Monitoramento das propriedades térmicas das borrachas naturais de novos clones: IAC 301 e IAC 303

Monitoring the thermal properties of natural rubbers from new clones: IAC 301 and IAC 303

Rogério M. B. Moreno^I; Maria Alice Martins^I; Luiz H. C. Mattoso^I; Elisângela Corradini^II; Aldo E. Job^III; Paulo de S. Gonçalves^IV

^IEmbrapa Instrumentação

^IIDepartamento de Engenharia de Materiais, UTFP

^IIIFaculdade de Ciências e Tecnologia, UNESP

^IVInstituto Agronômico, IAC

RESUMO

A borracha natural (BN) de três clones de seringueira [Hevea brasiliensis (Willd. exAdr. de Juss. Muell.-Arg.)] de um período de sete meses foi obtida por coagulação do látex com solução de ácido acético a 10% e seca a 65°C. As curvas TG-DTG foram utilizadas para monitorar as propriedades térmicas da BN. Os resultados indicaram pequenas variações entre clones e coletas, exceto no valor de T_f-T₀, indicando que o clone IAC 301 sofre degradação mais rápida durante o processo termo degradação da BN seca. Não houve diferenças significativas nos valores de T_g entre clones e coletas.

Palavras-chave: Borracha natural crua, novos clones, monitoramento, propriedades térmicas.

ABSTRACT

Natural rubber (NR) tapped from three clones of the rubber tree [Heveabrasiliensis (Willd. ex Adr. de Juss. Muell.-Arg.)] over a seven month period was obtained by coagulation of lattices with 10% acid acetic and dried at 65 °C. TG-DTG curves were used to monitor thermal properties of NR. The TG-DTG results indicated very small differences among the clones and tappings, except in the value of T_f-T₀, which indicated that the IAC 301 clone suffered the fastest thermal degradation, during decomposition of the dried, raw NR. There was no significant difference in T_g values among clones and tappings.

Keywords: Raw natural rubber, new clones, monitoring, thermal properties.

Introdução

A borracha natural (BN) é uma importante matéria prima para as indústrias automobilística, farmacêutica e de biopolímeros, devido a sua boa resistência mecânica, bem como pelas suas propriedades isolante e de impermeabilidade^[1,2].

A principal fonte de látex utilizado para a obtenção da BN seca é a seringueira [Hevea brasiliensis (Willd. ex Adr. de Juss.) Muell.-Arg.], onde o Brasil foi o principal produtor e exportador da BN no início do século XX. Hoje, o país é responsável por apenas 1,2% da produção mundial. Dessa forma, recorre-se à importação de 62% da BN consumida no país^[3].

Com o aumento gradual do consumo de BN pela indústria nacional, mais esforços em pesquisas estão sendo realizados pelo Instituto Agronômico (Campinas/SP) e pela Embrapa Instrumentação (São Carlos/SP) para promover a melhoria da produtividade e da qualidade da BN brasileira^[4-15].

As propriedades tecnológicas da BN plasticidade Wallace (P₀), índice de retenção de plasticidade [PRI (%)], viscosidade Mooney (V_R), % de extrato acetônico, % de nitrogênio e % de cinzas são amplamente difundidas no controle de qualidade da matéria prima BN e são influenciadas pelas condições climáticas^{[6,7, 9,12,13,15,16]}. Outra importante propriedade da BN que deve ser avaliada é o comportamento térmico. Esse é muito importante, pois as diversas técnicas convencionais utilizadas no processamento da BN utilizam, geralmente, temperaturas elevadas.

As propriedades físicas e aplicações tecnológicas são afetadas pela resistência à temperatura e, neste sentido, um estudo de avaliação e monitoramento do comportamento térmico da BN por termogravimetria (TG), sendo uma técnica amplamente difundida em estudos das propriedades térmicas de materiais poliméricos, é bastante útil para se conhecer o comportamento térmico da BN em diferentes períodos do ano.

O objetivo desse trabalho foi avaliar e monitorar o comportamento térmico da BN por TG e DSC obtida do látex de dois novos clones (IAC 301 e IAC 303) e de um clone Asiático de referência (RRIM 600) para auxiliar na seleção de novos clones aptos ao plantio no Estado de São Paulo.

Materiais e Métodos

Os látices foram coletados de seis árvores de cada um dos clones IAC 301, IAC 303 e do clone Asiático de referência (RRIM 600) em sete meses consecutivos: 10/2003 (1), 11/2003 (2), 01/2004 (3), 02/2004 (4), 03/2004 (5), 04/2004 (6), 05/2004 (7). Os látices foram estabilizados com solução comercial de NH₄OH (4,7 mL NH₄OH/100 mL de látex) e coagulados com solução de ácido acético à 10% (v/v). Os coágulos obtidos foram triturados em calandra de cilindros raiados e secos em estufa por 48 horas a 65 °C.

