Processos de degradação de borracha de polidimetilsiloxano : mecanismos e avaliação de propriedades

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Munaro, Ana Paula, 1994-
Data de Publicação: 2019
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFPR
Texto Completo: https://hdl.handle.net/1884/65599
Resumo: Orientadora: Profa. Dra. Leni Campos Akcelrud
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spelling Munaro, Ana Paula, 1994-Akcelrud, LeniMunaro, Marilda, 1969-Universidade Federal do Paraná. Setor de Ciências Exatas. Programa de Pós-Graduação em Química2021-05-17T18:55:15Z2021-05-17T18:55:15Z2019https://hdl.handle.net/1884/65599Orientadora: Profa. Dra. Leni Campos AkcelrudCoorientadora: Profa. Dra. Marilda MunaroDissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Exatas, Programa de Pós-Graduação em Química. Defesa : Curitiba, 24/07/2019Inclui referências: p. 79-86Resumo: A combinação de propriedades apresentada pela borracha de polidimetilsiloxano (PDMS) tais como boa estabilidade térmica, alta hidrofobicidade, excelente propriedade dielétrica e alta resistência à oxidação e ao intemperismo, torna este material amplamente empregado no setor elétrico, notadamente na fabricação de isoladores para linhas de transmissão e distribuição de energia elétrica, onde vêm substituindo seus similares de porcelana e vidro. Entretanto, os matérias poliméricos são mais suscetíveis à degradação e o comportamento em longo prazo de revestimentos de borracha de PDMS ainda não é bem esclarecido, pois o ambiente em que os artefatos são expostos determina os processos e reações que ocorrem, assim como a composição de cada fabricante. A fim de colaborar para o esclarecimento dos processos de envelhecimento que alteram as propriedades iniciais da borracha de PDMS e, consequentemente, comprometem a confiabilidade do sistema, este trabalho objetivou explorar os mecanismos de degradação de sistemas elastoméricos de PDMS, buscando correlacionar estrutura química, morfologia e propriedades físico-químicas e mecânicas, com as modificações ocasionadas pelo intemperismo. Para isso, foram submetidas ao envelhecimento em câmara de intemperismo artificial acelerado tanto amostras formuladas no laboratório, como amostras comerciais. As modificações resultantes foram avaliadas fazendo-se retiradas periódicas e as seguintes variáveis foram monitoradas: composição química, propriedades físico-químicas, mecânicas e microscópicas pelos ensaios de extração de cadeias poliméricas de baixa massa molar (LMW), determinação da densidade de reticulação, espectroscopia na região do infravermelho, dureza, resistência à tração, microscopia eletrônica de varredura com espectroscopia de energia dispersiva acoplada, microscopia de força atômica e determinação do ângulo de contato. Também foi avaliado em perfil uma amostra retirada de campo por ressonância magnética nuclear no domínio do tempo e análise térmica dinâmico-mecânica. Nas amostras formuladas em laboratório observou-se que a sílica, que é a principal carga utilizada em sistemas elastoméricos de PDMS, influenciou as propriedades antes e durante o envelhecimento. A hidrofobicidade, que é uma propriedade essencial para a aplicação em isoladores, aumentou para todas as amostras durante o envelhecimento acelerado, que foi atribuído ao aumento da rugosidade superficial, associado à mudanças na conformação das cadeias e migração de cadeias de LMW do interior para a superfície. De maneira geral, os resultados encontrados nesse trabalho para todas as amostras, indicaram que as principais alterações promovidas pela degradação são devidas às reações de reticulação entre as cadeias poliméricas do sistema elastomérico. O mecanismo predominante deve-se, principalmente, à quebra de ligações Si- C das metilas ligadas a cadeia principal do PDMS, seguido da formação de novos pontos de entrecruzamento por meio de ligações Si-O-Si. Também ocorrem processos de lixiviação e/ou entrecruzamento de cadeias de LMW e exposição de cargas na superfície. Foi constatado que a degradação, promovida especialmente pela radiação, é um fenômeno de superfície na borracha de PDMS e a dificuldade de se observar alterações significativas nos ensaios confirmam a elevada resistência às intempéries