Desenvolvimento de adesivo “verde” a partir de breu branco (Protium heptaphyllum) com potencial para utilização em compósitos

Abstract

O presente trabalho tem como objetivo desenvolver a partir do uso da resina de Protium heptaphyllum, um adesivo com potencial. Para tanto, buscou-se desenvolver o bioadesivo a partir da modificação química pela reação de reticulação da resina com óleo de linhaça na presença de catalisador à base de metal de transição. A resina foi inicialmente caracterizada por RMN de 1H e 13C para identificação dos grupos majoritários que poderiam auxiliar na reação de reticulação. Observou-se presença de α e β-amirinas, bem como, dióis como breína e maniladiol. Propuseram-se duas etapas para a formulação de adesivo de Protium heptaphyllum. Inicialmente, para determinar qual catalisador conduziria a maior resistência à tensão de cisalhamento. Nesta etapa, utilizou-se os catalisadores de octanoato de cobalto 12% e o octanoato de zircônio 18% com concentração de 0,5% (m/m). Os resultados do ensaio de tensão de cisalhamento evidenciaram que as amostras formuladas a partir do catalisador de cobalto obtiveram resistência superior às que utilizaram o zircônio como catalisador. Na realização da segunda etapa, desejava-se avaliar qual a influência da relação entre resina/óleo de linhaça e da concentração de catalisador. Os experimentos foram conduzidos segundo um planejamento estatístico fatorial 32. A partir dos resultados do ensaio de tensão de cisalhamento observou-se que a amostra que obteve os melhores desempenhos de adesão foi a amostra com relação de breu/óleo de 80:20 (massa/massa) e baixas concentrações de catalisador (0,5% m/m), uma vez que segundo os resultados obtidos pela ANOVA, a concentração de catalisador não interfere decisivamente para o aumento da adesão do adesivo. Para avaliação do processo de reticulação, a resina, óleo de linhaça e o adesivo produzido, após obtenção da melhor formulação (II Etapa), foram caracterizados através de análise de TGA, DSC e FTIR. Foram observadas diferenças significativas entre o adesivo e a resina de Protium heptaphyllum nas três análises. No TGA ocorreu aumento da estabilidade térmica do adesivo atribuído pela reação de reticulação. Além disso, observou-se que o adesivo realiza cura através de dois eventos térmicos endotérmicos, constatados pelo DSC. Nos ensaios de infravermelho, verificou-se que há diferenças entre os espectros de FTIR da resina, óleo de linhaça e do adesivo com o desaparecimento de bandas existentes na resina, bem como, no óleo de linhaça, indicando que ocorreu reação de reticulação. Foi realizado ainda teste de comparação o adesivo produzido com o adesivo comercial policloropreno. Ensaios mecânicos desta etapa indicam que o bioadesivo possui maior resistência de adesão em relação ao adesivo comercial, atingindo uma tensão média na ruptura de 7,66 e 0,113 MPa para os substratos de madeira e aço carbono, respectivamente. Avaliou-se ainda, a adesão do adesivo de Protium heptaphyllum em corpos de prova submersos em água por 4 (quatro) dias, em substratos de madeira e aço carbono. Os resultados observados mostraram que para substratos de aço carbono a resistência do adesivo obteve resultados compatíveis ao teste mecânico realizado a seco. Quanto aos corpos de prova de madeira, ocorreu perda de adesão, provocado provavelmente pela absorção de água do substrato. De maneira geral, observou-se a potencialidade do uso de adesivo de Protium heptaphyllum para aplicação para diversas aplicações.

The present work aims to develop, from the use of Protium heptaphyllum resin, an adhesive with potential. Therefore, we sought to develop the bioadhesive from chemical modification by the crosslinking reaction of the resin with linseed oil in the presence of a transition metal-based catalyst. The resin was initially characterized by 1H and 13C NMR to identify the major groups that could help in the crosslinking reaction. The presence of α and β-amyrins was observed, as well as diols such as brein and maniladiol. Two steps were proposed for the formulation of Protium heptaphyllum adhesive. Initially, to determine which catalyst would lead to the highest shear stress strength. In this step, the catalysts of 12% cobalt octanoate and 18% zirconium octanoate with a concentration of 0.5% (m/m) were used. The results of the shear stress test showed that the samples formulated from cobalt catalyst had higher strength than those using zirconium as catalyst. In carrying out the second stage, the aim was to evaluate the influence of the relationship between resin/linseed oil and the concentration of catalyst. The experiments were carried out according to a 32 factorial statistical design. From the results of the shear stress test, it was observed that the sample that obtained the best adhesion performance was the sample with a pitch/oil ratio of 80:20 (mass/ mass) and low catalyst concentrations (0.5% m/m), since according to the results obtained by ANOVA, the catalyst concentration does not decisively interfere in the increase of adhesive adhesion. To evaluate the crosslinking process, the resin, linseed oil and the adhesive produced, after obtaining the best formulation (Step II), were characterized by TGA, DSC and FTIR analysis. Significant differences were observed between the adhesive and Protium heptaphyllum resin in the three analyses. In TGA there was an increase in the thermal stability of the adhesive attributed by the crosslinking reaction. Furthermore, it was observed that the adhesive cures through two endothermic thermal events, verified by the DSC. In the infrared tests, it was verified that there are differences between the FTIR spectra of the resin, linseed oil and the adhesive, with the disappearance of existing bands in the resin, as well as in the linseed oil, indicating that a crosslinking reaction occurred. A comparison test was also carried out on the adhesive produced with the commercial polychloroprene adhesive. Mechanical tests at this stage indicate that the bioadhesive has greater adhesion strength compared to the commercial adhesive, reaching an average stress at break of 7.66 and 0.113 MPa for the wood and carbon steel substrates, respectively. The adhesion of the Protium heptaphyllum adhesive to specimens submerged in water for 4 (four) days on wood and carbon steel substrates was also evaluated. The observed results showed that for carbon steel substrates the adhesive strength obtained compatible results to the mechanical test performed dry. As for the wooden specimens, there was a loss of adhesion, probably caused by the absorption of water from the substrate. In general, it was observed the potential of using Protium heptaphyllum adhesive for application in several applications.