Silicone e Mastic Mineral - Análises e Testes
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7/22/2019 Silicone e Mastic Mineral - Anlises e Testes
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WANDERLEY DA COSTA
COMPORTAMENTO DAS FORAS DE ADESO DO ADESIVO
SELANTE DE SILICONE E DO MASTIC BUTLICO SOB O EFEITO
DA RADIAO IONIZANTE
So Paulo
2012
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WANDERLEY DA COSTA
COMPORTAMENTO DAS FORAS DE ADESO DO ADESIVO
SELANTE DE SILICONE E DO MASTIC BUTLICO SOB O EFEITO
DA RADIAO IONIZANTE
So Paulo
2012
Tese apresentada como parte
dos requisitos para obteno do
grau de Doutor em Engenharia.
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WANDERLEY DA COSTA
COMPORTAMENTO DAS FORAS DE ADESO DO ADESIVO
SELANTE DE SILICONE E DO MASTIC BUTLICO SOB O EFEITO
DA RADIAO IONIZANTE
So Paulo2012
Tese apresentada como parte dos
requisitos para obteno do grau de
Doutor em Engenharia.
rea de concentrao:
Engenharia de Metalrgica e de Materiais.
Orientador: Prof. Dr. Hlio Wiebeck
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Este exemplar foi revisado e alterado em relao verso original, sobresponsabilidade nica do autor e com a anuncia de seu orientador.
So Paulo, 09 de fevereiro de 2012.
Assinatura do autor ____________________________
Assinatura do orientador _______________________
FICHA CATALOGRFICA
DEDICATRIA
Costa, Wanderley daComportamento das foras de adeso do adesivo selante de
silicone e do mastic butlico sob o efeito da radiao ionizante /W. da Costa. -- ed.rev. -- So Paulo, 2012.
93 p.
Tese (Doutorado) - Escola Politcnica da Universidade deSo Paulo. Departamento de Engenharia Metalrgica e de Mate-riais.
1. Silicone 2. Adesivos 3. Selantes 4. Radiao ionizanteI. Universidade de So Paulo. Escola Politcnica. Departamentode Engenharia Metalrgica e de Materiais II. t.
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Dedico este trabalho ao grande mestre Paramahansa Yogananda, que meensinou que eu devo enfrentar a batalha da vida com a coragem de umheri e um sorriso de conquistador, vivendo como um prncipe de paz,
sentado no trono da tranquilidade, dirigindo o reino das atividades.
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AGRADECIMENTOS
Acima de tudo ao nosso Pai Celestial, e aos meus Gurus por todas as ddivasque tive na vida.
Aos meus pais Joo e Filomena, aos meus padrinhos Nicomdio e Aurora por
me tornarem a pessoa que sou.
minha esposa Silvana pelo amor e pacincia incondicional.
Aos meus anjos da guarda: William e Adriely.
Aos meus mestres Paramahansa Yogananda e Swami Sri Yukteswar Giri pela
sabedoria transmitida durante toda minha vida.
Em especial ao Prof. Dr. Hlio Wiebeck pela confiana, pacincia, sabedoria e
orientao deste trabalho.
Ao Prof. Dr. Jos Roberto Martinelli pelo apoio nas discusses dos artigos
cientficos sobre o tema.
Professora MSc. Edith Marie Malateaux de Souza pela valiosa ajuda nas
discusses sobre o tema.
A toda diretoria da empresa BRASCOLA LTDA pela valiosa colaborao e
confiana neste trabalho e pela disponibilidade do laboratrio de Pesquisa e
Desenvolvimento e na liberao de relatrios internos sobre o tema. A equipe dequmicos pela ajuda nos ensaios fsicos, em especial ao qumico pesquisador
Edson Garcia Blanco pela colaborao na discusso dos resultados dos
ensaios.
Ao Professor Dr. Leonardo A.G, Silva e ao Centro de Tecnologia das Radiaes-
IPEN pela colaborao na irradiao dos corpos de prova, e nos ensaios de
grau de reticulao.
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RESUMO
Os adesivos so produtos capazes de manter materiais unidos, mediante
ligaes entre as superfcies. Selantes so produtos capazes de manter
preenchido um espao entre duas superfcies, por meio de uma barreira que se
configura como uma ponte entre as duas superfcies. O mastic um produto
obtido por uma mistura de substncias tendo como principal polmero o butil,
com consistncia de uma massa no secativa que pode ser utilizada como
selante. Os polisiloxanos, tambm conhecidos como silicones so os mais
importantes polmeros sintticos com estrutura inorgnica, e so matrizes dos
adesivos selantes de silicone. Para comprovar como o comportamento dasforas de adeso destes produtos acontece, foram utilizadas cinco tcnicas
diferenciadas. Estes produtos foram submetidos a duas condies distintas para
verificar o comportamento da adeso, um em condies ambiente e outro sob
influncia de radiao ionizante. Os resultados obtidos demonstraram no s a
diferena entre produtos (silicone e mastic), mas tambm que as foras de
adeso tm comportamentos diferentes nas condies s quais foram
submetidas s amostras. Com isto atingi-se o objetivo desse estudo que apresentar a diferenciao entre o mastic e o silicone, muitas vezes
considerados como um s produto denominado mastic. Desta forma comprova-
se que:
1. o silicone pode ser considerado um adesivo selante em condies ambientes
2. o mastic melhora consideravelmente sua adeso, quando submetido radio
ionizante, e esta caracterstica de adeso pode ser uma excelente alternativa para
o mercado de adesivos.
Palavras-chave: adesivo, selantes, adesivo selantes de silcone e mastic
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ABSTRACT
Adhesives are products that can keep materials together by bonds between the
surfaces. Sealants are products that can keep filled a space between two
surfaces, through a barrier that is configured as a "bridge" between the two
surfaces. The mastic is a product made of a mixture of substances with the
primary butyl polymer, with the consistency of a mass not dried that can be used
as a sealant. The polysiloxane, also known as silicone are the most important
synthetic polymers with inorganic structure, and are matrices of silicone adhesive
sealants. To demonstrate the behavior of the adhesive forces of these products
under different conditions, we used five different techniques. These products
were subjected to two different conditions to verify the behavior of adhesion, one
at the environmental condition and another under the ionizing radiation. The
results showed not only differences between products (silicone and mastic), but
also that the adhesive forces have different behaviors under the conditions which
the samples were subjected. With this was reached the goal of this study that
aspired show the differences between the mastic and silicone, this last one is
often considered - erroneously - the same as mastic. Thus it was proven that:
1. silicone can be regarded as an adhesive and a sealant at ambient
conditions,
2. mastic improves substantially adhesion in an environment of ionizing
radiation and this property can be an excellent alternative to the adhesive
market.
Keywords: adhesive, sealants, silicone adhesive sealants and mastic
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SUMRIO
AGRADECIMENTOS
RESUMO
ABSTRACT
LISTA DE FIGURAS
LISTA DE TABELAS
1 INTRODUO................................................................................................ 14
2 REVISO BIBLIOGRFICA........................................................................... 17
2.1 ADESO................................................................................................... 20
2.1.1 Ligao adesiva............................................................................ 20
2.1.1.1 Teoria da adsoro...................................................................... 22
2.1.1.2 Teoria mecnica.......................................................................... 23
2.1.1.3 Teoria eletrosttica...................................................................... 24
2.1.1.4 Teoria da difuso......................................................................... 24
2.1.1.5 Teoria da interface....................................................................... 24
2.1.2 Vantagens da ligao adesiva...................................................... 26
2.1.3 Silicone...........................................................................................27
2.1.4 Selantes e mastic.......................................................................... 38
2.1.5Recomendaes para durabilidade da colagem......................... 43
2.1.6 Propriedades mecnicas do silicone e do mastic ...................... 44
2.1.7 Propriedades elsticas do silicone e do mastic......................... 44
2.1.8 Funcionalidade de um produto.................................................... 46
3 MATERIAIS E MTODOS............................................................................... 47
3.1 ENSAIO DE ALONGAMENTO E RUPTURA.......................................... 48
3.2 ENSAIO DE GRAU DE RETICULAO................................................... 52
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3.3 ENSAIO DE CALORIMETRIA EXPLORATRIA DIFERENCIAL(DSC).................................................................................................................. 52
3.4 ENSAIO MECNICO: TRAO................................................................ 52
3.5 ESPECTROSCOPIA INFRAVERMELHA POR TRANSFORMADA DEFOURIER (FTIR).............................................................................................. 58
3.6 IRRADIAO DAS AMOSTRAS............................................................... 59
4 RESULTADOS E DISCUSSO...................................................................... 61
5 CONCLUSO................................................................................................. 87
6 SUGESTES PARA TRABALHOS FUTUROS............................................. 89
REFERNCIAS.................................................................................................. 90
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LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Energia de superfcie do substrato................................................ 19
Figura 2 - Adeso e coeso......................................................................... 22Figura 3 - Estrutura inorgnica e inorgnica-orgnica do silcio, (a) SiO e (b)
SiC............................................................................................................... 27
Figura 4 - Reaes para obteno do polmero silicone.............................. 29
Figura 5Principal estrutura do polmero de silicone................................. 29
Figura 6 - Reao de oxidao do silicone.................................................. 31
Figura 7 - Mecanismo do processo de cura do adesivo selante de silicone - mono
componente................................................................................................... 33Figura 8 - Mecanismo de adeso do selante de silicone no vidro................. 34
Figura 9 - Exemplo de formulao adesivo selante de silicone de baixo
mdulo........................................................................................................ 35
Figura 10 - Colagens de vidros com adesivo selante de silicone................ 37
Figura 11 - Ensaios Mecnico: Trao (11A); (11B)................................... 47
Figura 12 - Manta de silicone, aps 28 dias da aplicao.......................... 49
Figura 13 - Corpos de prova silicone, aps 28 dias da aplicao preparados
conforme a norma ASTM D 412.................................................................. 49
Figura 14 - Corpos de prova silicone no ensaio de alongamento at a
