Avaliação da sinergia entre tempo de residência no processamento e modificador de impacto etilênico nas propriedades reológicas e mecânicas do poliácido láctico

ISBN 978-85-85905-21-7

Área

Materiais

Autores

Monticelli, B. (UFRGS) ; Dolganov, A. (UFRGS) ; Pierozan Bernardes, G. (UFRGS) ; Campomanes Santana, R.M. (UFRGS) ; de Camargo Forte, M.M. (UFRGS)

Resumo

Poliácido láctico (PLA) destaca-se por sua rigidez, biodegradação e baixa resistência ao impacto. Os modificadores de impacto à base de copolímeros etilênicos (TPEts) são alvos de numerosas investigações em virtude de bons resultados em compatibilização de blendas de PLA e de sua tenacificação. A escolha adequada de parâmetros de processamento governa a dispersão de fases e a performance do polímero. Avaliou-se a sinergia entre tempo de residência (1 e 3 min) e %TPEt (0 a 5%) na tenacificação de misturas PLA/TPEt preparadas em misturador de câmara fechada. A presença de TPEt decresceu o torque máximo, independentemente do tempo de residência. O menor tempo de residência promoveu considerável ganho na tenacidade do PLA, sobretudo na mistura PLA/TPEt (97,5/2,5).

Palavras chaves

PLA; TPEt; sinergia

Introdução

Poliácido láctico (PLA) apresenta-se com um dos principais poliésteres biodegradáveis (Nampoothiri et al, 2010) e potencial substituinte para plásticos convencionais (Rocca Smith et al, 2017). A mistura de PLA com copolímeros flexíveis ou elastômeros apresenta-se como uma alternativa para melhorar sua baixa resistência ao impacto. O uso de copolímeros etilênicos como compatibilizantes (Hashima et al,2010) e tenacificantes no PLA (Liu et al, 2012) têm sido alvo de pesquisas nas últimas décadas. Song (2012) investigaram blendas de PLA/etileno-acrilato de butila-metacrilato de glicidila (EBAGMA)/ionômero de zinco de copolímero etileno-ácido metacrílico (EMAA-Zn). A presença de 20%EBAGMA aumentou significativamente a resistência ao impacto Izod do PLA de 25 para 102 J/m. O processamento exerce forte influência na consolidação das propriedades do polímero. O balanço entre tempo de residência da mistura ([t][/res. mist.]) e temperatura afeta a distribuição das fases e, consequentemente, o desempenho deste material. Este trabalho investiga a sinergia entre [t][/res. mist.] - % modificador de impacto etilênico (TPEt) na resistência ao impacto das misturas PLA/TPEt através da análise estatística pela metodologia ANOVA (método de Duncan) e comparação múltipla de médias (CMM).

Material e métodos

- Materiais: PLA (NatureWorks) e terpolímero de etileno (TPEt) (DuPont). - Metodologia: misturas de PLA/TPEt contendo 2,5% e 5,0% m/m de TPEt foram preparadas em uma câmara de mistura Haake Rheodrive 7 Rheomix OS (velocidade de rotação: 100 rpm; temperatura de massa: 200ºC; tempos de residência da mistura ([t][/res. mist.]): 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 bar (10 s); pressão de recalque: 35 MPa (10 s); tempo de residência: 2 min). A resistência ao impacto Izod (RII) foi mensurada em um equipamento Ceast modelo Resil Impactor II (condições: martelo de 2,75 J; amostras não entalhadas). A sinergia [t][/res. mist.]-resistência ao impacto do PLA foi analisada pela ferramenta estatística ANOVA (método de Duncan) considerando um intervalo de confiança de 95% e pela superfície de resposta da ANOVA.

