Orientador: Ana Rita Morales

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química

Resumo: A busca por bioplásticos de alto desempenho vem se intensificando na comunidade científica sob perspectivas sustentáveis de se atender uma futura demanda por plásticos. Dentre os biopolímeros biodegradáveis mais promissores para a substituição dos polímeros commodities, o poli(ácido lático)...

Resumo: A busca por bioplásticos de alto desempenho vem se intensificando na comunidade científica sob perspectivas sustentáveis de se atender uma futura demanda por plásticos. Dentre os biopolímeros biodegradáveis mais promissores para a substituição dos polímeros commodities, o poli(ácido lático) (PLA) apresenta forte potencial em função da versatilidade de suas aplicações; porém, algumas de suas propriedades como alta temperatura de transição vítrea, cristalização lenta, rigidez, fragilidade e baixa resistência ao impacto, ainda limitam sua aplicabilidade. Elastômeros reativos são alternativas para a flexibilização do PLA por apresentarem grupos reativos nos terminais de cadeia que podem interagir quimicamente com o polímero. A modificação do PLA no presente estudo foi feita por meio de blendas, obtidas em processamentos no estado fundido (reômetro de torque) e em modelagem por deposição líquida (impressão 3D), com um elastômero reativo amino funcional (ATBN). As blendas processadas em reômetro de torque seguiram planejamento experimental 2², sendo avaliadas as influências de variações na concentração de elastômero (8, 14 e 20%) e do tempo de mistura (7, 10 e 13 min) nas intensidades de grupos funcionais de interesse, na degradação térmica, transição vítrea, fusão e cristalinidade das blendas, via Espectroscopia no Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR), Termogravimetria (TGA) e Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC). Como alternativa à inesperada fragilidade observada para as amostras processadas em reômetro, foi feita a produção das blendas por impressão 3D, de maneira complementar, variando-se apenas a concentração de elastômero na blenda (8, 14 e 20%). Além das análises de FTIR, TGA e DSC para efeito comparativo do processamento, as blendas processadas em impressão 3D também foram caracterizadas via Análise Dinâmico-Mecânica (DMA), Microscopia Eletrônica de Varredura (SEM) e ensaios de resistência à tração. As análises de FTIR das blendas indicaram a ocorrência de reação química entre os grupos reativos do elastômero e do PLA que pode ter favorecido o processo de hidrólise do poliéster por gerar água como subproduto. As micrografias de SEM corroboraram esta hipótese, mostrando que o acréscimo de elastômero ao PLA promoveu a formação de uma estrutura porosa; menos estável termicamente e mais frágil, como o observado pelas análises de TGA e resistência à tração. Por outro lado, as análises de DMA e DSC mostraram que o elastômero proporcionou uma ligeira queda na transição vítrea do PLA, além de ter facilitado a sua cristalização por ter efeito nucleante

Abstract: The search for high performance bioplastics has grown in the scientific community under sustainable perspectives on attending a future plastics demand. Among the most promising biodegradable biopolymers for substituting commodity polymers, poly(lactic acid) (PLA) shows a strong potential...

Abstract: The search for high performance bioplastics has grown in the scientific community under sustainable perspectives on attending a future plastics demand. Among the most promising biodegradable biopolymers for substituting commodity polymers, poly(lactic acid) (PLA) shows a strong potential because of the versatility of its applications; however, some PLA properties such as high glass transition temperature, slow crystallization, stiffness, brittleness and low impact resistance, limit its applicability. Reactive elastomers are alternatives to improve the flexibility of PLA as these elastomers have reactive end groups, which could chemically interact with PLA groups. In the present study, PLA modification was proposed by preparing blends via melt blending (torque rheometer) and liquid deposition modelling (3D printer), with an amine functional reactive elastomer (ATBN). The blends processed with the torque rheometer were prepared according to an experimental design 2², conducted to evaluate the influence of elastomer concentration (8, 14 e 20%) and mixture time (7, 13 e 20 min) on the blend properties. The samples were analyzed by Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) to measure the interaction of the functional groups, thermal decomposition by Thermogravimetric Analysis (TGA), glass transition, melt temperature and crystallinity of the blends by Differential Scanning Calorimetry (DSC). As alternative to the unexpected brittleness observed for the samples processed in the torque rheometer, the 3D printing blending process was done varying only the elastomer content in the blends (8, 14 e 20%). Besides the FTIR, TGA and DSC analyses, the blends processed in the 3D printer were also characterized by Dynamic Mechanical Analysis (DMA), Scanning Electron Microscopy (SEM) and tensile strength test. FTIR analyses of the blends obtained on both processing showed the occurrence of a chemical reaction between PLA and elastomer reactive groups. Nevertheless, the reaction occurrence itself may have favored the polyester hydrolysis process due the water produced as subproduct. SEM micrographs showed that the addition of elastomer to PLA promoted the formation of a porous structure, less thermally stable and more brittle, as observed by TGA and tensile strength analyses. On the other hand, DMA and DSC analyses showed that the elastomer led to a slight decay on PLA glass transition, besides making it easier to PLA to crystallize by its nucleating action

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