Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10316/92180
Title: Estudo comparativo das propriedades termomecânicas e resistência química de elastómeros utilizados como vedantes
Other Titles: Comparative study of the thermomechanical and chemical resistance properties of elastomers used as sealers
Authors: Pereira, David Miguel Nunes
Orientador: Fonseca, Ana Clotilde Amaral Loureiro da
Durães, Luísa Maria Rocha
Keywords: TPE; SEBS; EPDM; Resistência Química; Caracterização Termomecânica; TPE; SEBS; EPDM; Chemical Resistance; Thermomechanical Characterization
Issue Date: 16-Nov-2020
Serial title, monograph or event: Estudo comparativo das propriedades termomecânicas e resistência química de elastómeros utilizados como vedantes
Place of publication or event: Tucab - Tubos p/ Cablagens, Lda.
Abstract: A presente Dissertação de Mestrado tem por objetivo a análise e comparação direta das propriedades termomecânicas e de resistência química de amostras de Estireno – Etileno/Butileno – Estireno (SEBS) e Borracha de Etileno – Propileno – Dieno (EPDM) utilizadas como vedantes, e enquadra-se no âmbito do plano de estudos do Mestrado Integrado em Engenharia Química, ramo de Biossistemas. O estudo foi realizado em formato de Estágio Curricular na empresa Tucab – Extrusão de Tubos e Perfis. O aumento da utilização dos termoplásticos pode ter um impacto positivo significativo nas políticas de sustentabilidade e economia circular, devido à sua reciclabilidade. Os termoplásticos elastómeros (TPE) são recuperados e os seus desperdícios são inseridos nas diferentes produções. As amostras utilizadas de SEBS para este estudo têm por base o polímero comercial Kraton G1650, enquanto que o EPDM utilizado foi prensado e aquecido de forma manual. Para aferir as propriedades foram realizados diferentes testes, nomeadamente: Espetroscopia Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR), Análise Elementar, Testes de Compressão antes, e após os ataques de agentes químicos e weathering (até 20% de strain), Calorimetria Diferencial de Varrimento (DSC), Análise Termogravimétrica (TGA) e Análise Dinâmica Termomecânica (DMTA). A nível químico foram obtidas composições aproximadas dos materiais através do software da análise FTIR conjugada uma base de dados da Tucab dos materiais. A análise elementar permite concluir que o SEBS Cristal não possui qualquer teor em elementos inorgânicos e que por outro lado, o SEBS Preto é o que possui maior quantidade.Verificou-se, através dos ensaios de compressão, que o EPDM possui um Módulo de Young de 8122.8 ± 596.5 kPa e que o SEBS que obteve menor módulo, foi o Preto, com o valor de 8549.8 ± 230.7 kPa. Os ensaios de DSC permitiram determinar as temperaturas de fusão das gamas de SEBS, bem como a transição vítrea do EPDM. Da análise termogravimétrica conclui-se que o SEBS se degrada em duas etapas, a primeira que varia entre os 158 ºC e 185 ºC e a segunda inicia-se nos 400 ºC, sendo que no primeiro degrau considera-se que existe degradação de alguns óleos utilizados na formulação do Kraton G1650 bem como algum do Polipropileno presente na formulação. O SEBS e restantes constituintes degradam-se na segunda etapa. O DMTA, permitiu definir as zonas de transição vítrea dos materiais, e os SEBS Cinza e Natural demonstraram ter duas temperaturas de transição vítrea, uma da fase elastomérica do SEBS (≈ -80 ºC) e outra do Polipropileno (≈ -20 ºC), demonstrando alguma imiscibilidade de alguns constituintes. Os restantes SEBS demonstram apenas a transição vítrea do copolímero mencionado.Os testes de agentes químicos e weathering mostraram que apenas com o contacto com n-Hexano e Ácido Clorídrico existe um aumento dos módulos de elasticidade dos materiais, com exceção do SEBS Preto, que se manteve idêntico. Os testes de weathering mostraram que nenhum material foi afetado no decorrer do período do teste (21 e 42 dias). Conclui-se que o SEBS Preto, para uma aplicação de vedantes em temperatura ambiente normal é adequado, pois a sua estabilidade térmica é idêntica ao EPDM e resistência aos agentes de agressão química é superior à da borracha vulcanizada. O módulo de elasticidade obtido é também parecido, apesar das diferentes composições. Assim, este estudo mostrou a possibilidade de substituir os polímeros termoendurecíveis por polímeros termoplásticos, fomentando a reciclagem e renovação constante dos TPE.
