato que apresenta o grupo ester
na sua estrutura e tem sensibilidade espectral a 345nm (AGNELLI, 1996).
Figura 4.35. Superfície do CP de compressão do Compósito-3 (resina acrílica com
granito) durante a degradação em radiação UV.
De modo geral as características superficiais para todos os corpos de provas
(compressão ou flexão) dos compósitos apresentavam as texturas e tonalidades
similares, ou seja, os corpos de provas não aditivados com estabilizantes e
absorvedores de ultravioleta demonstravam variações a partir do terceiro dia de
radiação e os corpos de provas aditivados aparentavam mudanças a partir do décimo
dia. Significa dizer que a estabilização mínima contra RUV que foi aplicada,
compósitos 2 e 4, demonstraram proteger os compósitos contra a degradação por
radiação UV.
Especificando melhor o que foi comentado acima, as Figuras 4.36 e 4.37
mostram os corpos de provas de flexão dos compósitos 6 e 9 obtido com 10%, 8% de
resina acrílica e com maior % de estabilizante e absorvedor de ultravioleta, conforme
mostra a Tabela 3.2.
94
Figura 4.36. Superfície do CP de
flexão do Compósito-6 (resina acrílica
com granito) durante a degradação
em radiação UV.
Figura 4.37. Superfície do CP de flexão
do Compósito-9 (resina acrílica com
granito) durante a degradação em
radiação UV.
4.5.2 Aparência Visual dos Compósitos de Resina Acrílica com Mármore Branco
Foram observadas alterações pouco significativas quanto à cor e à textura na
superfície dos corpos de prova de compressão e flexão dos compósitos de resina
acrílica com mármore Branco e mármore natural, ambos condicionados em câmara de
envelhecimento acelerado, após os 18 dias de degradação à radiação UV. Através da
Figura 4.38 percebeu-se uma leve alteração no tom original do mármore Branco a
partir do décimo dia de radiação UV. Entretanto, ficou mais evidente o escurecimento
no décimo oitavo dia de radiação UV.
Os corpos de prova dos compósitos de resina acrílica com mármore Branco
ficaram com um tom mais amarelado em relação ao mármore natural. Acredita-se que
tal comportamento esteja relacionado ao fato de que tais corpos de prova não
receberam polimento antes de serem colocados na câmara de envelhecimento para a
degradação à radiação UV. O polimento foi evitado para não retirar a película
superficial de polímero aditivada do compósito, podendo ser esta a base de proteção
da radiação UV.
95
Figura 4.38. Superfície do CP de compressão de mármore natural durante a
degradação em radiação UV.
De modo geral, os corpos de provas dos compósitos de resina acrílica com
mármore Branco (com e sem aditivos estabilizantes e absorvedores de UV)
apresentaram comportamentos similares em relação à tonalidade e textura, como
pode ser observado nas Figuras 4.39, 4.40, 4.41 e 4.42.
Foram percebidas pequenas variações na tonalidade da cor a partir do
décimo dia de degradação à radiação UV, aumentando a evidência da tonalidade a
partir do décimo quinto dia. Além disso, foi notado que a textura da superfície ficou
mais rugosa, apresentando pequenas fissuras. Esses resultados sugerem que houve a
absorção da radiação ultravioleta pelos grupos funcionais constituintes dos
compósitos, podendo ser esses grupos da resina polimérica ou do próprio mineral.
Figura 4.39. Superfície do CP de compressão do Compósito-1 (resina acrílica com
mármore Branco e sem estabilizantes e absorvedores de UV) durante a
degradação em radiação UV.
96
Figura 4.40. Superfície do CP de compressão do Compósito-3 (resina acrílica com
mármore Branco e com estabilizantes e absorvedores de UV) durante a
degradação em radiação UV.
Figura 4.41. Superfície do CP de compressão do Compósito-4 (resina acrílica com
mármore Branco e sem estabilizantes e absorvedores de UV) durante a
degradação em radiação UV.
97
Figura 4.42. Superfície do CP de compressão do Compósito-6 (resina acrílica com
mármore Branco e com estabilizantes e absorvedores de UV) durante a
degradação em radiação UV.
4.5.3 Ensaio Mecânico de Resistência à Compressão nos Compósitos de Resina
Acrílica com Granito Caju após a Degradação em Radiação UV
Os resultados obtidos de resistência à compressão dos compósitos de resina
acrílica com granito Caju, após a degradação em radiação UV, bem como os
resultados relativos ao granito natural, são apresentados na Tabela 4.13 e Figura 4.43.
A tensão de compressão média dos Compósitos, após a degradação em
radiação UV foi de 1143 kgf/cm
2
. Esta resistência foi aproximadamente 9,0 % maior
que a resistência à compressão do granito natural (1042 kgf/cm
2
). Através deste
comparativo não temos base para uma análise técnica mais apurada. Na seqüência
faz-se a análise entre as resistências antes e após a degradação por radiação UV.
Tabela 4.13. Resistência à compressão dos compósitos de resina acrílica com granito
Caju obtidos por compressão, após a Degradação em Radiação UV
Compósito
Força máxima
(kgf)
Área do CP
(cm
2
)
Tensão de
compressão
(kgf/cm²)
Compósito-1
15310 16,02 955
Compósito-2
19350 16,55 1169
Compósito-3
16300 15,18 1073
Compósito-4
17350 14,38 1206
Compósito-5
19075 14,97 1274
Compósito-6
19440 15,31 1269
Compósito-7
17300 15,33 1128
Compósito-8
19130 16,26 1176
Compósito-9
15410 14,90 1034
Granito natural
18310
15,57
1042
98
955
1169
1073
1206
1274
1269
1128
1176
1034
1042
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
C ompós ito-1
C ompós ito-2
C ompós ito-3
C ompós ito-4
C ompós ito-5
C ompós ito-6
C ompós ito-7
C ompós ito-8
C ompós ito-9
G ranito natura l
T ens ão de C ompres s ão (kg f/c m
2
)
Figura 4.43. Resistência à compressão dos compósitos de resina acrílica com granito
Caju obtidos por compressão após a Degradação em Radiação UV
4.5.4 Ensaio Mecânico de Resistência à Flexão nos Compósitos de Resina Acrílica
com Granito Caju após a Degradação em Radiação UV
Os resultados obtidos de resistência à flexão dos compósitos de resina acrílica
com granito Caju, bem como os resultados relativos ao granito natural, são
apresentados na Tabela 4.14 e Figura 4.44.
Tabela 4.14. Resistência à flexão dos compósitos de resina acrílica com granito Caju
após a Degradação em Radiação UV.