ruptura....................................................................................................... 50
Figura 15 - Manta de mastic, aps 28 dias da aplicao........................... 50
Figura 16 - Manta de mastic, aps 28 dias da aplicao, sem condies para o
ensaio de ruptura......................................................................................... 51
Figura 17 - Manta de mastic, aps 28 dias de sua aplicao no apresenta a cura
do material.................................................................................................. . 51
Figura 18 - Preparao dos corpos de prova mastic, retirando excesso de
material........................................................................................................ . 54
Figura 19 - Preparao dos corpos de prova mastic, ajustando no
gabarito........................................................................................................ 54
Figura 20 - Preparao dos corpos de prova silicone, aplicando o
material........................................................................................................ 55
Figura 21 - Preparao dos corpos de prova silicone, ajustando no
gabarito........................................................................................................ 55
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Figura 22 - Corpo de prova mastic sendo tracionado.................................. 56
Figura 23 - Corpo de prova mastic sendo tracionado, at a descolagem do
material........................................................................................................ 56
Figura 24 - Corpo de prova silicone sendo tracionado................................ 57
Figura 25 - Corpo de prova silicone tracionado at a descolagem do
material........................................................................................................ 57
Figura 26 - Corpos de prova (cilindros) mastic e silicone, aps 28 dias de
aplicao...................................................................................................... 60
Figura 27 - Curva DSC da amostra de silicone sem radiao ionizante...... 63
Figura 28 - Curva DSC da amostra de silicone com radiao de 5kGy....... 64
Figura 29 - Curva DSC da amostra de silicone com radiao de 10kGy..... 65Figura 30 - Curva DSC da amostra de silicone com radiao de 20kGy..... 66
Figura 31 - Curva DSC da amostra de silicone com radiao de 30kGy..... 67
Figura 32 - Curva DSC da amostra de mastic sem radiao ionizante........ 68
Figura 33 - Curva DSC da amostra de mastic com radiao de 5kGy......... 69
Figura 34 - Curva DSC da amostra de mastic com radiao de 10kGy....... 70
Figura 35 - Curva DSC da amostra de mastic com radiao de 20kGy....... 71
Figura 36 - Curva DSC da amostra de mastic com radiao de 30kGy....... 72Figura 37 - Tenso de cisalhamanto do silicone sem radiao nos ciclos de 7, 14
e 28 dias aps aplicao.............................................................................. 73
Figura 38 - Tenso de cisalhamanto do mastic sem radiao nos ciclos de 7, 14 e
28 dias aps aplicao................................................................................. 74
Figura 39 - Tenso de cisalhamento do silicone com doses de radiao aps
28 dias de cura.............................................................................................. 75
Figura 40 - Trao de cisalhamento do mastic com radiao aps 28 dias decura............................................................................................................... 76
Figura 41 - Tenso de cisalhamanto em funo da radiao, amostra 1..... 77
Figura 42 - Tenso de cisalhamanto em funo da radiao, amostra 2..... 77
Figura 43 - Tenso de cisalhamanto em funo da radiao, amostra 3..... 78
Figura 44 - Tenso de cisalhamanto em funo da radiao, amostra 4..... 78
Figura 45 - Tenso de cisalhamanto em funo da radiao, amostra 5..... 79
Figura 46 - Tenso de cisalhamanto em funo da radiao, amostra 6..... 79
Figura 47 - Tenso de cisalhamanto em funo da radiao, amostra 7..... 80
Figura 48 - Tenso de cisalhamanto em funo da radiao, amostra 8..... 80
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Figura 49 - Tenso de cisalhamanto em funo da radiao, amostra 9.... 81
Figura 50 - Tenso de cisalhamanto em funo da radiao, amostra 10.. 81
Figura 51 - Estrutura do polmero butil...................................................... 83
Figura 52 - Espectros de FTIR do silicone antes e aps irradiao com feixe de
eltrons 30 kGy......................................................................................... 84
Figura 53 - Espectros de FTIR do mastic antes e aps irradiao com feixe de
eletrns 30 kGy......................................................................................... 85
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LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Classificao dos vrios mecanismos de adeso................... 17
Tabela 2 - Principais substncias que compe a matriz dos silicones...... 30
Tabela 3Exemplos de formulaes de mastic......................................... 39
Tabela 4 - Caracteristicas dos selantes butil (mastic) e silicone.................. 43
Tabela 5 - Ensaios de alongamanto e resistncia trao na ruptura do
silicone......................................................................................................... 60
Tabela 6 - Resultados dos ensaios de gel do mastic e silicone................... 61
Tabela 7 - Tenso de cisalhamento silicone sem radiao ionizante em funo do
tempo........................................................................................................... 82
Tabela 8 - Tenso de cisalhamento mastic sem radiao ionizante em funo do
tempo........................................................................................................... 82
Tabela 9 - Tenso de cisalhamento silicone com radiao ionizante em funo da
dose.............................................................................................................. 82
Tabela 10 -Tenso de cisalhamento mastic com radiao ionizante em funo da
dose............................................................................................................... 83
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1 INTRODUO
Evidncias arqueolgicas indicam que os adesivos tm sido usados por
mais de 6.000 anos e que muitos objetos que podem ser vistos em museus aindaesto colados com adesivos at por mais de 3.000 anos. Mesmo que no se
necessite de um extremo de confiabilidade e durabilidade, ainda assim deseja-se
que o adesivo dure mais do que o dispositivo em que for aplicado. A arte de
formular, que se desenvolveu por volta de 1950, consistia basicamente em se
utilizar certospolmeros naturais como meio de colar um determinado material
em outro. Utilizou-se cola de origem animal, material asfltico, resina de rvores
entre outros materiais, tudo isso muito antes da introduo das tcnicas
modernas, baseadas no emprego de amido vegetal ou polmeros sintticos.
O adesivo um produto obtido por meio de uma mistura de substncias
capaz de unir materiais por meio de um processo de cura ou cristalizao,
mediante ligaes qumicas na superfcie. Ter uma consistncia adequada para
sua aplicao seja manual ou automatizada.
O selante um produto obtido por meio de uma mistura de substncias
capaz de selar e vedar uma fenda em diversos materiais podendo colar ou no.
Sendo capaz de manter pelo menos preenchido um espao entre duas
superfcies, formando assim uma ponte entre elas, tanto fsica como qumica.
O mastic um produto obtido por uma mistura de substncias, com uma
consistncia de uma massa no secativa que pode ser utilizada como selante,
na rea de adesivos estes selantes so formulados principalmente com as
borrachas butlicas.
Percebe-se que na prtica existe uma dificuldade de diferenciao entre
adesivo, selante e mastic, esta falta de exatido nas definies e escassez de
publicao leva a necessidade de um aprofundamento mais detalhado sobre o
tema.
Tanto os adesivos como os selantes apresentam adeso. Um fenmeno
complexo em que os materiais so unidos por meio de uma colagem est
relacionada com as tenses entre o adesivo e o material (substrato) e as
interaes nas superfcies.
Com o passar do tempo, desenvolveram-se vrios adesivos queapresentavam propriedades idnticas (seno melhores), transformando a antiga
http://localhost/Edith/WANDY_USP/polimeros.htmhttp://localhost/Edith/WANDY_USP/polimeros.htm -
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arte numa tcnica aprimorada de aplicao. Hoje em dia, vrios fatores contam
na escolha de um determinado tipo de adesivo:
1. Os adesivos devem ser compatveis com a superfcie em que sero
aplicados;
2. Se esta superfcie for impermevel, e no absorvente, os adesivos
devero estar livres de gua ou solventes orgnicos;
3. Devero ter baixo custo;
4. Os adesivos no devero ser mais rgidos que o material onde sero
aplicados, para que as tenses no se concentrem nos adesivos;
5. Aps endurecerem, a junta colada dever estar apta a resistir s
condies ambientes.O endurecimento de alguns adesivos pode ser efetuado dos seguintes
modos:
a. Resfriamento de um slido fundido - Esse processo j era utilizado na
Roma antiga para a confeco de barcos, sendo o betume o adesivo em
questo. Por exemplo, cera de parafina reforada com polietileno,
usada para o revestimento de papis que necessitam pouca
permeabilidade umidade. Os dicidos comercialmente importantesnesse caso so dmeros ou trmeros de cidos graxos insaturados, que se
unem por meio das insaturaes. J os grupos amida dos polmeros
assim obtidos do boa adeso ao papel, couro, metais e borracha, e as
cadeias alifticas do flexibilidade ao adesivo.
b. Tcnica de evaporao do solvente - A adio de um solvente ao adesivo
visa principalmente a reduo de sua viscosidade. Assim, a gua usadapara dissolver amido, dextrinas, cola de protenas, silicato de sdio,
poliacetato de vinila (PVA), etc. No caso de adesivos formulados com
borracha natural ou regenerada, policloropreno, borracha ntrica,
nitrocelulose e alguns polmeros vinlicos, utilizam-se solventes orgnicos.
O uso consiste na aplicao de emulso do adesivo em seu solvente na
superfcie a ser colada, faz-se presso e, quando o solvente evaporar, a
colagem estar feita.
Esta tcnica empregada em fitas gomadas, etiquetas, etc., sendo os
constituintes mais usados no preparo destes adesivos contendo
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polmeros citados anteriormente, uma resina aglutinante (politerpeno),
antioxidantes, plastificantes (como o leo mineral e a lanolina) e carga,
como xido de zinco, xido de magnsio e xido de alumnio tri hidratado.
c. Polimerizao no local - Nesse caso obtida pela formao de ligaes
cruzadas entre elas. Pertencem a este grupo todas as resinas
termorrgidas, como a resina uria-formol (conhecida como baquelite),
melanina-formol, a borracha de silicone, poliuretanos, etc. Os adesivos
desse grupo possuem a vantagem, principalmente depois de curados, de
apresentar grande estabilidade dimensional, resistncia a elevadas
temperaturas e a solventes, em comparao com os demais adesivos.
O mercado brasileiro de adesivo, com base nos dados estatsticos da
ABIQUIM (Associao Brasileira das Indstrias Qumicas) no ano de 2010,
movimentou vendas da ordem de 374.191 toneladas de produtos que
corresponde a um faturamento de aproximadamente R$ 2,38 bilhes de reais.