The present Master's Dissertation aims at the analysis and comparison of the thermomechanical properties and chemical resistance of samples of Styrene - Ethylene/Butylene - Styrene (SEBS) and Ethylene - Propylene - Diene (EPDM) rubber to be used as sealants. This work was carried out under the scope of the study plan of the Integrated Master's Degree in Chemical Engineering, branch of Biosystems and in Curricular Internship format at the company Tucab – Extrusão de Tubos e Perfis Lda. The increased use of thermoplastics can have a significant positive impact on sustainability policies and circular economy, due to the recyclability of such materials. The thermoplastics elastomers (TPE) are recovered and their waste can be re-used in different productions. The SEBS samples used for this study are based on the commercial polymer Kraton G1650, and where processed by extrusion at an industrial scale. The samples of EPDM were prepared by hot-pressing, in a laboratory press. Different tests were performed to assess the properties, namely: Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), Elemental Analysis, Compression Tests before, and after immersion in different chemical agents and weathering attacks (up to 20% strain), Differential Scanning Calorimetry (DSC), Thermogravimetric Analysis (TGA) and Dynamic Mechanical Thermal Analysis (DMTA). At the chemical level, approximate compositions of the materials were obtained through the FTIR analysis software combined with a Tucab database of the materials. The elementary analysis shows that the Crystal SEBS does not have any content in inorganic elements and that, on the other hand, the Black SEBS is the one with the largest amount. It was verified, through compression tests, that EPDM has a Young’s modulus of 8122.8 ± 596.5 kPa. Black SEBS has shown the smallest Young’s modulus of the SEBS materials, with a value of 8549.8 ± 230.7 kPa. The DSC analysis allowed the determination of the melting temperatures of the SEBS ranges, as well as the glass transition of EPDM. From TGA, it is concluded that the SEBS degrades in two steps, the first that varies between 158 ºC and 185 ºC, and the second begins at 400 ºC. In the first step, it is considered that there is the degradation of some oils used in the formulation of Kraton G1650 as well as some of the Polypropylene presents in the formulation. The SEBS and other constituents degrade in the second step. The DMTA allowed to define the glass transition zones of the materials, and the Grey and Natural SEBS demonstrated to have two glass transition temperatures, one of the elastomeric phase of the SEBS (≈ -80 ºC) and another of Polypropylene (≈ -20 ºC), demonstrating some immiscibility of some constituents. The remaining SEBS demonstrates only the glass transition of the mentioned copolymer. Tests of attack of chemical agents and weathering showed that n-Hexane and Hydrochloric Acid there promoted an increase in the elastic modulus of the materials, except for SEBS Black, which remained identical. The weathering tests showed that none of the materials was affected during the test period (21 and 42 days). It is concluded that SEBS Black, for an application of sealants at normal ambient temperature is suitable, because its thermal stability is identical to EPDM, and resistance to chemical aggression agents is superior to that of vulcanized rubber. The modulus of elasticity obtained is also similar, despite the different compositions. Thus, this study showed the possibility of replacing thermosetting polymers with thermoplastic polymers, promoting recycling, and constant renewal of TPE.
Description: Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Química apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia
URI: http://hdl.handle.net/10316/92180
Rights: embargoedAccess
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