Compósito
Força máxima
(kgf)
Tensão de
flexão (kgf/cm²)
Compósito-1 50,70
103
Compósito-2 80,00
126
Compósito-3 67,00
100
Compósito-4 58,00
99
Compósito-5 54,00
86
Compósito-6 39,00
73
Compósito-7 36,00
73
Compósito-8 55,00
92
Compósito-9 36,00
59
Granito natural 119,00
130
99
103
126
100
99
86
73 73
92
59
130
0
20
40
60
80
100
120
140
C ompós ito-1
C ompós ito-2
C ompós ito-3
C ompós ito-4
C ompós ito-5
C ompós ito-6
C ompós ito-7
C ompós ito-8
C ompós ito-9
G ranito na tural
T en s ão d e F lex ão (k g f/c m
2
)
Figura 4.44. Resistência à flexão dos compósitos de resina acrílica com granito Caju,
após a Degradação em Radiação UV
A tensão de flexão média dos Compósitos, após a degradação em radiação
UV foi de 90 kgf/cm
2
. Esta resistência foi 30% menor que a resistência à flexão do
granito natural (130 kgf/cm
2
). Através deste comparativo não temos base para uma
análise técnica mais apurada. Na seqüência faz-se a análise entre as resistências
antes e após a degradação por radiação UV.
4.5.5 Ensaio Mecânico de Resistência à Compressão nos Compósitos de Resina
Acrílica com Mármore Branco após a Degradação em Radiação UV
Os resultados obtidos de resistência à compressão dos compósitos de resina
acrílica com mármore Branco, após a degradação em radiação UV, bem como os
resultados relativos ao mármore natural, são apresentados na Tabela 4.15 e Figura
4.45.
A tensão de compressão média dos Compósitos, após a degradação em
radiação UV foi de 1262 kgf/cm
2
. Esta resistência foi 10% maior que a resistência à
compressão do mármore natural (1133 kgf/cm
2
). Através deste comparativo não
temos base para uma análise técnica mais apurada. Na seqüência faz-se a análise
entre as resistências antes e após a degradação por radiação UV.
100
Tabela 4.15. Resistência à compressão dos compósitos de resina acrílica com
mármore Branco após a Degradação em Radiação UV.
Compósito
Força máxima
(kgf)
Área do CP
(cm
2
)
Tensão de
compressão
(kgf/cm²)
Compósito-1
19500 15,53 1255
Compósito-2
19525 14,15 1379
Compósito-3
19480 16,93 1150
Compósito-4
19610 15,57 1259
Compósito-5
19450 14,86 1308
Compósito-6
18150 14,84 1223
Mármore natural
19030 16,79 1133
1255
1379
1150
1259
1308
1223
1133
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
C ompósito-1
C ompósito-2
C ompósito-3
C ompósito-4
C ompósito-5
C ompósito-6
Mármore natural
Tens ão de C ompres s ão (kg f/c m
2
)
Figura 4.45. Resistência à compressão dos compósitos de resina acrílica com
mármore Branco, após a Degradação em Radiação UV
4.5.6 Ensaio Mecânico de Resistência à Flexão nos Compósitos de Resina Acrílica
com Mármore Branco após a Degradação em Radiação UV
Os resultados obtidos de resistência à flexão dos compósitos de resina
acrílica com mármore Branco, bem como os resultados relativos ao mármore natural
após a degradação em Radiação UV, são apresentados na Tabela 4.16 e Figura 4.46.
101
Tabela 4.16. Resistência à flexão dos compósitos de resina acrílica com mármore
branco após Degradação em Radiação UV
Compósito
Força máxima
(kgf)
Tensão de
flexão (kgf/cm²)
Compósito-1
87,00 163
Compósito-2
95,00 192
Compósito-3
92,30 173
Compósito-4
46,80 100
Compósito-5
46,80 96
Compósito-6
49,40 112
Mármore natural
66,00 57
163
192
173
100
96
112
57
0
50
100
150
200
250
C ompós ito-1
C ompós ito-2
C ompós ito-3
C ompós ito-4
C ompós ito-5
C ompós ito-6
Mármore natural
T ens ão de F lex ão (kg f/c m
2
)
Figura 4.46. Resistência à flexão dos compósitos de resina acrílica com mármore
branco após Degradação em Radiação UV
A tensão de flexão média dos Compósitos, após a degradação em radiação
UV foi de 176 kgf/cm
2
. Esta resistência foi 59% maior que a resistência à flexão do
mármore natural (57 kgf/cm
2
). Através deste comparativo não temos base para uma
análise técnica mais apurada. Na seqüência faz-se a análise entre as resistências
antes e após a degradação por radiação UV
4.5.7 Análises do Estudo da Degradação em Radiação UV dos Compósitos de
Resina Acrílica com Granito Caju e Mármore Branco
Os resultados comparativos obtidos de resistência à compressão e à flexão
dos compósitos de resina acrílica com granito Caju
e
com mármore Branco, bem
102
como os resultados relativos ao granito e mármore natural, após a Degradação em
Radiação UV, são apresentados nas Figuras 4.47, 4.48, 4.49 e 4.50.
Figura 4.47. Comparativos das resistências à compressão dos Compósitos de resina
acrílica com granito caju, antes e após Degradação em Radiação UV
Figura 4.48. Comparativos das resistências à flexão dos Compósitos de resina acrílica
com granito caju, antes e após Degradação em Radiação UV.
103
Figura 4.49. Comparativos das resistências à compressão dos Compósitos de resina
acrílica com mármore Branco, antes e após Degradação em Radiação UV.
Figura 4.50. Comparativos das resistências à flexão dos Compósitos de resina acrílica
com mármore Branco, antes e após Degradação em Radiação UV.
104
Como se pode ver os resultados mostrados nas Figuras 4.47, 4.48, 4.49 e
4.50 resultados estes comparativos, das tensões de compressão e flexão, dos
compósitos de resina Acrílica com o mineral Granito Caju e mármore Branco, antes e
após Degradação em Radiação UV, de modo geral, com exceção de alguns pontos,
refletem um pequeno aumento das tensões de compressão e flexão após 18 dias de
Degradação em Radiação UV. O que pode explicar o fato do aumento das tensões,
terem ação com o que comenta CARVALHO (2002), onde em uma cura a frio,
situação que aplicamos nos desenvolvimentos dos compósitos, iniciada por radicais
livres gerados pelos catalisadores, no caso usou-se o MEK, onde estes quebram as
duplas ligações, e estas insaturações abertas geram outros radicais livres (reação em
cadeia), até a resina atingir um nível de interligação suficiente para cessar as
vibrações moleculares e a cura parar. Neste ponto a resina atingiu sua primeira
temperatura de transição vítrea. Portanto, o aumento das interligações restringe as
vibrações moleculares e reduz o avanço da cura. Como regra geral os polímeros
precisam ser aquecidos acima da temperatura de transição vítrea para que possam
retomar a cura. Partindo destes princípios, no decorrer do desenvolvimento dos
compósitos procedeu-se usando a estufa após a extração, por 24 horas a 90ºC para
agilizar o processo de cura onde se teve a primeira temperatura de transição vítrea
impedindo as vibrações moleculares e cessou a cura. Os corpos de provas dos
compósitos ao entrar em processo de aquecimento novamente quando submetidos à
radiação ultravioleta atingiram temperaturas acima da temperatura de transição vítrea
e consequentemente vibrações moleculares ocorreram permitindo novas interligações
melhorando o grau de reticulação (CARVALHO 2002).