Os selantes representam 65.871 toneladas deste mercado, que correspondem
aproximadamente a R$ 457 milhes de reais.
Portanto, este trabalho tem por finalidade realizar uma investigao prtica,
diferenciando os selantes de silicone e os de mastic, em funo do
comportamento das tenses de cisalhamento, com e sem radiao ionizante.
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2 REVISO BIBLIOGRFICA
Na reviso bibliogrfica vamos esplanar os conceitos bsicos utilizados
nos adesivos e selantes.
Lee e Orlowski (1973) definiram o termo adesivo como uma substncia
capaz de unir materiais pelo envolvimento de suas superfcies. A adeso um
estado em que duas superfcies esto unidas por foras interfaciais que
poderiam ser de valncia primria ou secundria, qumicas ou mecnicas,
apresentados na Tabela 1. Os adesivos so compostos por substncias
inorgnicas e orgnicas.
Tabela 1 Classificao dos vrios mecanismos de adeso dos selantes
Adeso Efeitos geomtricosrugosidade, porosidade,
retenes microscpicas
Unio mecnica Efeito reolgico estresse e contrao
Foras de unio inica
Adeso valncia unio covalente
qumica primria unio metlica
Adesiva Foras de interao bi-polar
Especfica valncias foras de Van der Waals
secundrias pontes de hidrognio
Fonte: Adaptado da tese Coutinho (2000)
Conforme a norma ABNT NBR 9239:2011 o termo adesivo substncia
ou matria capaz de manter materiais unidos, mediante ligaes de superfcie.Petrie (2007) define selante como uma substncia capaz de manter pelo
menos preenchido um espao entre duas superfcies, mantendo uma barreira e
tornando-se como uma ponte entre as duas superfcies.
Os adesivos e selantes so denominaes muitas vezes consideradas em
conjunto porque ambos realizam o mesmo trabalho de colar e selar, e devem
atender tanto as especificaes de engenharia quanto as ambientais.
Os principais conceitos de uma ligao adesiva so: adesivo; adeso eaderentes.
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A adeso pode ser definida adeso como sendo a atrao molecular
exercida entre as superfcies de contato dos materiais ou a atrao de
molculas em uma interface. As foras moleculares atrativas que envolvem a
adeso foram divididas em fsicas e qumicas. As foras fsicas incluam as
foras de Van der Waals, ligaes de hidrognio e interao bipolar. As foras
qumicas resultaram das formaes de ligaes covalentes, inicas e metlicas
e so consideradas mais resistentes que as foras de unio fsica (Coutinho,
2000).
Para estabelecer a adeso, o adesivo ou selante deve preencher em
funo de sua massa e viscosidade a maior rea possvel, levando em
considerao o relevo da superfcie do material onde ocorrer a adeso entre osmateriais (Buonocore, 1963). A molhabilidade um conceito, muito importante
para os adesivos e selantes, que traduz a capacidade de um lquido molhar um
slido e estabelece que a tenso crtica de superfcie do slido deve no mnimo
ser igual numericamente a tenso superficial do lquido (Fox, 1950). Essa
caracterstica de molhamento fundamental entre as molculas do adesivo e do
aderente (material tambm chamado de substrato).Quando as foras atrativas
entre as molculas do adesivo ou selante e do substrato so intensas, pode-sedizer que houve o molhamento, isto , adeso. Esse fenmeno estava
associado existncia de pequeno ngulo de contato, prximo de 0o. Isso
significa um excelente espalhamento do adesivo ou selante sobre a superfcie
do substrato.
Thelen (1966) define adeso como sendo a fora de unio nas superfcies de
contato de dois materiais. As foras fsicas de atrao e absoro, descritas
juntamente como foras de Van der Waals, tm maior significado na adeso. Aamplitude dessas foras intermoleculares consideravelmente mais baixa se o
material adesivo no entrar em contato profundo com os locais de adeso
devido rugosidade relativa das superfcies tratadas mecanicamente. Esta a
razo pela qual o adesivo ou selante deve penetrar diretamente dentro da
rugosidade da superfcie completando a todos os espaos da mesma. Desta
maneira, a resistncia da fora do adesivo ou selante depende da penetrao do
mesmo na superfcie (para atingir a mais completa troca intermolecular). Em
determinada tenso da superfcie do adesivo, a molhabilidade depende da
energia da superfcie do substrato e da viscosidade do adesivo. A molhabilidade
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tambm pode ser reduzida, se substncias contaminantes estiverem presentes na
superfcie do material. Uma considerao importante a relao entre a energia
de superfcie do adesivo e o material. Ambos constituem uma funo direta do
ngulo de contato, como demostrado na Figura 1 (Fleischmann, 1997).
Figura 1 - Energia de superfcie do substrato
Fonte: Adaptado do livro - Loctaite (Fleischmann, 1997)
As foras secundrias ou foras de Van der Waals so as principais
foras que deveriam atuar quando se projeta um adesivo. Existem dois critriospara se obter alta adeso: 1 - o adesivo deveria primeiro apresentar uma boa
molhabilidade na superfcie do substrato; 2 - o adesivo deveria mudar da fase
lquida para slida, com mnima contrao. As molculas do adesivo
deveriam entrar em contato ntimo com as molculas do substrato. Quando se
deseja uma adeso mecnica, necessrio que o adesivo seja capaz de escoar
nos orifcios, poros ou fendas microscpicas. Assim, independente do tipo de
mecanismo de adeso, para se alcanar uma adeso t ima dever-se-ia primeiro
possuir uma superfcie limpa. Fleischmann (1997) alerta que a presena de
impurezas no permite uma adeso forte, pois impedem a atuao das foras
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de Van der Waals; em segundo lugar, necessitou-se de um adesivo com
viscosidade bastante baixa para que pudesse escoar sobre a superfcie e
microretenes e, por ltimo, que houvesse uma "compatibilidade" qumica
entre o adesivo e a superfcie de tal modo que as molculas das duas
substncias realmente entrassem em contato. Entretanto as foras localizadas
na superfcie tenderam a inclinar-se em direo s molculas adjacentes, ao
invs de projetarem-se no espao. O resultado foi uma intensificao ou
concentrao visvel de foras na superfcie do material.
2.1ADESO
A adeso um fenmeno complexo tem envolvido esforos distintos em
sntese de polmeros, qumica de superfcies e ainda da mecnica terica
experimental. A superfcie na adeso um dos passos mais importantes e sabe-
se que a resistncia das ligaes est intimamente ligada afinidade do adesivo
com a superfcie de contato. Em funo destas consideraes de suma
importncia conhecer alguns conceitos sobre adesivos.
O conhecimento do processo de aplicao de adesivos essencial para umaadeso bem sucedida. As causas mais frequentes de falha nas adeses no
envolvem resistncia do adesivo, e sim a preparao inadequada dos substratos e a
seleo imprpria do adesivo.
2.1.1 - Ligao adesiva
As foras envolvidas na interao entre adesivo e substrato so asmesmas que esto presentes no interior do adesivo, isto , so foras que esto
atreladas a formulao e interao com as matrias primas que compe o
mesmo. Para compreender o que ocorre com um adesivo, necessrio primeiro
conhecer as foras que mantm as molculas do adesivo unidas entre si, no s
ocorre com os adesivos de baixa viscosidade como tambm com os selantes
(Quini, 2011).
As foras adesivas e coesivas podem ser classificadas como primrias e
secundrias. Foras primrias so subdivididas em foras covalentes, inicas e
metlicas. As foras covalentes so aquelas formadas por ligaes covalentes,
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que apresentam energia de ligao entre 60 e 700 kJ.mol-1, como por exemplo
aquelas encontradas em polmeros orgnicos ramificados. As ligaes inicas, de
energia entre 600 e 1000 kJ.mol-1 so aquelas formadas por ligaes qumicas
inicas como as presentes em cristais inorgnicos. As foras metlicas, de
energia entre 100 e 350 kJ.mol-1 correspondem s foras presentes entre os
tomos de uma liga metlica (Petrie, 2007).
Existem trs tipos de foras secundrias, tambm chamadas de foras de
Van der Waals: o dipolo induzido, dipolo permanente e ligaes de hidrognio so
importantes tanto quanto as primrias (Payne, 1964). As foras do tipo dipolo
induzido, so tambm conhecidas como foras de London, tm energia de ligao
entre 0,1 e 40 kJ.mol-1 e as de dipolo permanente, tm energia entre 4 e 20kJ.mol-1 e esto presentes entre molculas polares. Quando em uma molcula
existem elementos muito eletronegativos, por exemplo, flor, oxignio e
nitrognio, ligados a tomos de hidrognio, a eletronegatividade destes tomos
exerce uma maior atrao do par eletrnico desta ligao polarizando a molcula,
consequentemente esta molcula ao aproximar-se de outra que tenha elementos
eletronegativos ir interagir com o hidrognio formando uma ligao chamada de
ligao de hidrognio, que apresenta energia em torno de 40 kJ.mol-1
.Destaca-se que as foras primrias no esto presentes na maioria dos
adesivos sendo, entretanto, uma necessidade nos adesivos de alto desempenho,
tambm denominados de estruturais (epxi e metacrilatos). Para a maioria dos
adesivos, as foras mais importantes relativas adeso so as foras
secundrias. A exata natureza destas foras e sua influncia na resistncia
adesiva e coesiva so difceis de determinar com preciso em razo de sua
complexidade que est atrelada com a formulao do adesivo (Quini, 2011).As foras de interao entre o adesivo e o substrato podem ser medidas
com a mensurao do trabalho necessrio para ocorrer uma separao das duas
superfcies, que pode ser entre o adesivo e substrato, ou para que haja uma
separao entre as molculas de um material slido. Esta fora dependente das
foras intermoleculares que existem no material e sobre o espao intermolecular,
sendo s vezes chamada de energia de superfcie.
O mecanismo de adeso para adesivos como para selantes que
corresponde unio entre o adesivo e o substrato, ainda no foi totalmente
esclarecido. Muitas teorias foram formuladas, mas nenhuma delas foi capaz de
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esclarecer completamente o fenmeno. Algumas so mais adequadas a certos
substratos e aplicaes, outras so mais apropriadas a diferentes circunstncias.