As amostras de BN secas foram analisadas por TG utilizando o equipamento TA Q500 da TA Instruments com amostras de 7 mg, aproximadamente, em um porta amostra de platina, aquecidas até 650 °C com uma taxa de aquecimento de 10 °C.min ^{- 1}, sob atmosfera oxidante (ar sintético) com fluxo de 40 mL.min ^{- 1}. Para as medidas por calorimetria diferencial exploratória (DSC-Differential Scanning Calorimetry) utilizou-se o equipamento T100 da TA Instruments com amostras de 6 mg, aproximadamente, aquecidas em panelas de alumínio de - 80 °C até 0 °C a uma taxa de aquecimento de 10 °C.min^-1 sob fluxo de nitrogênio de 20 mL.min ^{- 1}.

Resultados e Discussões

A Tabela 1 apresenta os parentais e a produção anual média dos novos clones IAC 301, IAC 303 e do RRIM 600. A Tabela 2 apresenta os resultados da temperatura inicial do processo de degradação térmica [T₀ (°C)], a temperatura do final do processo degradação térmica [T_f (°C)] e a faixa de temperatura que ocorre o processo de degradação térmica [T_f-T₀ (°C)] para as BN dos três clones nas sete coletas. As curvas de TG e das derivadas das curvas TG (DTG) são apresentadas nas Figuras 1, 2 e 3.

As BN dos três clones avaliados apresentaram comportamentos parecidos de perda de massa, onde as temperaturas médias de início do processo de degradação térmica das BN dos clones IAC 301, IAC 303 e RRIM 600 nas sete coletas foram de 331, 328 e 327 °C, respectivamente. As temperaturas médias do fim do processo de degradação térmica foram de 593, 600 e 603 °C. Os valores médios de início e fim deste processo mostram poucas variações entre clones e coletas. Apesar das pequenas variações médias (Tabela 2), nota-se que os clones IAC 301 e IAC 303 demonstraram variabilidade superior em relação ao clone RRIM 600 indiciando uma maior heterogeneidade no comportamento térmico.

Dos resultados apresentados na Tabela 2 observa-se que o clone IAC 301 teve um valor significativamente menor da T_f-T₀ média com C.V. (%) menor que do clone RRIM 600. Os valores da T_p média foram similares para os três clones. Esse comportamento indica que a BN desse clone degrada-se mais rapidamente quando o processo de degradação térmica tem início, apesar de ter uma T₀ ligeiramente maior que dos outros clones. O clone IAC 303 apresentou, também, valor médio de T_f-T₀ um pouco inferior ao do RRIM 600. No trabalho realizado por Moreno et al.^[18] utilizando o método de Flynn-Wall-Ozawa para o estudo cinético de decomposição da BN, de novos clones observou-se, por intermédio da energia de ativação (E_a) em apenas uma coleta, que o clone IAC 301 teve a menor estabilidade térmica e o clone IAC 303 a maior.

Das curvas de TG e DTG observa-se que a degradação térmica não ocorre em uma reação de um passo, onde a pequena perda de massa inicial é atribuída à eliminação de compostos voláteis, tal como a água e compostos orgânicos de baixa massa molar.

Os resíduos obtidos no final do processo de degradação térmica são as cinzas de origem inorgânica e variam entre clones e coletas (Tabela 3), onde os clones IAC apresentaram a média da % de cinzas ligeiramente superior ao clone RRIM 600 e o clone IAC 303 uma variabilidade significativamente menor. Resultados similares da % de cinzas foram obtidos nas regiões de Matão e Votuporanga/São Paulo-Brazil^{[6,9,12,13,15]}.

O trimestre março a maio é conhecido como o período de máxima produtividade da seringueira no Estado de São Paulo^[19]. Nesse período nota-se um discreto aumento na estabilidade térmica da BN dos três clones estudados, tal como ocorreu no trabalho realizado por Moreno et al.^[4].

As curvas de DSC são apresentadas nas Figuras de 4 a 6.

A temperatura de transição vítrea (T_g) é um parâmetro muito importante para elastômeros e muitas propriedades tecnológicas, tais como a resiliência e a resistência a abrasão, podem ser correlacionadas com a T_g^[20]. Nota-se que não houve variação entre clones e coletas indicando que a estrutura química da BN não foi afetada significativamente pelas condições climáticas nesse período de tempo de avaliação e monitoramento do comportamento térmico.

Conclusões

O processo de degradação das BN ocorreu em duas etapas. Houve pequena variação do comportamento térmico entre clones e coletas. Houve variação significativa entre clones e coletas para a % de cinzas. Não houve variação clonal e sazonal da T_g.

Agradecimentos

Os autores agradecem o suporte financeiro concedido pela FAPESP, CNPq e CAPES.

Enviado: 09/08/12

Reenviado: 24/10/12

Aceito: 08/11/12

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Monitoramento das propriedades térmicas das borrachas naturais de novos clones: IAC 301 e IAC 303

Monitoring the thermal properties of natural rubbers from new clones: IAC 301 and IAC 303

Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  03 Set 2013
• Data do Fascículo
  2013

Histórico

• Recebido
  09 Ago 2012
• Aceito
  08 Nov 2012
• Revisado
  24 Out 2012