Também se pode justificar o pequeno aumento das tensões segundo DE
PAOLI (1982) pelo fato de que a energia absorvida por uma molécula em radiação UV,
pode rotacionar, vibrar e ou gerar tensões eletrônicas na mesma. Segundo RABELLO
(2000) entre o comprimento mínimo da radiação que atinge a terra 290nm até 400nm,
energia de um foto (energia da luz) pode atingir em torno de 95,3 Kcal/mol a um
comprimento de onda de 300nm. Reforça DE PAOLI (1982) que neste nível de energia
elétrons de valência livre são promovidos para orbitais desocupados. No experimento
fica evidente que o estabilizante e o absorvedor UV TINUVIN® 123 e 405, nas
proporções utilizadas absorveu os fótons de energia da luz emitidos no período até o
décimo dia em processo de radiação UV em câmara de envelhecimento acelerado, ou
seja, os estados excitados das moléculas impediram que os elétrons de valência livre
fossem promovidos a orbitais desocupados evitando a cisão molecular perdendo
propriedades mecânicas. A partir do décimo dia, de modo geral, houve alteração do
tom da cor dos compósitos, porém esta deformação foi apenas superficial não
105
atingindo o núcleo dos compósitos, até mesmo pela condição dos minerais que tem a
característica de refletir a luz e impedirem o prolongamento das vibrações que
pudessem gerar cisão molecular, fato este que também pode justificar o não
decréscimo das propriedades mecânicas de compressão e flexão.
4.6 RESULTADOS DO ESTUDO DE VIABILIDADE ECONÔMICA
4.6.1 Viabilidade Econômica de Compósitos com Resinas Termofixas com Mineral
Granito e Mármore
Os resultados obtidos seguiram os passos conforme citados no Item 3.7.1. A
seqüência dos resultados do estudo está disposta no Apêndice F.
Segundo informações obtidas pela marmoraria Dalsasso em média as pedras
de granito natural, no caso o Caju, são adquiridas da jazida do Estado de Espírito
Santo a um custo de R$ 110,00 /m
2
, isto mostra que o granito natural tipo Caju tem um
custo 1,2 vezes maior/m
2
comparado ao Compósito com resina Poliéster, que teve
uma estimativa de custo de R$ 91,53/m
2
e, 1,25 vezes menor/m
2
comparado com o
Compósito desenvolvido com resina Acrílica, que apresentou estimativa de custo de
R$ 138,00/m
2
.
O custo do mármore Branco que chega até a marmoraria gira em torno de R$
75,00/m
2
. Nestes casos o Compósito com resina Poliéster e mineral mármore teria um
custo 1,2 vezes maior/m
2
, ou seja, R$ 91,53/m
2
, e com resina Acrílica 1,8 vezes maior
por metro quadrado, valor este estimado em R$ 138,00/m
2
.
Analisando de modo geral a estimativa de custos, segundo os entrevistado,
demonstraram satisfação em perceber que os custos são viáveis e reconhecem que é
uma realidade futura competir com fabricantes de pedras sintéticas. O que comentam
também é que estes custos dos Compósitos são baixos perto das pedras com cores
cada vez mais exóticas que atualmente vem sendo muito procuradas pelos clientes,
ou seja, pedras naturais como granito azul celeste ou mesmo mármore totalmente
brancos, tem seus custos acima de R$ 500,00. Segundo os comentários esta seria a
grande vantagem em relação às pedras naturais que são muito caras e perceberam
que existe a facilidade de alteração de cores no processamento de Compósitos.
106
5 CONCLUSÕES E SUGESTÕES
A proposta deste trabalho esteve concentrada em uma metodologia que
desenvolvesse compósitos com carga mineral (granito/mármore) em uma matriz
polimérica termorrígida com base em resinas poliéster e acrílica, procurando
alternativas para a reciclagem de resíduos gerados nas fases de beneficiamento de
rochas ornamentais em marmorarias e/ou na etapa de exploração das rochas (lavra).
De forma geral, o processo se mostrou bastante viável, sendo a metodologia
capaz de proporcionar a reciclagem desses rejeitos e despertou para a possibilidade
de desenvolver novos materiais a custos competitivos com as rochas naturais.
No estudo do comportamento das condições do processo de compressão
para a produção de compósitos com resina Poliéster, com pedra Granito Caju, ficou
evidente que o excesso da força de fechamento utilizada para a compactação do
compósito causava quebra das partículas do mineral, onde estas se desprendiam do
compósito. Os melhores compósitos foram obtidos com a força de fechamento de 40
toneladas.
Nos compósitos com resina Poliéster e Granito Caju, ficou demonstrado que
as proporções mássicas de 8% de resina não resultavam na boa impregnação dos
minerais, reduzindo as tensões de compressão e flexão destes. Nas proporções
mássicas de 10% e 15% as umectações dos minerais aparentavam-se perfeitas, e
principalmente os compósitos com granulometrias menores (dimensões abaixo de
3,35mm) garantiram excelentes resistências a compressão e flexão.
Os ensaios de microscopia óptica da pedra sintética – Pedra 1, constataram
que 50% das dimensões das partículas estavam na faixa abaixo de 1,0mm, 33% na
faixa de 1,0mm a 2,0mm e 17% entre 2,0mm a 3,0mm
Já para os ensaios de microscopia óptica para a pedra sintética – Pedra 2,
estes demonstraram características dimensionais das partículas muito inferiores que a
da Pedra 1. A maior partícula observada foi de 0,627mm.
107
Nos ensaios do teor de cinza da pedra sintética - Pedra 1, evidenciou-se a
quantidade média de resina polimérica igual a 8% em proporção mássica e 92% o
compósito era formado por mineral.
No estudo da Pedra 1 através dos ensaios de distribuição granulométrica em
peneirador mecânico, também ficou comprovado que 55% das dimensões dos
minerais estavam na faixa de 0,074mm a 0,59mm, 15% de 0,59mm a 1,68mm e 30%
entre 1,68mm a 3,36mm. Este método de ensaio correspondeu ao método de
microscopia óptica.
A identificação qualitativa pelo método FTIR da resina empregada na pedra
sintética - Pedra 1 não é nítida, fato que pode estar relacionado com impurezas
(mineral) na raspagem da resina quando retirada da pedra. Comparando os três
espectros das resinas da sintética - Pedra 1, Poliéster e Acrílica, é evidente algumas
similaridades de bandas, o que indica a existência dos mesmos agrupamentos
orgânicos nas resinas. Porém, avaliando-se apenas as bandas de maior intensidade,
percebe-se pouca semelhança. A banda em torno de 1728 cm
-1
ficou bem evidente em
todas as resinas, o que sugere a existência de grupo éster. Outro ponto a ser
destacado é a existência de anel aromático substituído também em todas as resinas,
pois várias bandas que indicam a presença de anel foram identificadas. Entretanto,
pode-se concluir que com apenas os resultados de FTIR não se consegue afirmar se a
resina polimérica utilizada para a produção da pedra sintética – Pedra 1 é do tipo
Poliéster ou do tipo Acrílica, pois as bandas de maior intensidade dessa resina foram
identificadas ora no espectro da resina de Poliéster, ora na resina Acrílica.