Resultado e discussão

A reometria de torque permite analisar a influência do [t][/res. mist.] no comportamento reológico do PLA. A adição de TPEt, pela a maior flexibilidade de cadeia comparada a do PLA, é esperada que diminua o torque máximo ([T][/máx]) de mistura do PLA. Na Figura 1a, observou-se que a presença de TPEt decresceu o [T][/máx] das misturas de PLA, não apresentando diferença considerável quando comparados os dois [t][/res. mist.]. Figura 1. (a) Influência de t(res. mist.) na reometria de torque de misturas de PLA/TPEt. (b) RII de misturas PLA/TPEt em função de %TPEt e t(res. mist.). Na Figura 1b, constatou-se que somente em baixo [t][/res. mist.] o PLA foi eficientemente tenacificado pelo TPEt, apresentando um ponto ótimo na formulação PLA/TPEt (97,5/2,5). O aumento de [t][/res. mist.] decresceu a RII com o aumento do teor de TPEt, provavelmente pelo aumento da incompatibilidade entre PLA/TPEt. Tais valores se mostraram abaixo dos encontrados por Yurvey, Mohanty e Misra (2016) em seu trabalho sobre tenacificação de PLA por extrusão reativa com EBAGMA em altas temperaturas (180ºC) observaram que não houve diferença considerável na resistência ao impacto Izod do PLA entre as amostras contendo 10 a 20%EBAGMA (entre 50-80 J/m). Figura 2. Superfície de resposta de RII em função de %TPEt e t(res. mist.). A ANOVA apontou que somente a interação %TPEt - [t][/res. mist] influenciou significativamente a tenacidade do PLA (valor p<5%). De acordo com a CMM (usando como base o [t][/res. mist.] de 1 min), somente houve diferença significativa entre o PLA e PLA/2,5% TPEt. A superfície de resposta (Figura 2) apontou que menor [t][/res. mist.] associado a teores entre 2-3%TPEt mostram-se como alternativa para aumentar a tenacidade do PLA.

(a) Influência de t(res. mist.) na reometria de torque de misturas PLA/TPEt. (b) RII das misturas PLA/TPEt em função de %TPEt e t(res. mist.)


Superfície de resposta de RII em função de %TPEt e t(res. mist.).

Conclusões

A avaliação de sinergia entre t(res. mist.) - %TPEt foi feita através da análise dos resultados da resistência ao impacto Izod das misturas PLA/TPEt. A otimização de baixo teor de MI (2,5%TPEt) e o menor tempo de residência (1 min) apresentou-se como a mais eficiente na diminuição de Tmáx do PLA e na tenacificação. A formulação contendo 5,0% TPEt, ainda que tenha reduzido o Tmáx, foi menos eficiente na melhoria da resistência ao impacto do PLA para ambos os t(res. mist.) avaliados.

Agradecimentos

À DuPont; pelo apoio financeiro da CAPES; a Fernando Spiekermann e Micaela Jardim pela ajuda no processamento; à SIBRATEC pela infraestrutura.

Referências

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LIU, H.; GUO, L.; GUO, X.; ZHANG, J. Effects of reactive blending temperature on impact toughness of poly(lactic acid) ternary blends. Polymer, nº 53, p. 272-276, 2012.

NAMPOOTHIRI, K. M.; NAIR, N. R.; JOHN, R. P. An overview of the recent developments in polylactide (PLA) research. Bioresource Technology, nº 101, p. 8493–8501, 2010.

ROCCA-SMITH, J.R.; LAGORCE-TACHON, A.; IACONELLI, C.; BELLAT, J.P.; MARCUZZO, E.; SENSIDONI, A.; DEBEAUFORT, F.; KARBOWIAK, T. How high pressure CO2 impacts PLA film properties. eXPRESS Polymer Letters, nº 4, p. 320-333, 2017.

SONG, W.; LIU, H.; CHEN, F.; ZHANG, J. Effects of ionomer characteristics on reactions and properties of poly(lactic acid) ternary blends prepared by reactive blending. Polymer, nº 53, p. 2476-2484, 2012

YURYEV, Y.; MOHANTY, A.M.; MISRA, M. A New Approach to Supertough Poly(lactic acid): A High Temperature Reactive Blending. Macromolecular Materials and Engineering, nº 301, p. 1443-1453, 2016.