da borracha de PDMS. Palavras-chave: Polidimetilsiloxano; Borracha de silicone; Isoladores poliméricos; Degradação.Abstract: The combination of properties presents in polydimethylsiloxane (PDMS) rubber, such as good thermal stability, high hydrophobicity, excellent dielectric property and high resistance to oxidation and weathering, makes this material widely used in the energy sector, especially in manufacturing insulators for distribution and transmission lines, where they have been replacing their similar ones of porcelain and glass. However, polymeric materials are more susceptible to degradation, and the long-term behavior of the PDMS rubber insulators is still not well understood, principally because the kind of environment in which the artifacts are exposed determine the processes and reactions that occur. Another influence is the composition of PDMS of each manufacturer. In order to clarify the ageing processes that alter the initial properties of PDMS rubber and, consequently, compromise the reliability of the system, this study aimed to explore the mechanisms of degradation of PDMS elastomeric systems, correlating chemical structure, morphology and properties, with the modifications caused by weathering. For this, specimens were submitted to the ageing in chamber of accelerated artificial weathering, both samples formulated in the laboratory, as commercial ones. The effect of ageing was evaluated making periodic withdrawals and monitoring the following variables: chemical composition, physicochemical, mechanical and microscopic properties by extraction of low molecular weight (LMW) polymer chains, crosslink density, infrared spectroscopy, hardness, tensile strength, scanning electron microscopy with coupled energy dispersive X-ray spectroscopy, atomic force microscopy and contact angle. Samples collected from an insulator extracted from the electrical wiring that was exposed during 12 years to harsh atmospheric conditions was evaluated by time domain nuclear magnetic resonance and dynamic mechanical thermal analysis. It was observed that the silica, which is the main filler used in PDMS elastomers, influenced the properties before and during the ageing. Hydrophobicity, which is an essential property for application in insulators, increased in all samples during accelerated ageing, which was attributed to increased surface roughness associated with changes in chain conformation and migration of LMW polymer chains from bulk to surface of PDMS. In general, the results reported in this study for all the samples indicated that the main changes brought about by degradation are due to crosslinking reactions between the polymer chains of the elastomeric system. The predominant mechanism is mainly the scission of Si-C bonds of the methyl chains linked to the PDMS main chain, followed by the formation of new crosslinks through Si- O-Si bonds. Leaching and/or crosslinking of LMW chains and exposure of fillers to the surface also occurs. It was found that degradation, promoted especially by radiation, is a superficial phenomenon in the rubber of PDMS and the difficulty of observing significant changes in the tests confirm the high resistance to weathering of PDMS rubber. Keywords: Polydimethylsiloxane; Silicone rubber; Polymeric insulators; Degradation.106 p. : il. (algumas color.).application/pdfBorrachaBorracha - IndústriaIsoladores e isolamentos eletricosAnalise cromatograficaQuímicaProcessos de degradação de borracha de polidimetilsiloxano : mecanismos e avaliação de propriedadesinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisporreponame:Repositório Institucional da UFPRinstname:Universidade Federal do Paraná (UFPR)instacron:UFPRinfo:eu-repo/semantics/openAccessORIGINALR - D - ANA PAULA MUNARO.pdfapplication/pdf13273259https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/1884/65599/1/R%20-%20D%20-%20ANA%20PAULA%20MUNARO.pdf20c83df1b9229cdd8f046e428b2835acMD51open access1884/655992021-05-17 15:55:16.046open accessoai:acervodigital.ufpr.br:1884/65599Repositório de PublicaçõesPUBhttp://acervodigital.ufpr.br/oai/requestopendoar:3082021-05-17T18:55:16Repositório Institucional da UFPR - Universidade Federal do Paraná (UFPR)false
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