Nos compósitos com resina Acrílica foi perceptível que as tensões de
compressão e flexão são maiores quanto maior foi à proporção mássica de resina no
compósito, também melhoram estas propriedades à medida que maior foi à proporção
mássica de mineral com menor dimensional (a partir do compósito-5 estas
propriedades se elevaram).
A resina Acrílica pura apresentou resistência a compressão inferior aos
compósitos. Porem, sua resistência a flexão foi muito maior que as dos compósitos.
Isto mostrou que os minerais quando aglomerados a resina dificultam a mobilidade
molecular do material sob efeito de tensão.
A perda de resina Acrílica durante o processamento, devido ao escoamento
pelas fugas do molde quando a mistura era exposta a compactação, em média, tanto
108
para o mineral Granito Caju como para o mármore Branco, foi de 3% a 4% em massa,
nas proporções ótimas de processamento que foi de 10% a 12% em massa nas
misturas dos componentes do compósito. Acima destes percentuais as perdas de
resina eram grandes em função da umectação completa da massa e abaixo destes
indicativos não se completava totalmente a umectação dos componentes do
compósito.
A maior quantidade de resina Acrílica (massa) no desenvolvimento do
compósito aumenta as interligações moleculares em torno dos minerais,
consequentemente maiores resistências à compressão e flexão, são as condições
evidenciadas para as composições com maior massa de resina tanto para o Granito
Caju quanto para o mármore Branco, bem como melhores os aspectos superficiais do
produto.
O notável desempenho das resistências à compressão e flexão, das pedras
sintéticas de resina Acrílica com mármore Branco, comparado ao mármore natural, é
justificado pela facilidade de granulometrias homogêneas que o mármore branco
apresenta na moagem, condição esta favorável para a boa compactação e coesão dos
minerais envolvidos pela resina Acrílica.
As médias de absorção de água nos compósitos, de mármore Branco e Granito
Caju, aumentaram com o decréscimo do uso da resina Acrílica. O fato está
relacionado com a menor quantidade de invólucro de resina das regiões interfaciais
dos minerais, consequentemente a facilidade de penetração da água no interior da
estrutura do compósito. Em média os compósitos com Granitos Caju obtiveram a
proporção de 0,99% de absorção de água, em contrapartida o Granito Caju natural
teve 0,11% de absorção de água. Comparando com os compósitos com mineral
mármore Branco, estes apresentaram 0,21% de absorção de água e o mármore
natural 0,02%.
De modo geral as características superficiais estéticas e visuais para todos os
corpos de provas (compressão ou flexão) dos compósitos (granito e mármore)
apresentavam as texturas e tonalidades similares, ou seja, os corpos de provas não
aditivados com estabilizantes e absorvedores de ultravioleta demonstravam variações
na tonalidade a partir do terceiro dia de radiação e, os corpos de provas aditivados
aparentavam mudanças a partir do décimo dia. Significa dizer que a estabilização
109
mínima contra RUV que foi aplicada, compósitos 2, 4 e 6, demonstraram protegeram
os compósitos contra a degradação por radiação UV.
Os compósitos (com granito e mármore), com exceção de alguns pontos,
refletiram um pequeno aumento das tensões de compressão e flexão após os 18 dias
de Degradação em Radiação UV. Os compósitos ao entrar em processo de
aquecimento novamente quando submetidos à radiação ultravioleta atingiram
temperaturas acima da temperatura de transição vítrea e consequentemente vibrações
moleculares ocorreram permitindo novas interligações moleculares melhorando o grau
de reticulação.
A estimativa da viabilidade econômica do desenvolvimento de compósitos com
resina Poliéster e resina Acrílica com carga mineral (granito/mármore), comprova ser
competitiva comparada a produção de rochas ornamentais exóticas que atualmente
vem sendo muito procuradas pelos clientes, ou seja, pedras naturais como granito azul
celeste ou mesmo mármore totalmente brancos, tem seus custos muito superiores ao
que demonstrou o estudo da viabilidade econômica dos compósitos.
A metodologia mostrou que o modelo estudado pode ser sustentável para o
desenvolvimento de novos materiais compósitos para o setor de mineração da área de
rochas ornamentais. A utilização dos rejeitos de materiais de pedras para o
desenvolvimento de rochas sintéticas, mostra vantagens na diminuição da quantidade
de rejeito a ser descartada na natureza, além de agregar valor a um resíduo
indesejável, e possibilita também a geração de novos empregos.
Como sugestões para trabalhos futuros ficam a necessidade de melhor
caracterizar as propriedades mecânicas dos compósitos sob efeitos de menor tempo
de compactação na fase do processamento destes.
Adicionalmente, com a finalidade de comprovar a adequação dos compósitos
em situações agressivas expressas pelo ambientes, como cozinhas, na fabricação de
pias, verificar a ação dos agentes químicos como óleos comestíveis, produtos cítricos
e ataques aos riscos.(resistência a abrasão).
Por fim, estudar os meios para melhorar os aspectos relacionados a estética
superficial, como o brilho. A Sugestão seria aplicar uma resina final após os
polimentos mecânicos.
110
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115
APÊNDICE - A
1- CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DA RESINA POLIÉSTER ORTOTEREFTÁLICA
ARAZYN
®
Na Tabela A.1 estão representados os dados técnicos da resina poliéster
ortotereftálica Arazyn
®
, tipo AZ 3.7#05, lote 2714 do fabricante Ara Química S.A.
Tabela A.1. Dados de análises técnicas da resina poliéster ortotereftálica Arazyn
®
Produto: Arazyn
®
AZ 3.7#05, lote 2714
Ensaio
Resultados
Viscosidade Brookfild 25ºC SP2/12 rpm 730 cps
Gel time 25 ºC, 1,0g MEK em 100g resina 12,67 min
Intervalo de pico 10,67 min
Pico exotérmico 170 º C
Teor de sólidos 66,60 %
Fonte: Adaptado da ficha técnica do certificado do produto comercializado pela
empresa CRE Indústria e Comercio de Produtos Químicos e Artefatos Plásticos.
116
APÊNDICE - B
1- CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DA RESINA ACRÍLICA POLARIS
®
Na Tabela B.1 estão representados os dados técnicos da resina acrílica
Polaris
®
, tipo PL SS 7132-19, lote 5035-L, fabricante ASHLAND.
