3.4 Det epistemiske rammeverket
3.4.1 Epistemisk status og epistemisk posisjonering
No processamento de polímeros, as propriedades reológicas dependem tanto dos parâmetros operacionais, tais como temperatura, pressão e vazão, como das estruturais: massa molar e distribuição de massa molar. Assim, é recomendável medir propriedades reológicas como a viscosidade nas condições mais próximas ou similares às condições de processamento [31].
O reômetro de torque é um equipamento que utiliza geometrias complexas, que reproduzem, em menor escala, as geometrias dos equipamentos convencionais utilizados industrialmente, como misturadores e
extrusoras, permitindo medir, inclusive, a viscosidade do material [31].
A Figura 2.9 mostra um esquema de um misturador interno com rotores giratórios. Pode-se observar que, como a distância entre os rotores e a superfície interna da câmara do misturador varia de ponto para ponto, a taxa de cisalhamento também varia.
Figura 2.9. – Dimensões dos rotores e da câmara de mistura do misturador interno utilizado no reômetro de torque Haake [55]
onde Da é o diâmetro da câmara; r1 é o raio da maior seção do rotor; r2 é o raio
da menor seção do rotor; y1 é a menor distância entre o rotor e a câmara; y2 é a
maior distância entre o rotor e a câmara; n12 é a velocidade do rotor 1 e n21 é a
velocidade do rotor 2.
Os rotores giram em direção contrária um do outro, e a razão de rotação neste caso específico é de 3:2. Por causa do formato desses rotores, as taxas de cisalhamento podem ser calculadas somente nos pontos em que ocorre paralelismo das superfícies. No ponto em que a distância entre o rotor e a câmara é mínima (y1), por exemplo, pode-se calcular a taxa de cisalhamento
máximo (
γ&
1). No ponto em que a distância entre o rotor e a câmara é máxima (y2), pode-se calcular a taxa de cisalhamento mínima (
γ&
2) [55].
Se as velocidades tangenciais nos raios r1 e r2 são v1 e v2,
respectivamente, então essas taxas de cisalhamento podem ser expressas pelas equações:
y
n
r
y
v
1 12 1 1 1 1 2πγ&
= = (2.32)y
n
r
y
v
2 21 2 2 2 2 2πγ&
= = (2.33)Como a viscosidade do polímero fundido depende da taxa de cisalhamento, torna-se impossível calcular uma única viscosidade a uma dada velocidade de rotação, isto é, medir um único valor de viscosidade a uma dada taxa de cisalhamento [31]. Entretanto, pode-se calcular aproximadamente o valor de viscosidade (η) levando-se em conta as constantes geométricas de forma dos rotores dada pela equação:
N To k
k
k
= = γ ησ
& 2 12 1 (2.34)onde k1, k2 e k são constantes geométricas que dependem das características
do sistema, σ12 é a tensão de cisalhamento (dynas/cm2), γ& é a taxa de
cisalhamento (s-1), To é o torque (N.m) e N é a velocidade dos rotores (rpm). Se for assumido que a geometria dentro da câmara do misturador pode ser aproximada para uma geometria de cilindros concêntricos, então o valor de k será de 541 [31].
Blendas poliméricas formadas por dois ou mais polímeros imiscíveis sem e com um compatibilizante reativo in situ têm sido extensivamente usadas no
desenvolvimento de novos materiais poliméricos com propriedades mecânicas e físicas desejáveis [55].
Reômetros de torque Brabender e Haake são utilizados como ferramenta por pesquisadores, na tentativa de simular o comportamento de desenvolvimento morfológico durante a etapa de fusão e mistura de blendas poliméricas. Entretanto, os mecanismos de fluxo dentro da câmara de um misturador interno são complexos [56].
Freakley e Wan Idris [56] utilizaram uma câmara transparente no estudo dos mecanismos de mistura através da visualização do fluxo com a adição de pigmentos na massa polimérica dentro da câmara do reômetro de torque Brabender. A técnica de visualização do fluxo é essencialmente uma técnica
dinâmica, pois o fenômeno observado durante a mistura é dependente do tempo e da velocidade do rotor. Este método mostrou que o fator de preenchimento crítico que leva a um melhor fluxo de mistura está entre 70 e 80% da câmara do misturador interno cheio.
Entretanto, o valor de preenchimento crítico da câmara é dependente do tipo de material, da formulação e do tipo de rotores utilizado (exemplos de rotores: “roller rotors” de médio e alto cisalhamento, “banbury rotors” de médio cisalhamento ou “sigma rotors” de baixo cisalhamento).
Sundararaj e Macosko [08], utilizando-se de reômetro de torque Haake, realizaram experimentos da cominuição do tamanho das fases dispersa em função da concentração delas. E verificaram que o tamanho das fases dispersas aumenta em função da concentração devido ao aumento de coalescência. Utilizando-se compatibilizante reativo in situ em blendas
poliméricas imiscíveis, os pesquisadores analisaram a influência do compabitilizante na supressão do efeito de coalescência e concluíram que a supressão da coalescência é função da estabilização da interface e não da redução da tensão interfacial.
Wildes e colaboradores [05] realizaram um estudo dos efeitos da compatibilização reativa, da concentração da fase dispersa e da razão de viscosidade e do tipo de processamento em função da morfologia da blenda PC/SAN em um reômetro reômetro de torque Brabender. Eles verificaram que o tamanho médio das partículas de fase dispersa para blendas compatibilizadas foi aproximadamente, a metade do das blendas não- compatibilizadas e ficourelativamente independente da razão de viscosidade e da composição da fase dispersa.
Hu e Kadri [57] realizaram um estudo da cinética de geração de interface polímero/polímero entre duas fases poliméricas imiscíveis sob fluxo em um misturador interno Haake. O objetivo principal desse estudo foi desenvolver um modelo de mistura reativa que seja comum em termos de cinética e morfologia para um mesmo tempo de mistura. Foram utilizados os polímeros imiscíveis PS e PMMA e, como agente reativo, um poliestireno monohidroxilado (PS-OH) e um TMI (PMMA-r-NCO). A determinação da cinética de reação foi medida pelo
desaparecimento do grupo isocianato do PMMA-r-NCO através do método de sensibilidade a ultravioleta e fluorescência. A análise morfológica foi realizada com o tingimento da fase dispersa de PS com tetrôxido de ósmio (OsO4) e
observação em MET. O estudo mostrou que a taxa de reação geralmente é controlada primeiramente pela formação da interface através da mistura, e que os desenvolvimentos de reação e morfológicos ocorrem um curto período de tempo entre 1 a 3 minutos de mistura.
Hale e colaboradores [12, 14] estudaram o efeito da composição do copolímero MMA-GMA, variando a quantidade de GMA no copolímero (de 1% a 20% em massa) e seu conteúdo na formação e na estabilização da morfologia em blendas PBT/SAN em reometria de torque Brabender. Observaram que acima de 5% de GMA no compatibilizante e menos de 5% de compatibilizante na blenda provocavam uma melhora significativa na dispersão da fase SAN na matriz PBT. Também foram apresentadas evidências da reação entre o grupo epóxi do GMA com os grupos finais de cadeia do PBT através de resultados de análises por reometria de torque. A análise de morfologia por microscopia eletrônica de transmissão foi realizada, e com ela verificaram que o tamanho médio dos domínios de SAN na blenda PBT/SAN/MMA-GMA diminuía com polímeros PBT de menor viscosidade. E a adição de compatibilizante diminuía também o tamanho médio dos domínios da fase dispersa.
2.6 Análise de blendas poliméricas através de reometria a baixas taxas de