Cada teoria tem sido assunto de estudos, questionamento e controvrsias. No
entanto, cada uma delas emprega conceitos e informaes que so aplicveis na
compreenso dos requisitos bsicos de uma boa ligao entre adesivo e
substrato (Ahagon, Gent, 1975).
Os componetes das formulaes tanto de adesivos como de selantes so
pontes entre as superfcies dos substratos, quer sejam dos mesmos materiais ou
diferentes. O mecanismo de adeso e coeso demonstrado na Figura 2. A adeso
seja do adesivo ou selante est diretamente relacionada com a superfcie, enquanto
que a coeso est atrelada s foras entre os componentes da formulao, aresultante de ambas o resultado da colagem.
Figura 2 - Adeso e coesoFonte: Adaptado do livro Loctaite (Fleischmann, 1997)
2.1.1.1Teoria da adsoro
A teoria da adsoro estabelece que a adeso seja o resultado do contato
molecular entre dois materiais e as foras de atrao se desenvolvem na
superfcie. A adeso resulta da adsoro de molculas do adesivo pelo substrato
e as foras secundrias de Van der Waals passam a atuar. Para estas foras se
desenvolverem nas respectivas superfcies no devem estar separadas mais do
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que 50 nanmetros de distncia. Portanto, o adesivo deve ter um contato
molecular muito prximo com a superfcie do substrato. Para que este contato
ocorra preciso que haja uma boa molhabilidade. Esta molhabilidade ocorre
quando o adesivo consegue fluir entre as irregularidades existentes na superfcie
do substrato, preenchendo desta forma os vales da superfcie. Quando isto no
ocorre pode haver o acmulo de minsculas bolhas de ar ao longo da interface
dando origem a regies vazias enfraquecendo a colagem (Schneberger, 1970).
A molhabilidade favorecida quando a energia de superfcie do substrato
alta e a tenso superficial do lquido baixa. Polmeros de baixa energia
superficial molham facilmente substratos de alta energia, como por exemplo,
metais. De forma inversa, substratos polimricos de baixa energia so de difcilmolhabilidade, como por exemplo: polietileno, polipropileno e polmeros fluorados
(Quini, 2011).
2.1.1.2 Teoria mecnica
A superfcie de um material slido nunca totalmente lisa, mas consiste de
uma combinao de picos e vales. Logo, desejvel que o adesivo seja capaz depreencher estas micro cavidades expulsando o ar presente no interior das
mesmas.
Uma das formas de aumentar a adeso, considerando a rugosidade
superficial, pelo acrscimo da rea total de contato entre adesivo e substrato.
Outra forma que aps o preenchimento das cavidades o adesivo formar uma
ancoragem mecnica com o substrato.
H muitos casos onde as foras de adeso resultam de um trabalhoconjunto na junta, Nestes casos, a resistncia apresentada pela junta ser uma
soma da adeso ocorrida em razo das interaes primrias e secundrias, com
o efeito da ancoragem mecnica ocorrido.
A ancoragem mecnica do adesivo parece ser o fator primordial no
processo de colagem de substratos porosos. Frequentemente a ligao entre o
adesivo e o substrato no poroso melhora aps o substrato receber um
tratamento abrasivo. O efeito benfico da rugosidade na superfcie ocorre em
razo da ancoragem mecnica, formao de uma superfcie mais limpa, formao
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de uma superfcie mais reativa e aumento da rea de contato, o sentido do
aumento da rea importante, e sua profundidade (Pocius, 1997).
2.1.1.3 Teoria eletrosttica
Embora haja aplicaes em que a eletrosttica seja considerada, esta
teoria no tem sido aplicada tanto quanto as teorias de adsoro e mecnica. A
teoria eletrosttica prope que foras eletrostticas ocorrem na forma de uma
interface entre o adesivo e substrato, atuando como uma resistncia separao.
Esta teoria pde ser confirmada pela ocorrncia de descargas eltricas quando
um adesivo submetido ao ensaio carga de descascamento (Fleischmann, 1997),tambm conhecida como tenso de despelamentodo substrato.
2.1.1.4 Teoria da difuso
O conceito fundamental da teoria da difuso que o adesivo atua por
interdifuso de molculas do adesivo com o substrato. Ela aplicvel
primordialmente quando ambos os materiais, adesivo e substrato, so de origempolimrica, possuem compatibilidade quanto polaridade. Nos substratos
termoplsticos a difuso ocorre por ao do solvente presente no adesivo ou por
calor no caso dos termofusveis conhecidos como hotmelts. Outra possibilidade
de difuso para termoplsticos quando o substrato e adesivo so solveis um
no outro, porm isto relativamente raro. Desta forma, a teoria da difuso pode
ser aplicada apenas em um nmero limitado de casos. importante lembrar que
existe uma tcnica que chamada de interdifuso a frio na qual existe umaabertura na superfcie do substrato realizada pelo solvente, onde a matria-prima
slida, do adesivo, a mesma que constitui o substrato, consequentemente
quando o solvente evaporar ocorre funo dos substratos (Voyutzkii, 1963).
2.1.1.5 Teoria da camada de interface
Quando uma falha ocorre em uma junta prximo interface do adesivo e
substrato, usualmente chamada de falha coesiva, esta falha pode originar-se
como consequncia da ruptura de uma fina camada de baixa resistncia na
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regio da interface. Esta teoria sugere que esta camada fraca pode formar-se em
razo do adesivo, substrato, ambiente ou uma combinao destas trs, a qual
pode ocorrer como decorrncia de impurezas concentradas prximo superfcie
da colagem, como por exemplo, desmoldantes, graxas, leos, poeira e migrao
de plastificantes. Por esta razo importante sempre limpar a superfcie antes da
aplicao do adesivo ou selante.
Alguns substratos metlicos contm na sua superfcie uma camada de
xidos metlicos, como xido de alumnio, que formam uma camada muito
resistente e no comprometem a resistncia da junta, dependendo da
especificao de engenharia em relao colagem pode ser um fator que eleva
as foras de adeso do mesmo. No entanto xidos de cobre presentes emalgumas ligas de cobre formam uma camada fraca e necessitam ser removidos
antes da aplicao do adesivo.
Durante o perodo de cura do adesivo tambm pode ocorrer a formao de
uma camada fraca na interface, como a que ocorre, por exemplo, em algumas
superfcies metlicas em que a presena de titnio pode reagir com certos
endurecedores (poliamida), muito comum nas colagens com adesivo base epxi.
Por fim, durante a exposio do adesivo s condies de uso, uma camada fracana interface tambm pode surgir em razo de difuso de umidade ou outro lquido
que possa ter contato com a junta. Plastificantes, solventes ou outros
componentes de baixa massa molar tambm podem migrar de dentro do corpo do
adesivo ou do substrato para a interface prejudicando a resistncia da junta
(Bikerman, 1961).
De acordo com Skeist (1977), os adesivos podem ser entendidos comosendo uma substncia com propriedade de aderir fortemente a um substrato,
mantendo vrios substratos de um mesmo material ou materiais diferentes
unidos por meio da fora de adeso.
A adeso um dos fenmenos mais importantes para a compreenso da
formao da ligao adesiva que pode ser entendida como a interao entre
duas superfcies, causada por um forte campo de foras atrativas, provenientes
dos constituintes de cada superfcie.
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2.1.2 - Vantagens da ligao adesiva
A estabilidade de uma estrutura adesiva depende em grande parte da
resistncia, rigidez e durabilidade das ligaes.
Algumas vantagens de se utilizar os adesivos:
- A distribuio de esforos em reas mais amplas torna possvel a obteno
de ligaes mais simples com menor resistncia s tenses de cisalhamento.
Evita-se assim o uso de materiais de juno mecnica, muitas vezes uma
inadequada esttica, deixando rugosidade ou ressaltos na superfcie;
- A linha adesiva pode ser uma barreira contra a umidade, impermeabilizando
frestas ou fissuras;- Sua execuo pode ser mais rpida e econmica;
- H a possibilidade de se melhorar a relao fora/peso e a estabilidade
dimensional dos materiais anisotrpicos por meio de peas cruzadas, por
exemplo, na madeira compensada;
- Os adesivos permitem a unio de materiais no semelhantes, aumentando
ainda mais o seu campo de aplicao;
- Fibras, pequenas partculas e filmes pouco espessos que no puderam seraproveitados por qualquer outra tcnica podem ser agrupados com o uso de
adesivos.
A resistncia da ligao formada entre o slido e o adesivo, depende de
uma combinao complexa de foras de atrao entre os materiais e uma srie
de fatores secundrios que tendem a reduzir a eficincia da mesma. As foras
de coeso e adeso resultam de foras de ligao primria (eletrostticas,
covalentes ou metlicas) ou secundria (Van der Waals), fazem parte dacombinao das foras de atrao. Entre os fatores que reconhecidamente
reduzem a eficincia de uma ligao esto as imperfeies de contato, presena
de contaminaes na superfcie e a concentrao de tenses em consequncia
das condies impostas externamente ou das mudanas internas na interface
resultante da cura do adesivo (Quini, 2011).
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2.1.3 - Silicone
O principal componente dos silicones o silcio: o segundo elemento mais
abundante da superfcie da Terra, depois do oxignio. A reao do silicone foi
descoberta pelo qumico Johann Berzelius (1779-1848) na tentativa de sintetizar
e reagir outros compostos com o silcio. O uso do silcio requer processamentos
qumicos muito complexos, que s comearam a ser desenvolvidos por volta de
1930 na Europa, precisamente em setembro de 1938, a descoberta dos
silicones foi uma contribuio muito importante no s na rea de adesivos,
tintas, impermeabilizantes; principalmente na de eletrnica com a evoluo dos
computadores no vale do silcio nos Estados Unidos da Amrica. Para oscientistas o mais importante foi tentar uma polimerizao com um composto
inorgnico, transformando-o de Si-O-Si Figura 3 (a) para Si-C Figura 3 (b), isto
, introduzindo compostos orgnicos como, por exemplo, radicais metila (-CH3)
em uma estrutura inorgnica como a do silcio (Liebhafsky, 1978), como
mostrado na Figura 3.
