Influência do tempo de residência no processamento de misturas PLA/TPU: propriedades reológicas e mecânicas

ISBN 978-85-85905-21-7

Área

Materiais

Autores

Monticelli, B. (UFRGS) ; Spiekermann, F.L. (UFRGS) ; Pierozan Bernardes, G. (UFRGS) ; Campomanes Santana, R.M. (UFRGS) ; de Camargo Forte, M.M. (UFRGS)

Resumo

Poliácido láctico (PLA) é um dos principais polímeros biodegradáveis por suas rigidez e biocompatibilidade. A sua baixa tenacidade torna necessária a adição de um elastômero para melhorá-la. Dentre os mais empregados, destaca- se poliuretano termoplástico (TPU), pela potencial afinidade química com o PLA. As condições de processamento influenciam a dispersão do elastômero na matriz do PLA e governam o desempenho mecânico do PLA. Investigou-se a correlação entre tempo de mistura (1/3 min) e teor de TPU (0 a 5%) na resistência ao impacto de misturas PLA/TPU preparadas em misturador de câmara fechada. A presença de TPU não afetou o torque máximo de mistura nas formulações. O menor tempo de residência promoveu considerável ganho na tenacidade do PLA, sobretudo na mistura PLA/TPU (97,5/2,5).

Palavras chaves

PLA; TPU; processamento

Introdução

Poliácido láctico (PLA) é um dos principais polímeros biodegradáveis. Dentre suas características, ressaltam-se sua rigidez e biocompatibilidade (Gupta et al, 2007). Os baixos valores de fragilidade e resistência ao impacto (Yang et al, 2016; Ray et al, 2003) entretanto, comprometem o seu uso. Tais propriedades podem ser aprimoradas através de emprego modificadores de impacto (Plichat et al, 2015) e misturas poliméricas (Byun et al, 2015). Jašo (2015) afirmam que o poliuretano termoplástico (TPU) tem sido um dos principais modificadores de impacto empregados no PLA, possivelmente em razão da potencial compatibilidade entre estes materiais. Zhang (2015) investigaram as propriedades de misturas PLA/TPU e constataram que a incorporação de 10%TPU aumentou a resistência ao impacto do PLA de 3,7 para 6,4 kJ/m² (acréscimo de 73%), indicando significativa melhora na tenacidade deste poliéster. Tenacificar o PLA e manter sua resistência mecânica alta é um desafio complexo. As condições de processamento da mistura são muito importantes na distribuição dos domínios do elastômero ao longo da matriz termoplástica e, portanto, nas propriedades finais. Este trabalho tem como objetivo correlacionar tempo de residência da mistura e o teor de TPU empregado para melhorar a tenacidade do PLA. Para tanto, analisaram-se o torque máximo da mistura PLA/TPU e a resistência ao impacto através da ferramenta estatística ANOVA pelo método de Duncan.

Material e métodos

- Materiais: PLA (NatureWorks) e TPU (Prisma Montelur). - Metodologia: misturas de PLA/TPU contendo 2,5 e 5,0% m/m de TPU foram preparadas em uma câmara de mistura Haake Rheodrive 7 Rheomix OS (velocidade de rotação: 100 rpm; temperatura de massa: 200ºC; tempos de residência ([t] [/res]: 1 e 3 min). Após foram moídas em um moinho de facas Retsch SM 300. Os corpos de prova de impacto Izod foram moldados por injeção em uma mini- injetora Thermo Scientific Haake Minijet II (pressão de injeção: 60 MPa (10 s); pressão de recalque: 35 MPa (10 s); tempo de residência: 2 min). A resistência ao impacto Izod foi mensurada em um equipamento Ceast modelo Resil Impactor II (condições: martelo de 2,75 J; amostras não entalhadas). A sinergia [t][/res]-resistência ao impacto do PLA foi analisada pela ferramenta estatística ANOVA (método de Duncan) considerando um intervalo de confiança de 95% e pela comparação múltipla de médias (CMM).

Resultado e discussão

As curvas de reometria de torque na Figura 1 mostram a influência de [t] [/res] no torque máximo ([T][/máx]) das misturas PLA/TPU. Espera-se que o aumento do tempo de mistura favoreça melhor dispersão do elastômero e gere maior tenacidade no PLA. Contudo, verificou-se que o menor [t][/res] (1 min) foi mais eficiente na diminuição do [T][/máx] do PLA, conjuntamente com baixo teor de TPU (amostra PLA/2,5%TPU), sugerindo uma dispersão mais facilitada. Figura 1. Curvas comparativas do torque das misturas de PLA/TPU em função do [t][/res]. A resistência ao impacto do PLA, no menor [t][/res], aumentou com a presença de TPU, mas o teor empregado pouco influenciou esta propriedade, como consta na Figura 2. Este resultado mostrou-se contrário ao encontrado por Oliaei, Kaffashi e Davoodi (2016) em seu trabalho sobre blendas de PLA/TPU preparadas em um misturador de câmera fechada. Segundo os autores, a adição de 5%TPU ao PLA decresceu a resistência ao impacto do PLA pelo teste Charpy. Observou-se que no t(res) de 3 min houve decréscimo nesta propriedade do PLA, indicando que a possível compatibilidade entre PLA/TPU (Li e Shimizu (2007) possa ter dificultado a mobilidade das cadeias de PLA. Figura 2. Resistência ao impacto das misturas PLA/TPU em função de %TPU incorporado e tempo de mistura. As influências do %TPU, [t][/res] e a interação entre %TPU-[t][/res] foram significativos (valor p<5%) na resistência ao impacto do PLA, de acordo com a metodologia ANOVA. A CMM apontou diferença significativa entre o PLA puro e as misturas PLA/TPU. Entretanto, não houve diferença significativa entre as misturas com teores 2,5% e 5,0% TPU para 1 min de residência, indicando que ambas as amostras apresentaram semelhante tenacidade.

Curvas comparativas do torque das misturas de PLA/TPU em função do tempo de residência.


Resistência ao impacto das misturas PLA/TPU em função de %TPU incorporado e tempo de mistura.

Conclusões

A avaliação da sinergia envolvendo tempo de residência-%TPU foi feita para as análises de reometria de torque e resistência ao impacto de misturas PLA/TPU. Verificou-se que o teor intermediário de TPU (2,5%TPU) juntamente com o menor tempo de residência (1 minuto) propiciou a diminuição do torque máximo e a absorção de impacto mais satisfatória para o PLA. O aumento do tempo de residência, juntamente do maior %TPU, pode ter gerado maior interação PLA/TPU, o que pode ter acarretado no aumento do torque máximo e decréscimo da resistência ao impacto do PLA.

Agradecimentos

À Prisma Montelur; pelo apoio financeiro da CAPES; à Alice Dolganov e Micaela Jardim pela ajuda no processamento; à SIBRATEC pela infraestrutura.

Referências

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