Tabela B.1. Dados de análises técnicas da resina acrílica Polaris
®
Produto: Polaris
®
PLSS 7132, lote 5035-L
Ensaio
Resultados
Viscosidade Brookfild 25ºC SP#3 60rpm 510 cps
Gel time 25ºC 18,0 min
Intervalo de pico 8,3 min
Pico exotérmico 108 ºC
Teor de sólidos 60,9%
Fonte: Adaptado da ficha técnica do certificado do produto comercializado pela
empresa Araquímica.
117
APÊNDICE - C
1 TINUVIN® 123
Características técnicas do estabilizante a luz TINUVIN® 405 [CIBA SPECIALTY
CHEMICALS, 2006].
1.1 Geral
TINUVIN® 123 é um estabilizante tipo HALS (hindered amine light stabilizer) com
funcionalidade baseada em amino-éter. Este previne interações com ingredientes
ácidos de pinturas tais como as catálises. Sua eficiência prevê significantes melhorias
no desempenho das camadas minimizando defeitos de pintura, como rachaduras e
mantém o brilho superficial.
1.2 Composição química:
Acido decanoico, bis(2,2,6,6-tetrametil-1-(octiloxi)-4-piperidina) ester
1.3 Propriedades físicas
Peso molecular médio: 737 g/mol
Aparência: limpo, líquido ligeiramente amarelado.
Densidade: a 20ºC é igual a 0,97 g/cm
3
1.4 Aplicações
a) Automotiva e na indústria de revestimento por camadas.
b) Pinturas decorativas em madeiras ou aplicadas em vernizes.
TINUVIN® 123 foi desenvolvido principalmente para superfícies de revestimento
sólidas.
118
A forma líquida de TINUVIN® 123 também permite facilmente a emulsificação fácil em
sistemas que resistem a águas.
O desempenho do TINUVIN® 123 pode ser incrementado quando utilizado em
combinação com um absorvedor de luz UV. Em camadas automotivas, a combinação
do TINUVIN® 123 com um absorvedor de UV TINUVIN® 384, TINUVIN® 1130,
TINUVIN® 928 ou TINUVIN® 400, incrementaria a resistência ao envelhecimento e
promoveria proteção superior contra redução de brilho, rachaduras, troca de cores e
delaminações.
1.5 Concentrações recomendadas
As concentrações são baseadas em porcentagens de peso.
Na indústria automotiva (camadas/pinturas): 0,5 – 2% de TINUVIN® 123 mais 1 – 3%
de TINUVIN® 384, TINUVIN® 1130, TINUVIN® 928 ou TINUVIN® 400.
Para pinturas decorativas em madeiras: 0,5 – 2% de TINUVIN® 123 ou em
combinação com 1 – 3% de TINUVIN® 384 ou TINUVIN® 1130.
119
APÊNDICE - D
1 TINUVIN® 405
Características técnicas do estabilizante a luz TINUVIN® 405 [CIBA SPECIALTY
CHEMICALS, 2006].
1.1 Geral
TINUVIN® 405 é um absorvedor de UV do tipo hidroxifeniltriazina designado para alto
desempenho em aplicações de camadas (coberturas). A baixa volatilidade, a alta
estabilidade térmica e elevada absorção de UV permite proteção superior para
coberturas que possuem substâncias sensíveis a luz.
1.2 Composição química
2-[4-[(2-hidroxi-3-(2-etill)hexil)oxi]-2-hidroxifenil]-4,6-bis(2,4-dimetilfenil)-
-1,3,5-triazina
1.3 Propriedades físicas
Peso molecular médio: 583,78 g/mol
Aparência: pó cristalino amarelado
Temperatura de fusão: 74 – 77 ºC
1.4 Aplicações
TINUVIN® 405 é recomendado para uso em camadas com base em acrílico catalisado
e resinas poliéster. As principais áreas de aplicações são:
a) coberturas limpas (transparentes) na indústria automotiva;
b) coberturas limpas (transparentes) em pó na indústria automotiva;
120
c) Camadas em pó para produtos plásticos e madeiras;
d) Indústria de modo geral para laminados (coberturas).
É recomendado o uso do TINUVIN® 405 em combinação com estabilizantes a luz da
classe HALS, tais como TINUVIN® 144, TINUVIN® 152, TINUVIN® 292 ou TINUVIN®
123. Estas combinações produzem sinergismo nos efeitos de proteção contra redução
de brilho, rachaduras, bolhas, delaminação e troca de cor.
1.5 Concentrações recomendadas
As concentrações são baseadas em porcentagens de peso:
1,0 – 3% TINUVIN® 405 junto com
0,5 – 2% TINUVIN® 144, TINUVIN® 152 para camadas em pó ou,
0,5 – 2% TINUVIN® 292, TINUVIN® 123 pinturas líquidas.
121
APÊNDICE - E
1 Ensaio de teor de cinzas da Pedra 1
As Tabelas E.1, E.2 e E.3 apresentam os resultados do ensaio de teor de
cinzas nas amostras da pedra sintética – Pedra 1.
Tabela E.1. Resultados do ensaio de teor de cinzas da amostra n°1 da pedra sintética
– Pedra 1.
Massa da amostra M
amostra
58,1999 g
Massa do cadinho M
cadinho
41,7999 g
Massa do cadinho + massa da amostra M
cadinho +
M
amostra
99,9998 g
Massa do cadinho + massa da amostra
queimada
M
cadinho +
M
amostra queimada
95,3682 g
Massa queimada
M
queimada
=
(M
cadinho +
M
amostra
) – (M
cadinho +
M
amostra
queimada
)
M
queimada
= 99,9998g – 95,3682
M
queimada
= 4,6316 g
Massa resultante da amostra queimada (M
RAQ
)
M
RAQ
= M
Amostra
- M
queimada
M
RAQ
= 58,1999 g – 4,6316 g
M
RAQ
= 53,5683 g
Admitindo-se que o resíduo que sofreu a queima compreendia a parcela total
de polímero termofixo contido na pedra (ou seja, 4,6316 g, ver Tabela E.1) obteve-se
então que essa quantidade, em termos percentuais em relação à massa total da
amostra n°1, era de 7,95%.
Tabela E.2. Resultados do ensaio de teor de cinzas da amostra n°2 da pedra sintética
– Pedra 1.
