Avaliação do impacto da incorporação de dióxido de limoneno em resina epoxídica DGEBA: efeito nas propriedades térmicas, reológica, mecânica e dinâmico mecânica

Abstract

Este trabalho investigou o impacto da incorporação de diferentes teores de dióxido de limoneno (LDO) em resinas epoxídicas do tipo éter diglicidílico de bisfenol A (DGEBA), nas propriedades térmicas, reológica, mecânica e dinâmico mecânica. Foram estudadas seis composições, denominadas de acordo com a proporção em massa de resina epóxi DGEBA (R) e LDO (L), sendo R100L0 (100% de resina epóxi), R80L20 (80% de resina epóxi e 20% de LDO), e assim sucessivamente para as amostras R60L40, R40L60, R20L80 e R0L100. Utilizou-se uma proporção de 1:1 da mistura de resina/LDO e endurecedor. Na primeira etapa do estudo, foram realizadas análises preliminares com as condições de cura propostas pelo fornecedor. Diante dos resultados da primeira etapa, optou-se por uma segunda etapa, onde uma condição de pós cura foi incluída. As amostras foram caracterizadas por calorimetria diferencial exploratória (DSC), análise termogravimétrica (TGA), análise dinâmico mecânica (DMA), Sonelastic®, dureza Shore D, teor de gel, viscosidade e tempo de gel. Os resultados indicaram que a temperatura de transição vítrea (Tg) obtida via DSC apresentou uma redução progressiva, variando de 106 °C na amostra R100L0 para 85 °C na amostra R0L100. Na análise dinâmico mecânica, os valores da temperatura de transição vítrea (tan delta) variaram entre 106 °C (R100L0) a 115 °C (R0L100). Os valores do tempo de gel aumentaram com o aumento do teor de LDO, indicando que concentrações mais elevadas de LDO retardam o tempo para iniciar o estágio de gelificação. Amostras com altos teores de LDO apresentaram menor estabilidade térmica, conforme evidenciado pela análise de TGA, e menores valores de dureza e módulo de elasticidade (Sonelastic), provavelmente em função dos menores valores de densidade de reticulação, conforme resultados de teor de gel. A formulação R40L60 destacou-se pelo equilíbrio entre propriedades térmicas, reológicas e mecânicas, apresentando tempo de gel de ~ 10 min a 110 °C. Conclui-se que o LDO é um substituto promissor em resinas epoxídicas, para uma variedade de aplicações, dependendo das propriedades de interesse e da proporção utilizada, e ainda, pelo valor de viscosidade apresentado na amostra R0L100 (~ 70 mPa.s a 25 °C), tem potencial para ser utilizado como diluente reativo em sistemas de resinas epoxídicas.This study investigated the impact of incorporating varying amounts of limonene dioxide (LDO) into bisphenol A diglycidyl eter (DGEBA) epoxy resins on their thermal, rheological, mechanical, and dynamic mechanical properties. Six compositions were analyzed, designated according to the mass ratio of DGEBA (R) to LDO (L), namely: R100L0 (100% DGEBA), R80L20 (80% DGEBA and 20% LDO), R60L40, R40L60, R20L80 and R0L100 (100% LDO). A 1:1 weight ratio of the resin/LDO mixture and hardener was used. In the first stage of the study, preliminary analyses were conducted under the curing conditions recommended by the supplier. Based on the results obtained, a second stage was implemented, incorporating a post-curing step to further evaluate the system. The samples were characterized by differential scanning calorimetry (DSC), thermogravimetric analysis (TGA), dynamic mechanical analysis (DMA), Sonelastic® test, Shore D hardness, gel content, viscosity, and gel time measurements. The results indicated a progressive reduction in the glass transition temperature (Tg) determined by DSC, decreasing from 106 °C for sample R100L0 to 85 °C for sample R0L100. In the dynamic mechanical analysis, the glass transition temperature determined form the tan delta peak ranged from 106 °C (R100L0) to 115 °C (R0L100). Gel time increased with higher LDO content, indicating that greater concentrations of LDO delay the onset of the gelation stage. Samples with high LDO contents exhibited lower thermal stability, as evidenced by TGA analysis, along with reduced hardness and elastic modulus values (Sonelastic®), likely due to a lower crosslinking density, as indicated by the gel content results. The R40L60 formulation stood out for its balance of thermal, rheological, and mechanical properties, presenting a gel time of ~10 min at 110 °C. These results suggest that LDO is a promising substitute in epoxy resin systems, for various applications, depending on the desired properties and the proportion used. Additionally, the low viscosity observed for sample R0L100 (~70 mPa.s at 25 °C) highlights its potential for applications requiring low-viscosity epoxy formulations