Figura 3: Estrutura inorgnica e inorgnica-orgnica do silcio, (a) Si-O e (b) Si-
C.Fonte: Adaptado do livro(Bodnar, 1966)
A tecnologia dos adesivos do silicone, principalmente no enfoque analtico
na busca de solues alternativas, ao mesmo tempo cincia e arte. Desde a
segunda guerra mundial, desenvolvem-se muitas substncias para a fabricao
de leos impermeabilizantes, tintas, adesivos, revestimentos, espumas rgidas e
flexveis, entre outros produtos. A partir de 1940 a indstria do silicone dos EUA
passou a ter importncia, com produo em larga escala industrial destes
adesivos.
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Em razo da grande variedade de materiais que se pode obter, este foi o
ramo na rea de polmeros que mais se desenvolveu nas ltimas dcadas. Uma
rea de interesse na qumica do silcio, alm da eletrnica, a de adesivos, em
que se tentam resolver problemas especficos quanto adeso de substratos,
principalmente dos metais e plsticos de engenharia. Com suas excelentes
propriedades de adeso, vedao, resistncia a intempries e qumica dos
silicones conquistaram mercados importantes como, por exemplo: construo
civil, eletrnica, espacial e at mesmo militar.
Bodnar (1966) demonstrou o mecanismo da reao de como feita a cura
do silicone mono componente. Embora estes produtos sejam formulados
para aplicaes de selagem e recobrimento (tintas), eles so includos
aqui porque um selante essencialmente um adesivo que alm de aderir
em superfcies tambm pode ser utilizado para preenchimento de
grandes espaos vazios, com uma viscosidade elevada. Mesmo
agregando outras funes como selagem, vedao e calafetao no
deixam de ser um adesivo.
Stevens (1975) demonstrou as principais reaes para obteno dos
silicones, partindo da slica, pela reao de Grignard, e reagindo com vrioscompostos, como por exemplo: organo metlicos, gases e solventes. A Figura 4
apresenta as principais reaes para se chegar ao polmero de silicone. Na
Figura 5 mostrada a principal estrutura do polmero de silicone.
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Si + RCl SiCl4 + RSiCl3+ R2SiCl2+ R3SiCl
(CH3)SiCl3+ C6H5MgCl (CH3)(C6H5)SiCl2+ MgCl2
(CH3)2SiCl2 + CH3MgCl (CH3)3SiCl + MgCl2
HSiCl3+ H2C=CH2 CH3CH2SiCl3
HSiCl3
+ HC=CH CH2
=CHSiCl3
HSiCl3 (C6H5)2SiCl2
Legenda: R=CH3ou R=H
BCl3
C6H6
250 280oC
Cuo
Figura 4Reaes para obteno do polmero de silicone
Fonte: Adaptado do livro (Stevens, 1975)
Figura 5: Principal estrutura do polmero de silicone
Fonte: Adaptado do livro (Stevens, 1975)
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As reaes dos adesivos selantes de silicones, chamados de estruturais,
esto envolvidas tanto com seus respectivos silanos quanto suas estruturas
extremamente reativas partindo da molcula principal ativa denominada de
matriz. Os principais constituintes da matriz, por serem compostos que definem
propriedades especiais ao adesivo selante silicone, so estruturas ramificadas
do polmero matriz que tambm so denominados de blocos A e B ou R e
R respectivamente, correspondendo s ramificaes do polmero. Na Tabela 2
esto relacionadas as principais substncias que fazem parte da estrutura dos
silicones. Os silanos so muito importantes nestes tipos de formulaes e sua
principal funo promover as ligaes de adeso na superfcie do substrato.
Tabela 2: Principais substncias que compe a matriz dos silicones
BLOCO "A" BLOCO "B" Mtodo Sinttico temperaturaoC
carbonato metil estireno - bisfenol A dimetilsiloxano dihidro condensao SiOH - terminado A-B-A -
carbonato fluoreno 9.9-bis(4-hidroxifenil) dimetil siloxano fosgerao e condensao de oligomero 25-55
carbonato tetrabromo bisfenol A dimetilsiloxano fosgerao e condensao de oligomero 25-55
carbonato 2,2,4,4- tetrametil-1,3-ciclobutileno dimetilsiloxano condensao de oligomero via reaes de 130
silaminas
isoftalato bisfenol A dimetil siloxano condensao de oligomero via reaes de 130-150
silaminas
isoftalato bisfenol A fenilmetilsiloxano condensao de oligomero 100-220
teraftalato bisfenol A dimetilsiloxano condensao de oligomero via reaes de 180
silaminas
teraftalato bisfenol A fenilmetilsiloxano condensao de oligomero 100-220
hexametileno teraftalato dimetilsiloxano condensao de oligomero via reaes de 120silaminas
-benzil L-glutamato dimetilsiloxano condensao de oligomero via reaes de 120
silaminas
Nylon 6 dimetilsiloxano NaH 120
Uretano dimetilsiloxano condensao de oligomero 50
Urea dimetilsiloxano condensao de oligomero 75
Urea aluminiosiloxano condensao de oligomero 65
Imida dimetilsiloxano - - Fonte: Adaptado do livroEngineered Materials Handbook, v.3, Adhesives and Sealants, 1990
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Tanto o bloco A como B descritos na matriz definem propriedades
especiais ao adesivo selante de silicone. O principal catalizador para as reaes
dos adesivos selantes o dibutil dilaurato de estanho, representado pela
seguinte frmula: R2Sn(OCOR)2 , onde R(bloco A) um alquil de um a quatro
tomos de carbono e R(bloco B) um alquil que varia de um a dezessete
tomos de carbono (Franta, 1989). O processo de polimerizao baseado em
cintica qumica de reao e os parmetros de controle da reao so os
principais segredos industriais na fabricao dos adesivos selantes de silicone
(Stevens,1975 e Seymour, Carraher, 1981).
J.H. Wright registrou a patente U.S. 3.969.309 em 13 de julho de 1976pela companhia General Electric, descreveu como produzido um selante de
silicone. Autorizando algumas empresas a produzir o selante de silicone partindo
do leo de silicone at o controle para adicionar os promotores de adeso e os
estabilizadores da reao at se formar o selante de silicone (Ranney, 1977).
Wake (1976) descreve que os selantes de silicone tm vrias vantagens
significativas, tais como: tima flexibilidade, resistncia qumica, boa
estabilidade trmica e excelente propriedades dieltricas. tambm umexcelente adesivo para colagem de vidros, sendo a estabilidade trmica uma
das principais vantagens dos adesivos selantes de silicone (Stock, 1962).
A estabilidade trmica dos adesivos selantes de silicone est relacionada
com as estruturas do silcio, e neste caso elas tm uma condio tima para
resistir temperaturas a partir de 150oC (Gould,1968), como mostrado na Figura
6.
Figura 6: Reao de oxidao do siliconeFonte: Gould, 1968
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Os polisiloxanos, tambm conhecidos como silicones so os mais
importantes polmeros sintticos com estrutura inorgnica que a matriz dos
adesivos selantes de silicone. Eles apresentam frmula geral (RnSiO(4-n)/2)m,
onde n = 1-3 e m > 2, contm um esqueleto constitudo por tomos de silcio-
oxignio repetidos o grupos R (radicais orgnicos) ligados aos tomos de silcio,
pela da ligao silcio-carbono. Nas siliconas comerciais, a maioria dos grupos R
so metil, alquil mais longos, flor-alquil, fenil, vinil e outros poucos grupos que so
substitudos para finalidades especficas (Bchner et al., 1989). Entretanto, alguns
dos grupos R podem ser tambm: hidrognio, cloro, alcoxi, aciloxi, alquil-amina,
etc. Estes polmeros podem ainda estar combinados com carga ( f i l le r) , aditivos e
solventes. Quando recebem solventes em sua formulao so denominados desilicone estendido, com a principal funo de reduo de custos. O fato de suas
propriedades fsicas serem pouco afetadas por temperatura so considerados
excelentes selantes trmicos, dentro da classe dos polmeros, seu limite de
temperatura est na faixa de 280 a 300oC. A cura destes materiais iniciada
pela exposio umidade atmosfrica (Damusis, 1967), e est baseada em
reaes qumicas, onde o agente reticulante medida que reage com a umidade
do ar, aumenta a massa molar mdia, envolvendo a formao de ligaescruzadas. Os produtos mais comumente usados so curados por reaes que
envolvem acetoxisilanos e, neste caso, a cura se completa pela evaporao do
cido actico resultante. O tempo requerido para a cura depende do tipo de
sistema em funo da temperatura de exposio, umidade e espessura da
camada de silicona, so fatores importantes que interferem no processo de cura
do produto. A difuso do cido actico no interior da matriz polimrica depende
do grau de polimerizao do silicone. Neto, J.M.M. e Neto, J.M.G. em 1998,realizaram uma experincia sobre a cura do adesivo selante de silicone por meio
de medidas de condutividade eltrica do cido actico produzido e reticulado na
matriz do polmero. O ajuste bi-exponencial dos dados sugere que a quantidade
de cido actico produzido durante a polimerizao e remanescente na matriz
polimrica resulta de dois diferentes processos: a polimerizao superficial e a
polimerizao no interior da matriz (bulk). A espessura da amostra de silicone
afeta estes processos modificando seus parmetros cinticos, isto , sua
velocidade de reao.
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Quanto aos mecanismos de reao e ordem de reao so descritos por
Hogen-Esch, Smid (1987), que demostram a complexidade que envolve as
reaes de cura, em funo da temperatura, umidade relativa, camada de
aplicao e rea de contato com o ar, a reao mostrada na Figura 7. Moita
Neto e Guimares Neto (1998) descrevem sobre o mecanismo de cura dos
selantes de silicone.