Massa da amostra M
amostra
61,3455 g
Massa do cadinho M
cadinho
43,3727 g
Massa do cadinho + massa da amostra M
cadinho +
M
amostra
104,7182 g
Massa do cadinho + massa da amostra queimada M
cadinho +
M
amostra queimada
99,7158 g
Massa queimada
M
queimada
= (M
cadinho
+M
amostra
) – (M
cadinho
+ M
amostra
queimada
)
M
queimada
= 104,7182g – 99,7158
M
queimada
= 5,0024 g
Massa resultante da amostra queimada (M
RAQ
)
M
RAQ
= M
Amostra
- M
queimada
M
RAQ
= 61,3455 g – 5,0024 g
M
RAQ
= 56,3431 g
122
Tabela E.3. Resultados do ensaio de teor de cinzas da amostra n°3 da pedra sintética
– Pedra 1
Massa da amostra M
amostra
60,6758 g
Massa do cadinho M
cadinho
41,8793 g
Massa do cadinho + massa da amostra M
cadinho +
M
amostra
102,5551 g
Massa do cadinho + massa da amostra queimada M
cadinho +
M
amostra queimada
97,6469 g
Massa queimada
M
queimada
= (M
cadinho
+M
amostra
) – (M
cadinho
+ M
amostra
queimada
)
M
queimada
=102,5551 g – 97,6469 g
M
queimada
= 4,9082 g
Massa resultante da amostra queimada (M
RAQ
)
M
RAQ
= M
Amostra
- M
queimada
M
RAQ
= 60,6758 g – 4,9082 g
M
RAQ
= 55,7676 g
Da mesma forma que a análise anterior, obteve-se que a quantidade de
polímero termofixo que foi queimado durante o ensaio das amostras n°2 e n°3 da
pedra sintética – Pedra 1 foi de 5,0024 g (Tabela E.2) e 4,9082 g (Tabela E.3),
respectivamente.
123
APÊNDICE - F
1 Resultados do Estudo de Viabilidade Econômica
a) Quantidade do mineral granito necessária para confeccionar 1m
3
de Compósito.
No desenvolvimento de um Compósito (placa) empregou-se 600g de mineral
granito (tipo Caju) em um molde de diâmetro igual a 144mm ou 0,144m. Através
destes dados determinou-se a massa de granito por metro cúbico ou por 0,02m
3
que
foi uma medida aplicada nos Compósitos desenvolvidos (placa). Então, a área
produzida no molde foi de:
, como a espessura comercializada é em torno
de 2,0cm, ou seja, 0,02m, o volume produzido para a área anterior foi:
3
m
-4
3,26x10 A.0,02mV ==
De posse do volume foi possível determinar a massa de um Compósito de 1m
2
com
espessura de 0,02m (1,0mx1,0mx0,02m) que tem um volume de 0,02m
3
. Ou seja, para
o Compósito que desenvolvemos com volume de 3,26x10
-4
m
3
, usamos 600g de
granito, então para 0,02m
3
(regra de três) teríamos uma massa de 36,84kg.
Se fossemos desenvolver um bloco de 1m
3
, dividindo este em placas de 0,02m,
teríamos um total de 50 Compósitos ou placas (ver item “b”), então este bloco
(Compósito) apresentaria uma massa de (50 placas X 36,84 kg) = 1842 kg.
b) Determinação do número de Compósitos que se pode desenvolver em um bloco de
1m
3
.
Uma pedra (placa) de 1m
2
e espessura de 0,02m têm massa de 36,84kg de
granito. Para um bloco de 1m
3
temos massa de 1842kg, ou seja:
placas 50
36,84
1842
compósitos de Número ==
c) Custos de moagem (obtenção de partículas finas) por metro cúbico do granito.
Como não é comum a moagem individual deste tipo de mineral baseou-se os
cálculos no custo da moagem de pedras tipo britas, que varia em torno de R$
35,00/m
3
. (Informação da britadeira Volgzanger – Joinville – SC)
Segundo MIRANDA (2002) o granito tipo Caju tem densidade 2,556g/cm
3
, ou
seja, 2556 kg/m
3
. Para moer (reciclar) o granito na granulometria empregada no
124
trabalho teríamos um custo de R$ 35,00 para uma quantidade de 2556 kg. No caso
em estudo para desenvolver 50 Compósitos, usaríamos 1842 kg de mineral. Então
para esta quantidade o custo (regra de três) de reciclagem seria de R$ 25,22
d) Custo da resina para 50 Compósitos.
Através dos resultados percebeu-se que a quantidade de 10% em massa de
resina apresentou para os Compósitos, boas propriedades de tensão de compressão e
flexão. Então 10% em massa de resina sobre uma quantidade de 1842kg (que
equivale a 90% em em massa no Compósito), usando (regra de três), calculou-se que
necessita-se de 205kg de resina. O custo da Resina termofixa varia no mercado em
torno de R$ 10,00/kg. Para confeccionar 1842 kg do Compósito com granito,
necessita-se 205 kg de resina a um custo (regra de três) de R$ 2050,00.
e) Custo dos aditivos contra radiação ultravioleta.
No trabalho desenvolvido 0,5% de Tinuvin® 123 mostrou bom desempenho
nos Compósitos. Então para um total de 250 kg de resina, para fazer 50 placas, usar-
se-ia 0,5% em massa de aditivo Tinuvin® 123. Então 0,5% de 250kg é igual a 1,3kg de
aditivos.
Os valores giram em torno de R$ 100,00 / quilograma do estabilizante ultravioleta
Tinuvin® 123 e o mesmo valor do quilograma para o Absorvedor Ultravioleta Tinuvin®
405. Então o custo do Tinuvin®123 seria (1,3kg x R$ 100,00) de R$ 130,00.
No trabalho desenvolvido 1,0% de Tinuvin® 405 também mostrou bom
desempenho. Para um total de 250kg de resina aplicaríamos 1,0% de Tinuvin 405,
que equivale a uma massa de 2,50Kg a um custo (2,50kg x R$100,00) de R$ 250,00
f) Custo do catalisador.
Empregou-se o catalisador Metil-etil-cetona (MEK). Atualmente o custo deste
produto é R$ 13,00/litro (1000ml). Nos Compósitos desenvolvidos empregou-se 1,5ml
para cada 100g de resina. Então para 250kg (250000g) de resina consumiríamos
3750ml, ou seja, 3,75 litros (3,75 x R$13,00) a um custo de R$ 48,75
g) Custo de material para limpeza (solução de limpeza), para molde, equipamentos e
outros acessórios.
Supondo o gasto de 0,5 l/m
2
de solução de limpeza, em um total de 50 placas
de Compósitos, ou seja, 50m
2
teríamos um consumo de 25 litros. O custo de um litro
de solução de limpeza é R$ 5,00. O custo total (é de 25 litros x R$5,00 = R$ 50,00
para 50m
2
de Compósito)
125
h) Determinação do tempo de produção.
Para um molde de 0,80m de largura e comprimento de 2,5m, teríamos um
total de 2m
2
de área produzida com espessura de 2,0 cm (0,02m).
No desenvolvimento das pedras do nosso trabalho o tempo de ciclo girou em
torno de 60 minutos. Após domínio do processo, percebemos que seria possível
estimar o tempo de 50minutos para produzir 2m
2
, ou seja, um ciclo. Então para
produzir 50m
2
o tempo total de produção seria de 1250 minutos que equivale 20,83
horas. Em paralelo a este tempo de produção os primeiros Compósitos já estão sob o
efeito do condicionamento em estufa para acelerar o processo de cura.
i) Custo de mão-de-obra
Para esta velocidade de produção, estimamos 3 pessoas no processo,
dividindo uma para a preparação do material, uma para o processamento e uma para
o acabamento dos produtos (beneficiamento), sendo que as atividades extras, como
por exemplo; limpeza e organização das áreas de trabalho todos estariam aptos a
desenvolver.
