Desenvolvimento de biocompósitos de Poli(ε-Caprolactona) reforçados com fibras de celulose de eucalipto

• Autor(a) principal: Hsia, Laura de Araujo
• Data de Publicação: 2024
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
• Texto Completo: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18158/tde-17062024-135011/
• topic: biocomposites; biocompósitos; cellulose fibers; fibras de celulose; poli(ε-Caprolactona) (PCL); poly(ε-Caprolactone) (PCL)

O uso de polímeros biodegradáveis, como a PCL, é uma alternativa sustentável uma vez que, após o seu descarte, eles têm o potencial de se decompor na natureza em um curto intervalo de tempo. Porém, a PCL é um material caro em relação aos principais polímeros utilizados comercialmente, como o polietileno e polipropileno, por exemplo, e o uso de reforços naturais mais acessíveis, como as fibras de celulose, podem reduzir os custos de produção e agregar rigidez ao material. Porém, o uso de um polímero hidrofóbico, como a PCL, e fibras de celulose altamente hidrofílicas, resulta em baixa compatibilidade entre as fases. Para uma maior interação, o uso de aditivos compatibilizantes para promover a ligação química entre os grupos hidroxilas e carboxílicos terminais da PCL e grupos hidroxila da celulose, como um extensor de cadeia e o ácido cítrico. Dessa forma, o objetivo desse trabalho foi preparar e caracterizar biocompósitos de poli(ε-Caprolactona) (PCL) reforçados com até 30% em massa de fibras de celulose de eucalipto. Para o processamento, foi utilizada uma extrusora dupla rosca e moldagem por injeção para confecção dos corpos de prova. As propriedades mecânicas, térmicas e morfológicas foram caracterizadas utilizando ensaio de tração, flexão, impacto Izod, calorimetria exploratória diferencial (DSC), termogravimetria (TGA), análise dinâmico-mecânica (DMA), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia no infravermelho. Os biocompósitos sem compatibilizantes apresentaram melhoria nas propriedades de módulo e limite de resistência à tração e à flexão, evidenciando um material resultante mais rígido. Por outro lado, notou-se uma queda na resistência ao impacto, e esse comportamento está relacionado à adesão não uniforme entre a fibra e a matriz, observada nas micrografias. Os resultados de DSC e DMA evidenciaram que as amostras mantiveram as temperaturas típicas de transição térmica quando comparadas com aquelas presentes no polímero puro. Pelas análises de TG, foi possível observar que a incorporação das fibras de celulose diminui a resistência térmica dos biocompósitos em até 60 ºC. De um modo geral, os biocompósitos apresentaram boa dispersão e homogeneidade das fibras na matriz polimérica, porém adesão não uniforme entre a matriz e a fibra, já que foi possível notar regiões onde as fibras estavam soltas na matriz de PCL e o fenômeno de arrancamento (\"pull-out\") foi observado. Já o biocompósitos com os compatibilizantes utilizados apresentaram melhoria significativa da superfície de fratura observada pelas micrografias de MEV, evidenciando melhor adesão entre a matriz de PCL e as fibras de celulose. Apesar disso, a melhoria não foi observada nos resultados mecânicos e térmicos, e esse fato pode ter forte relação com a temperatura de processamento utilizada tanto na extrusora quanto na injetora, não suficiente para ocorrer as reações químicas esperadas.