Figura 7: Mecanismo do processo de cura do adesivo selante de silicone - mono
componente. Fonte: Adaptado do livro - (Bodnar, 1966)
A difuso do cido actico no interior da matriz polimrica depende do
grau de polimerizao do silicone, mas Elvers et al., (1993) deixam bem claro
como o mecanismo de adeso dos adesivos selantes de silicone. Na Figura 8,
est mostrado como o adesivo selante adere superfcie do vidro, onde o tomo
de oxignio da estrutura do silicone realiza uma ligao com o tomo de silcio
da estrutura do vidro.
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Figura 8: Mecanismo de adeso do selante de silicone no vidro
Fonte: Adaptado do livro - (Wu, 1982)
Bever (1986) mencionou que as colagens onde necessitam primers e
tambm as que no necessitam, destacam-se principalmente pelo bom
desempenho alcanado mesmo com o avano de novos materiais. As
aplicaes chamadas estruturais (adesivos selantes para colagem de vidros em
edifcios), que so extremamente criticas, com relao segurana, a
resistncia da colagem e sua durabilidade fundamental neste aspecto. Um
adesivo selante silicone contm em sua formulao componentes de sua prpria
famlia qumica, os denominados silanos, estes tambm so conhecidos como
promotores de adeso; estes produtos proporcionam caractersticas de adeso
especial em funo do tipo de substrato a ser aderido (Stepek and Daoust,
1983).
Elvers et al. (1993), explicaram que as estruturas com radicais SiOH,
SiOR (radicais orgnicos) ou outros polmeros, possuem uma afinidade maior
com os adesivos baseados nas estruturas do silcio principalmente os adesivos
de silicone, numerosas aplicaes foram desenvolvidas, como por exemplo:
selantes, adesivos, tintas e coatings. Nestas aplicaes tem-se que avaliar
tambm a complexidade das reaes envolvidas, que mostram claramente como
os polmeros de silicone comportam-se como adesivos, principalmente quando
so formulados para sistemas de cura com a umidade do ar. Na Figura 9
mostrado um exemplo de formulao de adesivo selante de silicone de baixo
mdulo.
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Frmula de silicone - transparente p/p%
Dimetil siloxano hidroxi terminado > 60
Silica (amorfa) 5 a 10
Metiltriacetoxissilano 1 a 5
Etiltriacetoxisilano 1 a 5
Polidimetilsiloxano 1 a 5
Nafta (petrleo), pesada tratada com hidrognio 10 a 30
Figura 9: Exemplo de formulao adesivo selante de silicone de baixo
mdulo
Fonte: Adaptado do livro - (Petrie, 2007)
Assim como para outros polmeros, as propriedades dos vrios tipos de
silicones dependem primariamente de sua massa molar, grau de
entrecruzamento, foras intermoleculares, rigidez dos segmentos da cadeia e
cristalinidade. Os silicones que curam com umidade do ar (Morton, 1987) -
so vendidos como lquidos pastosos que curam in situ sem aquecimento.
Dentre suas vrias aplicaes esto os adesivos e os selantes muito
utilizados na contruo civil, seja na colagem de espelhos, box de
banheiro, toldos de policarnonato entre outros materiais. A diferena
entre o adesivo e o selante est relacionada diretamente com a sua
funo como propsito de produto, isto , colar e vedar, portanto, no
deve ser diferenciado somente pela viscosidade ou pela espessura de
adesivo aplicado na superfcie do material. A principal funo manter
os dois substratos colados ao longo do tempo. Para entender melhor o
que acontece com o sistema silicone, a teoria tenta explicar as razes pelas
quais um material se adere a outro, tanto a teoria mecnica como a de adsoro
so as mais prximas possveis dos silicones.
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A teoria mecnica estabelece que por meio da fluidez a penetrao do
adesivo em superfcies porosas leva formao de ganchos ou um
entrelaamento mecnico do mesmo com a superfcie do substrato mantendo-os
colados por um perodo de tempo que o mercado define como mnimo de cinco
anos, dependendo da exposio da pea, sobre vrias condies, como por
exemplo: calor, umidade, luz, poeira, eltrica, eletromagntica, magntica entre
outras.
A teoria da adsoro estabelece que a adeso resulte do contato
molecular entre dois materiais que desenvolvem foras de atrao superficiais.
O processo de estabelecimento do contato contnuo entre um adesivo e um
substrato chamado de umedecimento, que pode tambm ser definido como aadeso de um lquido a um slido.
As aplicaes de colagem dos adesivos selantes de silicone derivam da
alta viscosidade e da alta polaridade de seus materiais, que possibilitam:
- velocidade no processo de cura e polimerizao temperatura ambiente;
- alta fora de coeso, dependendo do tipo da formulao maior;
- elevada resistncia trmica, comparada com outros selantes, na faixa de
250C (Stock,1962);- o polmero final tem estrutura e polaridade varivel, permitindo muitas
oportunidades de ligaes com a maioria dos substratos, principalmente
os derivados do silcio.
Skeist (1990) mencionou aspectos importantes dos adesivos selantes
silicones principalmente relacionados cura do produto. O catalisador define a
velocidade da reao, isto , a cura do produto. Podendo ser de 12 a 72 horas
dependendo das condies do ambiente, geralmente como parmetro dereferncia a temperatura foi de 25oC e 50% de umidade relativa do ar. Com o
avano da tecnologia, estes produtos conseguiram um excelente espao nas
indstrias automobilsticas e da construo civil. Um mecanismo simples de
adeso no vidro foi proposto por Wu (1982), onde demonstrou exatamente como
o promotor de adeso realiza a ligao com o tomo de silcio que um dos
componentes da matriz do vidro.
Uma das principais aplicaes dos silicones a colagem de vidros em
estruturas de alumnio, como mostrado na Figura 10. Panek, Cook (1984) no
s contriburam para um melhor entendimento dos mecanismos de cura como
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tambm descreveram as principais propriedades dos adesivos selantes de
silicone. Uma delas a durabilidade do produto, principalmente em se tratando
de colagens de vidros, a norma ASTM C 920 Elastomeric Joint Sealants
(1987), submete o produto a 70oC, durante 6 semanas, para avaliar a
durabilidade da colagem. Este fato est relacionado com o tipo de formulao
estrutural que est sendo utilizada. Na Figura 10 tem-se um exemplo de como
aplicado o adesivo selante de silicone, tanto para colar como para vedar um
sistema de janelas de alumnio. Uma observao importante a utilizao de
um perfil de preenchimento para apoiar melhor o vidro e acomodar a colagem do
mesmo.
Figura 10: Colagens de vidros com adesivo selante de silicone
Fonte: Adaptado do livro(Panek, Cook, 1984)
Existem vrios usos para adesivos de silicone com o sistema de cura com
a umidade do ar, que so recomendados, principalmente, para aplicaes onde
se quer elevada resistncia ao calor associada elevada fora de adeso
(Landrock,1975).
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2.1.4 Selantes e mastic
Conforme citado no Captulo 2, adesivos e selantes so muitas vezes
considerados como mesmo tipo de produto. O mastic tambm considerado um
selante, porque eles, alm de selarem tambm vedam, devem ser resistentes ao
ambiente onde estaro expostos ou trabalhando, ambos compartilham vrias
caractersticas em comuns. Por isto no se pode esquecer que as
caractersticas citadas esto atreladas s formas como so aplicados os
produtos.
Jackson (1976) descreveu duas possibilidades de formular um selante
baseado em borracha butil ou butlica, que so as principais borrachas dosistema mastic. A primeira usar uma borracha butlica com elevada massa
molar, slida, e que possa ser misturada com solventes e leos minerais. A
segunda possibilidade mistur-la com polibuteno lquido, a caracterstica de
pegajosidade ser predominante, podendo assim elevar o contedo de
carbonato de clcio para melhorar o custo do produto final. O produto torna-se
uma massa no secativa, isto , no adesiva, esta caracterstica em alguns
casos fundamental para alguns tipos de juntas. Tm-se como exemplo, aconstruo de estruturas metlicas de alumnio, carrocerias de caminhes ba
onde existe pequena movimentao mecnica, que no caso do adesivo poderia
atingir a fadiga e comprometer no s a calafetao como tambm a vedao. A
movimentao mecnica e a resistncia umidade, barreira contra gua ou
infiltrao, so algumas das particularidades mais importantes que caracterizam
o produto denominado no mercado como mastic.
O mastic hoje mais encontrado na construo de estruturas metlicasde alumnio. Quando se trata de custo fundamental analisar as formulaes,
Flick (1978) demonstrou suas formulaes com at 56,5% de cargas minerais.
Hoje com o avano de novas matrias-primas pode-se atingir at 79%. Por ser
um produto no secativo sua validade pode chegar at dois anos como tempo
de prateleira.
Estes selantes recebem vrias denominaes tais como: selante base
butil ou butlico, mastic butil, mastic butlico ou simplesmente mastic. No
mercado obedecem a uma formulao bsica, utilizando como polmero principal
a borracha butil que varia de 1 a 3%. Como se trata de um produto de simples
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mistura a estrutura de formulao basicamente a seguinte: 25 a 30% de leos
minerais ou naturais, 60 a 79% de cargas minerais, 0,05 a 3% de pigmentos, 7 a
18% de solventes e de 0 a 2% de aditivos. O polmero secundrio o polibuteno
ou poliisobutileno, a quantidade varia de um fabricante para outro, que varia de
1 a 2%. O mastic um produto no secativo, isto , em condies ambiente no
apresenta sistema de cura, sua formulao varivel (Houwink, Salomon,1965)
por causa da grande quantidade de leo que compe sua formulao. Nas
formulaes de mastic no so encontrados agentes vulcanizantes ou de cura,
tais como: enxofre, xido de zinco, xido de magnsio, entre outros. Por esta
razo o mastic torna-se um produto com aspecto de borracha macia, malevel
semelhante a uma goma de mascar com elevada pegajosidade. Alguns tipos demastic adicionam aditivos para formar uma pele casca para proteg -los dos
raios ultravioletas. Como por exemplo, o Juntabel, um produto muito conhecido
no mercado brasileiro, que se destacou muito na rea da construo civil, na
dcada de oitenta. Skeist (1977) definiu como mastic materiais que contm
leos secantes ou componentes de betume que com o tempo tambm formam
uma pele na superfcie. Estes produtos fixam-se em vrios substratos, sempre
com o objetivo de preencher cantos ou junes com ngulos diversos.Como exemplo apresentado na Tabela 3 algumas formulaes de
mastic, conforme sugerido por Flick (1984), pode-se, portanto evidenciar a
presena tanto do leo plastificante como do solvente na composio do mastic.