Em média as marmorarias pagam aos funcionários em torno de R$ 4,50/hora.
Estima-se mais 60% de impostos, isto daria um custo por homem hora de R$ 7,20.
Para 3 pessoas o custo de mão-de-obra para 20,83 horas seria de R$ 450,00
j) Custo do consumo do equipamento prensa.
Uma prensa de 100 toneladas atenderia a solicitação do processo, com uma
bomba hidráulica acionada por um motor de 10CV com potência de 7,5 kw.
O custo da energia é R$ 0,38/kWh. Supondo que dos 50 minutos do ciclo é
necessário à bomba da prensa ficar ligada somente na fase do tempo gel (pré-cura do
polímero) que gira em torno de 20 minutos. Então em 20 min. produziríamos 2m
2
de
Compósito (com a bomba ligada), para desenvolver 50m
2
teríamos um tempo de
consumo energia de 500 min., que equivalem 8,33 horas. Neste tempo o equipamento
consumiria 7,5kw x 8,33horas, igual a 62,5kWh a um custo (62,5kwh x R$ 0,38/kwh)
de R$ 23,75.
k) Custo do consumo do equipamento estufa
O equipamento estufa de circulação de ar quente tem potência de 3kw.
Considerando em média o tempo de 24 horas para a complementação da cura do
Compósito, teríamos em média neste equipamento o consumo (3kw x 24 horas) de
72kwh. Mas como o equipamento não tem capacidade para acomodação de todas os
126
Compósitos necessitaríamos de uma segunda carga, ou seja, mais 24 horas de
trabalho, então o consumo total dos dois dias de trabalho chegaria a 144kwh. O valor
do consumo de energia (144kwh x R$0,38/kwh) é igual a R$ 54,72
l) Custo do consumo de um misturador
Para desenvolver a mistura de 2m
2
de material (mineral, aditivos e resina)
necessitaríamos de um misturador com um motor de 1CV que equivale à potência de
0,742kw. Dos 50 min. do ciclo este equipamento ficaria ligado somente 12 minutos.
Tempo total ligado do equipamento para desenvolver 50m
2
seria de 300 min. que
equivale 5 horas.
O consumo de energia em 5 horas (0,742kw x 5 horas) seria de 3.71kwh, a
um custo (3,71kwh x R$ 0,38/kwh) de aproximadamente R$ 1,41
m) Custo do beneficiamento.
O beneficiamento do granito natural envolve cortes polimentos. Segundo
entrevista com responsáveis da marmoraria em média este custo (abrasivos, energia,
lâminas de corte, ceras, água) gira em torno de R$ 12,00 /m
2
. Então o custo do
beneficiamento dos 50m
2
seria de R$ 600,00
n) Preço dos rejeitos de mármores e granitos
Segundo entrevistas com marmorarias os rejeitos são encontrados a um valor
de R$ 5,00/m
2
. Para nosso caso a confecção de 50m
2
de pedra sintética teria um custo
de matéria-prima (rejeitos) de R$ 250,00
o)Transporte dos rejeitos
Informações através de entrevistas mostram o custo do frete em torno de R$
2,50/km o equivalente a 250 m
2
por transporte. A densidade do granito Caju é 2,556
g/cm
3
ou 2556 kg/m
3
, então dividindo um bloco de 1,0m por 2,0 cm (0,02m) teríamos
50 placas, ou seja, este bloco com massa de 2556kg dividido por 50 pedras (de 1m
2
),
nos possibilitaria dimensionar a massa de uma pedra que é de 51,12kg. Então um
frete de 250m
2
de granito equivale a 12780kg. Supondo um deslocamento de 30km
por transporte (local do rejeito - moagem - empresa transformadora dos rejeitos), o
custo de 30 km seria (30km x R$2,50) de R$ 75,00. Para fabricar 50 placas (definido
no Item “b”) a massa seria de 1842 kg. Por regra de três determinamos que R$ 75,00
seria o valor do transporte de 12780 kg para a quantidade de 1842 kg o custo seria de
R$ 10,80.
127
p) Custos de controle de qualidade.
Segundo entrevista existe uma perda (peças não conforme) que giram em
torno de 10% da capacidade produtiva. No nosso caso podemos considerar que das
50 pedras produzidas, 10% de refugo é igual a 5 Compósito, então 45 pedras seria a
produção conforme (ou 45m
2
).
q) Custos dos retrabalhos.
Outro dado considerado (obtido por entrevista) como perdas (retrabalhos,
inadimplência, aumentos de materiais não planejados) giram em torno de 5%. Então
5% de 50 Compósitos é 2,5 pedras, ou seja, 3 pedras (3m
2
) de perdas. Então o total
de peças conforme (considerando Item “p” mais os retrabalhos) seria 42 (ou 42m
2
).
r) Custo total da produção
Das análises anteriores o custo total da produção sem as perdas seria de R$
3.944,65. Dividindo este valor por 50 Compósitos teríamos um custo de R$ 79,00 por
Compósito (ou m
2
).
Considerando uma perda de 8 Compósito (8m
2
), o custo seria de (R$ 79,00 x
8= R$ 632,00). Então o custo total da produção de 50 Compósitos seria (R$ 3.944,65
+ R$ 632,00) que equivale a R$ 4.576,65. Então o custo de produção de um
Compósito (R$ 4.576,65 / 50 ) ficou estimado em R$ 91,53.
Para melhor entendimento dos cálculos os dados foram dispostos na Tabela
F.1. Podemos considerar que o custo para desenvolver um Compósito com o mineral
mármore com resina poliéster seria equivalente ao que calculamos anteriormente para
o mineral granito (R$ 91,53), devido as fases do processo serem idênticas em relação
a consumo de energia, resina e peso do mineral ( densidade do mármore branco é
2,786g/cm
3
), ou seja, 1,1 vez maior que a do granito Caju (d= 2,556 g/cm
3
) densidade
esta que não alteraria a média do custo final da pedra.
Considerando que o preço da resina acrílica tem um acréscimo de 50% sobre o preço
da resina poliéster (no caso para produzir 50 Compósitos seria necessário 205 kg de
resina a um valor de R$ 2.050,00), com acréscimo de 50% para a resina acrílica este
custo ficaria em R$ 3.075,00. Considerando todas as demais fases do processo com
custos equivalentes aos definidos, um Compósito com resina acrílica (1m
2
), com
mineral granito ou mármore teria um custo de R$ 138,00.
128
Tabela F.1.
