De la eliminación al desarrollo sostenible: potencial tecnológico de las mezclas de poli(ácido láctico) PLA con residuos de filamentos 3D
DOI:
https://doi.org/10.33448/rsd-v9i12.10767Palabras clave:
Filamentos 3D; Residuos; Reutilización; Poli(ácido láctico) - PLA; Mezclas de polímeros.Resumen
La fabricación aditiva está creciendo rápidamente para la fabricación de piezas en las industrias automotriz, médica y aeroespacial. Sin embargo, existe un aumento creciente en el contenido de residuos generados por los filamentos 3D y, por tanto, la práctica de la reutilización se vuelve importante, ya que aporta beneficios medioambientales y económicos. La presente investigación evaluó las propiedades mecánicas, térmicas, termomecánicas y reológicas de mezclas de PLA/PLAr posconsumo de filamentos 3D. Las mezclas se prepararon en una extrusora de doble husillo rotacional y, posteriormente, los gránulos extruidos se moldearon por inyección. A medida que aumentó el contenido de PLAr en las mezclas (PLA/PLAr), hubo una reducción de la viscosidad, lo que indica una mejora en la procesabilidad. La mezcla de PLA/PLAr (75/25 % en masa) aumentó el grado de cristalinidad en comparación con el PLA virgen, lo que indica que el PLAr actuó como agente nucleante. Como consecuencia, la mezcla PLA/PLAr (75/25 % en masa) mostró un rendimiento comparable al PLA puro en estabilidad térmica, módulo elástico, resistencia a la tracción, dureza Shore D, resistencia al impacto, temperatura de deflexión térmica (HDT) y temperatura de ablandamiento Vicat. La reutilización de PLA de filamentos 3D postconsumo es factible para el desarrollo de materiales con buenas propiedades. Además, se agrega valor al material de posconsumo y se contribuye al desarrollo sostenible.
Citas
Araújo, J. P.; Agrawal, P.; & Mélo, T. J. A. (2015). Blendas PLA/PEgAA: Avaliação da reatividade entre os polímeros e da concentração de PEgAA nas propriedades e na morfologia. Revista Eletrônica de Materiais e Processos, 10(3): 118–127.
Araújo, L. M. G.; & Morales, A. R. (2018). Compatibilization of recycled polypropylene and recycled poly (ethylene terephthalate) blends with SEBS-g-MA. Polímeros, 28(1), 84-91.
Andrade, M. F. C.; Souza, P. M. S.; Cavalett, O.; & Morales, A. (2016). Life cycle assessment of poly(lactic acid) (PLA): comparison between chemical recycling, mechanical recycling and composting. Journal of Polymers and the Environment, 24(7): 372–384.
Aishah, N.; Bijarimi, M.; Moshiul, A. K. M.; Desa, M. S. Z. M.; Norazmi, M.; Alhadadi, W.; Hafizah, F.; & Nor, M. Z. M. (2020). Mechanical and thermal properties of binary blends poly lactic acid (PLA) and recycled high-density polyethylene (rHDPE). IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng., 736(1): 052022.
Aguero, A.; Morcillo, M. D. C.; Carrillo, L. Q.; Balart, R.; Boronat, T.; Lascano, D.; Giner, S. T.; & Fenollar, O. (2019). Study of the influence of the reprocessing cycles on the final properties of polylactide pieces obtained by injection molding. Polymers, 11(12), 1908.
Aurrekoetxea, J.; Sarrionandia, M. A.; Urrutibeascoa, I.; & Maspoch, M.L. (2001). Effects of recycling on the microstructure and the mechanical properties of isotactic polypropylene. Journal of Materials Science, 36(6): 2607–2613.
Balani, S. B.; Chabert, F.; Nassiet, V.; & Cantarel, A. (2019). Influence of printing parameters on the stability of deposited beads in fused filament fabrication of poly(lactic) acid. Additive Manufacturing, 25(1): 112-121.
Babagowda.; Math, R. S. K.; Goutham, R.; & Prasad, K. R. S. (2018). Study of effects on mechanical properties of PLA filament which is blended with recycled PLA materials. IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng., 310(1): 012103.
Barbosa, J. D. V.; Azevedo, J. B.; Araújo, E. M.; Machado, B. A. S.; Hodel, K. V. S.; & Mélo, T. J. A. (2019). Bionanocomposites of PLA/PBAT/organophilic clay: preparation and characterization. Polímeros, 29(3): e2019045.