Tabela 3: Exemplos de formulaes de mastic
Frmula - Mastic 1 p/p Frmula - Mastic 2 p/p
% %
Polysar XL 50 borracha butil 6 Solprene 411P borrachabutil
9,41
Amoco H-300 polibuteno 2 Picco 6100 resina 3,14
Keltrol 1001 soluo de resina 3 Polymer polibuteno 3,14
Thixatrol GST agente tixotrpico 0,39 Escorez 2101 resina 6,27
Atomite carga mineral 49,17 Clay carga mineral 25,09
I.T. 3X talco 25,01 Whiting carga mineral 50,19
Ti-Pure R-900 TiO2 pigmento 4,02Naphthenic oil leo
naftenico2,51
Minera l spirits solvente 9,96 Dillydap AO antioxidante 0,25
Cobalt drier (6% cobalt) agente pele 0,03 100
Agerite stalite antioxidante 0,12
Super Beckacite 2000 resina fenlica 0,3
100 Fonte: Adaptado livro - (Flick, 1984)
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Entretanto Ash, M. e Ash, I. (1987) descreveram uma formulao de
mastic com base em borracha butil e polibuteno, utilizando basicamente
borracha, carga mineral, leo plastificante e solvente. Esta formulao baseia-se
nos seguintes materiais: Borracha AD-50 (borracha butil), Indopol H-100
(polibuteno), Atomite (carga mineral), Asbetine 3X (antioxidante), Super Sta-Tac
80 (resina sinttica), Bentone (agente de tixotropia), Cab-O-Sil (carga mineral-
slica) e lcool mineral. uma massa com qualidades excelentes para vedao
e impermeabilizao no apresenta nenhum agente de vulcanizao ou at
mesmo promotor de adeso.
Amelinckx e Van Dyck (1986) descreveram mastic como um produto para
vedao e impermeabilizao ou colagem de azulejos e revestimentos.Geralmente, estes produtos so capazes de atravessarem aberturas entre os
materiais, seja no cho spero, superfcies de parede ou at mesmo em tetos.
So produtos formulados com borrachas sintticas ou resinas acrlicas que
apresentam timas condies de trabalho e manuseio apresentando uma forte
coeso e uma excelente flexibilidade. Neste caso Amelinckx e Van Dyck (1986)
referem-se aos mastics acrlicos onde se tem produtos curveis ou no, estas
condies esto atreladas ao tipo de formulao e necessidades de aplicao.Os mastics acrlicos no curveis so produtos formulados baseando-se em um
sistema hbrido, isto , o polmero matriz a resina acrlica. Os mastics,
denominados pelo mercado como curveis pertencem famlia dos adesivos,
por apresentarem um sistema de cura, ou por evaporao da gua ou reaes
de entrelaamento qumico; neste caso estes produtos so denominados de
adesivos selantes acrlicos. Podendo ser utilizados, alm de sua funo principal
que de um adesivo, como calafetador ou vedante para cermicas, azulejos deparede, plsticos ou alvenaria. As utilizaes destes produtos esto
relacionadas ao tipo de obra e custos envolvidos na construo. A aplicao do
produto comporta-se como mastic e aps algumas horas ou dias atinge sua cura
de seu sistema. Como seu comportamento final de um adesivo pode-se
consider-lo um adesivo selante.
Quanto aos testes Landrock (1975) demostrou qual o produto em funo
da aplicao e custo benefcio que melhor se adapta nas condies da
engenharia das construes.
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Klosowski e Smith (1987) definiram selante como sendo um produto que
tem como propriedade aderir, vedar e calafetar entre os substratos. Outra
propriedade inerente dos selantes quanto capacidade de movimentao
mecnica dos materiais (substratos) necessria em funo das peas onde o
produto ser aplicado. Os selantes que Klosowski e Smith se referem so os
adesivos selantes de poliuretano, onde varias propriedades esto agora
agregadas, sendo que a primeira do adesivo e a secundria a movimentao
mecnica, uma considerao importante o custo destes produtos que so
superiores aos dos adesivos selantes de silicone e aos dos mastic, dependendo
da aplicao, muitas propriedades so comuns entre estes selantes.
Dunn (1987) evidenciou as propriedades fsicas para melhor definir osadesivos e selantes, embora sendo formulados frequentemente com os mesmos
tipos de materiais polimricos, eles normalmente so projetados para ter
propriedades diferentes. Os adesivos tm alta fora de cisalhamento que so
usadas para substituir ou aumentar o esforo (carga) mecnico das aplicaes,
quer dizer, so formulaes estruturais. Mas dependendo da formulao, com
adio de promotores de adeso os selantes apresentam timos resultados em
relao s foras de cisalhamento. Considerando que so materiais compropriedades importantes, como por exemplo, a flexibilidade que absorve grande
parte dos choques mecnicos, a permeabilidade que funciona como uma barreira
para a passagem de lquidos, vapores, gases, slidos, comportando-se como
adesivos, e por este motivo recebem a denominao de adesivos selantes. Um
grande exemplo so os adesivos selantes de silicone para colagem de vidros em
edifcios onde as estruturas metlicas no so visveis externamente.
Carbary (1987), quando classificou os selantes, analisou uma srie deaspectos importantes, tais como: resistncia s temperaturas baixas e elevadas,
resistncia a leos minerais e sintticos, verificando seu comportamento. Com
estes parmetros podem ser avaliados os resultados de desempenho do selante
em funo de sua aplicabilidade. Este desempenho classificado em: baixa,
mdia e alta, que varia de 0 a 5 %, 5 a 12 % e de 12,5 a 25 % aproximadamente
da movimentao da junta. Quando se refere selantes a base de leo, est se
referindo base butil e os classifica como produto de baixo desempenho,
enquanto que os selantes de silicone e poliuretanos so de alto desempenho,
com um custo relativamente baixo. As formulaes dos mastics apresentam
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sempre cargas minerais, para melhorar o custo da formulao. A aplicao de
mastic, normalmente em lugares internos evitando aplicaes exteriores por
causa das intempries. Produto desta natureza tem uma vida til de 5 a 10 anos
dependendo da formulao desenvolvida. Conforme a necessidade da aplicao
e especificaes de engenharia possvel obter formulaes com 95% de
slidos, este tipo de formulao resiste a um perodo de tempo maior, atingindo
uma vida til de no mximo 15 anos. Este tipo de produto pode ser empregado
na indstria de vidros, como fixao entre os materiais; vidro, alumnio ou ferro,
tambm denominado de massa de vidraceiro, com um custo bem mais baixo em
relao a todos os outros tipos de selantes. preciso salientar que este produto
no indicado para colagens de vidros, e sim fixao, porque caso sejanecessria sua remoo so facilmente retirados dos materiais onde foi
aplicado.
Quanto aos selantes de poliisobutileno, Carbary (1987) descreveu que
basicamente existem dois tipos de mastic: um para aplicao em juntas, com
25% de solvente, e outro com 100% de material slido, que seria produzido por
extruso, ambos sem mecanismo de cura.
Pode-se observar na Tabela 4 que o selante de silicone monocomponente
possui um tempo de cura de 5 a 14 dias, este tempo uma estimativa varia de
um fabricante para outro, enquanto para o selante a base butil, ou simplesmente
mastic, o tempo de cura considerado indeterminado. Esta mais uma
evidncia que mostra o mastic como um selante que no cura, conhecido no
mercado como um selante no secativo.
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Tabela 4: Caractersticas dos selantes butil (mastic) e silicone
Caractersticas
butil silicone
Performance baixa alta
Movimentao recomendada da junta, mximo % +/- 7,5 25 - 30
Espectativa de "vida" aps a cura (anos) 5 a 15 10 a 50
Resistncia Temperatura (oC) - 40 a 82 - 54 a 200
Temperatura de aplicao recomendada (oC) 4 a 50 -30 a 70
Tempo de cura sem pegajosidade (Tack-free ) 24 1 - 3
Tempo de cura (dias) no cura 5 - 14
Encolhimento (%) 20 0 - 5
Dureza Shore A, 25oC, (1 a 6 meses) 10 - 30 15 - 40
Durezad Shore A, 25oC, (5 anos) 30 - 50 15 - 40
Resistncia extenso a baixa temperatura moderada, alta baixa
Normas TT-S-001657 ASTM C 920TT-S-00230C
TT-S-001543A
selantes
Fonte: Adaptado do Livro - Engineered Materials Handbook, v.3, Adhesives and Sealants, 1990
2.1.5 - Recomendaes para durabilidade da colagem
Sharpe (1987) explicou que a durabilidade da junta adesiva influenciada
no somente pelas propriedades do adesivo, mas sim pela preparao das
superfcies que sero coladas.
Para se conseguir uma boa colagem recomendvel:
remover o p, leo ou qualquer outro material capaz de reter o ar ou impedir o
contato do adesivo com a superfcie;
eliminar qualquer substncia que possa comprometer a colagem;
lixar as superfcies muito rugosas promovendo um contato melhor para o fluxo
do adesivo;
durante a secagem ou cura o adesivo no deve sofrer retraes exageradas,
responsveis por tenses excessivas nas ligaes.
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2.1.6 - Propriedades mecnicas do silicone e do mastic
As propriedades mecnicas compreendem a resposta dos materiais s
influncias mecnicas externas, manifestadas pela capacidade de
desenvolverem deformaes reversveis e irreversveis, e resistirem fratura.