Custo por metro quadrado de compósitos com mineral granito e resina
poliéster
Materiais e operações do
processo
Custos dos materiais e
operações do processo
Custos por m
3
do
Compósito
Reciclagem dos rejeitos de
granito (moagem)
R$ 25,22 /1842 kg R$ 25,22
Resina poliéster R$ 10,00 / kg R$ 2.050,00
Estabilizante UV Tinuvin® 123 R$ 100 / kg R$ 130,00
Absorvedor UV Tinuvin® 405 R$ 100/ kg R$ 250,00
Catalisador (MEK) R$ 13,00 / litro R$ 48,75
Agente de limpeza R$ 5,00 / litro R$ 50,00
Mão-de-obra (3 pessoas) R$ 4,50 + 60%
impostos/pessoa
R$ 450,00
Energia para prensa R$ 0,38/kwh em um total
de 62,5kwh
R$ 23,75
Energia para estufa R$ 0,38/kwh em um total
de 144kwh
R$ 54,72
Energia para misturador R$ 0,38/kwh em um total
de 3,71kwh
R$ 1,41
Beneficiamento R$ 12,00 / m
2
R$ 600,00
Custos dos rejeitos R$ 5,00/m
2
R$ 250,00
Transporte R$ 2,50/km/250m
2
R$ 10,80
Custo total R$ 3.944,65
O custo total por Compósito (ou m
2
) é R$ 79,00
Refugo (controle de qualidade) R$ 79,00 (10% de 50
pedras = 5 pedras)
R$ 395,00
Outros (perdas) R$ 79,00 ( 5% de 50
pedras ± 3 pedras)
R$ 237,00
Custo total de 1m
3
com perdas R$ 3.944,65 + R$ 395,00
+ R$ 237,00
R$ 4.576,65
Custo de uma pedra sintética
(ou 1m
2
).
R$ 4576,65 / 50 pedras
(1m
2
)
R$ 91,53/m
2
Em contrapartida segundo informações obtidas pela marmoraria Dalsasso em
média as pedras de granito natural, no caso o Caju, é adquirido da jazida do Estado de
Espírito Santo a um custo de R$ 110,00 /m
2
, isto mostra que o granito natural tipo Caju
tem um custo 1,2 vezes maior/m
2
comparado ao Compósito com resina Poliéster, é
1,25 vezes menor/m
2
que o Compósito desenvolvido com resina Acrílica.
O custo do mármore Branco chega até a marmoraria por R$ 75,00/m
2
. Nestes casos o
Compósito com resina Acrílica e mineral mármore teria um custo 1,2 vezes maior/m
2
e
com resina Acrílica 1,8 vezes maior pó metro quadrado.
129
APÊNDICE - G
1 Ensaio de Distribuição Granulométrica das Partículas da Pedra 1
As Tabelas G.1, G.2 e G.3 e Figuras G.1, G.2 e G.3 apresentam os
resultados do ensaio de distribuição granulométrica realizado com as partículas
minerais obtidas ao final do ensaio de teor de cinzas das amostras n°1, n°2 e n°3 da
pedra sintética – Pedra 1, respectivamente.
Tabela G.1.
Distribuição granulométrica das partículas minerais da amostra nº 1 da
pedra sintética - Pedra 1 resultante do ensaio de teor de cinzas.
Malha (mm)
N° malha
(mesh)
Peso peneira
vazia (g)
Peso
peneira +
mármore
Retenção
(g)
Retenção
(%)
3,360 6 385 385,0 0,0 0,0
1,680 12 438 452,2 14,2 28,4
0,840 20 407 415,1 8,1 16,2
0,590 30 339 342,5 3,5 7,0
0,420 40 326 330,5 4,5 9,0
0,297 50 324 327,2 3,2 6,4
0,210 70 319 324,2 5,2 10,4
0,149 100 304 307,9 3,9 7,8
0,105 140 300 304,0 4,0 8,0
0,074 200 300 303,4 3,4 6,8
0,053 270 296 296,0 0,0 0,0
Prato 378 378,0 0,0 0,0
Soma 50 100
130
0,0
28,4
16,2
7,0
9,0
6,4
10,4
7,8
8,0
6,8
0,0 0,0
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
30,0
6
12
20
30
40
50
70
100
140
200
270
Prato
Retenção (%)
Número Malha (mesh)
Figura G.1.
Distribuição granulométrica das partículas minerais da amostra nº 1 da
pedra sintética – Pedra 1 resultante do ensaio de teor de cinzas.
Tabela G.2.
Distribuição granulométrica das partículas minerais da amostra nº 2 da
pedra sintética – Pedra 1 resultante do ensaio de teor de cinzas.
Malha (mm)
N° malha
(mesh)
Peso peneira
vazia (g)
Peso
peneira +
mármore
Retenção
(g)
Retenção
(%)
3,360 6 385 385,0 0,0 0,0
1,680 12 438 451,0 13,0 26,0
0,840 20 407 416,0 9,0 18,0
0,590 30 339 343,9 4,9 9,8
0,420 40 326 330,0 4,0 8,0
0,297 50 324 326,2 2,2 4,4
0,210 70 319 323,2 4,2 8,4
0,149 100 304 307,7 3,7 7,4
0,105 140 300 304,3 4,3 8,6
0,074 200 300 304,7 4,7 9,4
0,053 270 296 296,0 0,0 0,0
Prato 378 378,0 0,0 0,0
Soma 50 100
131
0,0
26,0
18,0
9,8
8,0
4,4
8,4
7,4
8,6
9,4
0,0 0,0
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
30,0
6
12
20
30
40
50
70
100
140
200
270
Prato
Retenção (%)
Número Malha (mesh)
Figura G.2.
Distribuição granulométrica das partículas minerais da amostra nº 2 da
pedra sintética – Pedra 1 resultante do ensaio de teor de cinzas.
Tabela G.3.
Distribuição granulométrica das partículas minerais da amostra nº 3 da
pedra sintética – Pedra 1 resultante do ensaio de teor de cinzas.
Malha (mm)
N° malha
(mesh)
Peso peneira
vazia (g)
Peso
peneira +
mármore
Retenção
(g)
Retenção
(%)
3,360 6 385 385,0 0,0 0,0
1,680 12 438 453,0 15,0 30,0
0,840 20 407 414,7 7,7 15,4
0,590 30 339 342,8 3,8 7,6
0,420 40 326 329,8 3,8 7,6
0,297 50 324 326,5 2,5 5,0
0,210 70 319 326,7 7,7 15,4
0,149 100 304 307,8 3,8 7,6
0,105 140 300 301,9 1,9
3,8
0,074 200 300 303,8 3,8 7,6
0,053 270 296 296,0 0,0 0,0
Prato 378 378,0 0,0 0,0
Soma 50 100
132
0,0
30,0
15,4
7,6 7,6
5,0
15,4
7,6
3,8
7,6
0,0 0,0
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
30,0
35,0
6
12
20
30
40
50
70
100
140
200
270
Prato
Retenção (%)
Número Malha (mesh)
Figura G.3.
Distribuição granulométrica das partículas minerais da amostra nº 3 da
pedra sintética – Pedra 1 resultante do ensaio de teor de cinzas.
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