Essas caractersticas dos materiais so geralmente avaliadas por meio de
ensaios, que indicam dependncias tenso-deformao. Assim, as
caractersticas dos polmeros, que se refletem nas suas propriedades
mecnicas, podem ser quantificadas por meio de mtodos cujo empirismo
contrabalanando pelo rigor das condies, estabelecidas nas normas tcnicas,
que neste estudo adotou-se as American Society for Testing and Materials
(ASTM). As propriedades mecnicas mais importantes decorrem de processos
onde h grandes relaxaes moleculares, como relaxao sob tenso,
escoamento sob peso constante e histerese.Essas relaxaes dependem muito
da temperatura, da capacidade de desenvolver deformaes reversveis
pronunciadas, que so maiores em elastmeros, bem como da ntima correlao
entre processos mecnicos e qumicos, os quais se influenciam mutuamente de
modo substancial, estas consideraes so bem descritas por Sharpe (1987),inclusive como escolher o adesivo e as condies de sua aplicao.
2.1.7- Propriedades elsticas do silicone e do mastic
O silicone e o mastic so avaliados pela norma ASTM D 412. As
propriedades so caractersticas importantes da resistncia destes produtos. O
corpo de prova deformado uniaxialmente por trao a uma velocidade padroconstante at a sua ruptura (ASTM D 412). A resistncia trao avaliada
pela carga aplicada por unidade de rea no momento da ruptura (Figura 11A). O
alongamento representa aumento percentual do comprimento da pea sob
trao, no momento da ruptura (Figura 11B).
A resistncia trao e o alongamento na ruptura podem ser
correlacionados quantitativamente com a estrutura do polmero. Materiais com
grande teor de ligaes cruzadas, como os utilizados nas espumas rgidas, porm
quebradios, e os elastmeros e as espumas flexveis tm alongamento na
ruptura muito maior. A parte inicial em linha reta da curva de tenso/deformao,
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onde o material exibe perfeita elasticidade, representa o desenvolvimento e
alinhamento das cadeias macromoleculares longas e flexveis. Extenso posterior
do polmero acarreta deslizamento das macromolculas com o rompimento de
ligaes secundrias entre cadeias adjacentes, podendo resultar em deformaes
permanentes. Os silicones apresentam resultados semelhantes aos elastmeros,
no entanto no mastic este ensaio no possvel mensurar devido a sua
consistncia no apresentando a cura do material.
A) Resistncia trao: Rt = f (fora de tenso) / Ao(rea de seo reta inicial);
B) Alongamento: e= lo- lo (variao do comprimento) / lo(comprimento
inicial);
11A 11B
Figura 11: Ensaio Mecnico: Trao(11A) e (11B)
Fonte: Adaptado do livroEngineered Materials Handbook, v.3, Adhesives and Sealants, 1990
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2.1.8 Funcionalidade de um produto
Um produto quando formulado tem como objetivo satisfazer uma certafuno, essa funo poder ser de diversas ordens segundo o tipo de produto
em questo. As caractersticas de um produto obedecem a requisitos tcnicos
elaborados por equipes de especialistas com a finalidade de definir parmetros
para as funcionalidades desse mesmo produto. Neste mbito pode-se dizer que
a funcionalidade de um produto como no caso deste estudo, adesivo selante tem
como principal funo manter os substratos aderidos ou colados, alm de
realizar tambm as funes de calafetao e vedao. Enquanto que o mastic
tem como funo principal somente a vedao e calafetao, sob condies de
pequenas movimentaes mecnicas.
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3 MATERIAIS E MTODOS
Os materiais e mtodos utilizados na anlise sobre a capacidade de
adeso do adesivo selante silicone e do mastic butlico so descritos a seguir.
Os materiais utilizados no experimento tm as seguintes especificaes
conforme informe o fabricante (BRASCOLA).
Brascoved Super (borracha de silicone): aparnciapasta macia; cor
transparente; massa especfica a 25oC 0,955 g/cm; tempo de formao
pelcula 7 minutos; dureza shore A 17; rendimento (cordo ) 30g/m
linear, validade 12 meses; lote fabricao 0011270210.
Brascoved 15/13 CV (mastic butlico): aparncia massa; cor cinza;massa especfica a 25oC 1,290 g/cm; slidos (180oC, 15 minutos)82%;
rendimento (cordo ) 60 g/m linear, validade 24 meses; lote fabricao
0012580210.
O solvente xileno (industrial) com densidade de 0,866 g/cm, ponto de
ebulio inicial 143C a 101,325 kPa (760 mmHg), fornecido na quantidade de 5
litros pela empresa BRASCOLA.
Os corpos de prova para ensaios de tenso cisalhamento, foram utilizadoschapas de alumnio (Alumi Copper 7075-T651, dureza 160Hb), cortados nas
seguintes medidas: 177,8 mm de comprimento, 25,4 mm de largura e 1,62 mm de
espessura.
Os corpos de prova para ensaios de radiao ionizante foram utilizados
cilindros de polietileno, cor transparente com as seguintes medidas: 60 mm de
dimetro e 7 mm de altura.
Neste trabalho realizou-se um estudo prtico de vrias normas ASTM,com o objetivo de escolher as mais significativas em relao ao comportamento
das foras de adeso, que atendessem tanto ao adesivo selante de silicone
como o mastic butlico, como sendo os mtodos utilizados para os ensaios,
estas normas so as mais significativas para os estudos dos selantes. Segue a
sequncia das normas: D 412 (2002) Vulcanized Rubber and Thermolastic
Rubbers and Thermoplastic Elastomers - Tension; D 1002 (2001) Apparent
Shear Strength of Single-Lap-Joint Adhesively Bonded Metal Specimens by
Tension Loading (Metal-to-Metal);D-2765 (1995)Determination of Gel Content
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and Swell Ratio of Crosslinked Ethylene Plastics e D-3418(1982) Transition
Temperatures of Polymers by Thermal Analysis.
Aps o estudo foi elaborado um planejamento dividido em duas partes, a
primeira as amostras no foram irradiadas e a segunda na presena da radiao
ionizante.
As normas escolhidas foram ensaiadas em sistemas de ciclos, isto , aps a
aplicao dos produtos foram realizados ensaios com 7, 14 e 28 dias
respectivamente, que denominamos de ciclo de 7 dias, ciclo de 14 dias e ciclo de
28 dias. Estes ciclos so um acompanhamento do comportamento dos processos
de cura ao longo do tempo.
Nem todos os ensaios realizados utilizaram os trs ciclos em virtude dosprprios resultados apresentados. Segue a continuao dos ensaios que foram
escolhidos para este trabalho.
Para facilitar os ensaios, s amostras (produtos) fornecidas pela empresa
Brascola receberam as seguintes denominaes:
- massa de vedao Brascoved 15/13 CV, foi denominado de mastic;
- borracha de silicone Brascoved Construo Transparente, foi denominado
de silicone.
3.1ENSAIOS DE ALONGAMENTO E RUPTURA
As amostras, tanto de mastic como de silicone foram preparadas em
forma de uma manta. No vigsimo nono dia aps a sua aplicao em forma de
manta, Figuras 12 e 15, foram submetidas aos ensaios de alongamento e
ruptura conforme a norma ASTM D 412 (2002), mtodo A. Na amostra dosilicone foi possvel extrair os corpos de prova e realizar o ensaio conforme as
Figuras 12, 13 e 14 respectivamente. No foi possvel a realizao dos ensaios
mecnicos em amostras de mastic como podemos ver Figuras 15, 16 e 17. O
equipamento utilizado foi uma mquina universal de ensaio, marca Instron,
modelo 3367, com clula de carga 30 kN da empresa BRASCOLA. A temperatura
do ensaio foi de 23 2C e umidade relativa de 50 5%. A velocidade do ensaio
foi de 500 50 mm/min.
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Figura 12 - Manta de silicone, aps 28 dias da aplicao
Fonte: Laboratrio da empresa Brascola
Figura 13 - Corpos de prova de silicone, aps 28 dias da aplicao,
preparados conforme a norma ASTM D 412
Fonte: Laboratrio da empresa Brascola
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Figura 14 - Corpos de prova de silicone no ensaio de alongamento at a
ruptura
Fonte: Laboratrio da empresa Brascola
Figura 15 - Manta de mastic, aps 28 dias da aplicaoFonte: Laboratrio da empresa Brascola
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Figura 16 - Manta de mastic, aps 28 dias da aplicao, sem condies
para o ensaio de ruptura
Fonte: Laboratrio da empresa Brascola
Figura 17 - Manta de mastic, aps 28 dias de sua aplicao no apresenta a
cura do materialFonte: Laboratrio da empresa Brascola.
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3.2 ENSAIO DE GRAU RETICULAO
O ensaio de reticulao foi realizado conforme a norma ASTM D 2765 -
Determination of Gel Content and Swell Ratio of Crosslinked Ethylene Plastics
(1995), para determinar a reticulao dos sistemas em 7, 14 e 28 dias aps ter
sido aplicado. Os corpos de prova tanto do mastic como do silicone foram
preparados em um recipiente cilndrico com as seguintes dimenses: altura de
7 mm e dimetro de 60 mm, aqui denominados de cilindros, conforme a Figura
26. As amostras variaram de 0,3 a 1,2 gramas aproximadamente todas em
triplicata. O solvente utilizado para o ensaio foi xileno (industrial) fornecido pela
empresa Brascola, com densidade de 0,866 g/cm, ponto de ebulio inicial143C a 101,325 kPa (760 mmHg). O volume foi de 100 mL, com temperatura de
extrao de 82 2C e tempo de extrao de 24 horas. Com utilizao de
condensador de refluxo. Este ensaio foi realizado no IPEN conforme relatrio
tcnico Silva et al.(2003).
3.3 ENSAIO DE CALORIMETRIA EXPLORATRIA DIFERENCIAL (DSC)
As curvas de calorimetria exploratria diferencial (DSC-Differential
Scanning Calorimetry) foram obtidas utilizando o equipamento DSC-50 Shimadzu
e Q20 v 24.2 Build 107 de fluxo de calor, calibrado com padres metlicos de
ndio e chumbo. Os ensaios foram executados conforme a norma ASTM D 3418 -
Transition temperatures of polymers by thermal analysis (1982), os corpos de
prova foram retirados dos cilindros conforme a Figura 26, pesando entre 6,0 e
9,5 mg aproximadamente, com uma taxa de aquecimento de 10 C/min,atmosfera dinmica de nitrognio, vazo de gs de arraste