Bahlouli, N.; Pessey, D.; Raveyre, C.; Guillet, J.; Ahzi, S.; Dahoun, A.; & Hiver, J. M. (2012). Recycling effects on the rheological and thermomechanical properties of polypropylene-based composites. Materials and Design, 33(1): 451-458.
Becena, A. F. C. (2005). Caracterização de PEAD antes e após envelhecimento em diferentes meios e condições. Master’s dissertation, Pontifical Catholic University (Rio de Janeiro), Brazil.
Brito, G. F.; Agrawal, P.; Araújo, E. M.; & Melo, T. J. A. (2012). Toughening of polylactide by melt blending with an (ethylene/methyl acrylate/glycidyl methacrylate) terpolymer. Polímeros, 22(2): 164-169.
Brito, G. F.; Agrawal, P.; Araújo, E. M.; & Mélo, T. J. A. (2012). Polylactide/biopolyethylene bioblends. Polímeros, 22(5), 427-429.
Boubekeur, B.; Bensemra, N. B.; & Massardier, V. (2020). Low‐density polyethylene/poly(lactic acid) blends reinforced by waste wood flour. Journal of Vinyl and Additive Technology. Epub ahead of print 21 January 2020. DOI: 10.1002/vnl.21759.
Cáceres, C. A.; Mazzola, N.; França, M.; & Canevarolo, S. V. (2009). Wetting tension and superficial degradation of polypropylene films under corona discharge. Anais do 10° Congresso Brasileiro de Polímeros (CBPOl), Foz do Iguaçu-PR, Brazil, p. 1-8.
Camargo, R. V.; & Saron, C. (2020). Mechanical–chemical recycling of low-density polyethylene waste with polypropylene. Journal of Polymers and the Environment, 28(3): 794–802.
Carmo, K. M.; Silva, M. C.; & Morelli, C. L. (2020). Reaproveitamento de resíduo de espuma rígida de poliuretano em uma matriz termoplástica de poliuretano. Research, Society and Development, 9(3): e127932695.
Chaiwutthinan, P.; Chauyjuljit, S.; Thipkham, N.; Kowalski, C. P.; & Boonmahitthisud, A. (2019). Poly(lactic acid)/ethylene vinyl acetate copolymer blend composites with wood flour and wollastonite: Physical properties, morphology, and biodegradability. Journal os Vinyl & Additive Technology, 25(4): 313-327.
Di Lorenzo, M. L.; Rubino, P.; & Cocca, M. (2013). Miscibility and properties of poly (l-lactic acid)/poly (butylene terephthalate) blends. European Polymer Journal, 49 (10): 3309-3317.
Di Lorenzo, M. L.; Cocca, M.; & Malinconico, M. (2011). Crystal polymorphism of poly(l-lactic acid) and its influence on thermal properties. Thermochimica Acta, 522(1–2): 110-117.
Ferreira, E. S. B.; Pereira, C. H. O.; Araújo, E. M.; Bezerra, E. B.; Siqueira, D. D.; & Wellen, R. M. R. (2019a). Properties and morphology of polypropylene/big bags compounds. Materials Research, 22(1): e20180850.
Ferreira, E. S. B.; Luna, C. B. B.; Araújo, E. M.; Siqueira, D. D.; & Wellen, R. M. R. (2019b). Polypropylene/wood powder composites: Evaluation of PP viscosity in thermal, mechanical, thermomechanical, and morphological characters. Journal of Thermoplastic Composite Materials. Epub ahead of print October 9, 2019b. DOI: 10.1177/0892705719880958.
Ferreira, L. A. S.; Pessan, L. A.; & Júnior, E. H. (1997). Comportamento mecânico e termo-mecânico de blendas poliméricas PBT/ABS. Polímeros: Ciência e Tecnologia 1997, 7(1): 67-72.
Fukushima, K.; Tabuani, D.; & Camino, G. Nanocomposites of PLA and PCL based on montmorillonite and sepiolite. (2009). Materials Science and Engineering: C, 29(4): 1433-1441.
Galindo, M. V.; Paglione, I. S.; Coelho, A. R.; Leimann, F. V.; & Shirai, M. A. (2020). Produção de nanopartículas de quitosana e aplicação como revestimento em blendas de amido de mandioca e poli(ácido lático). Research, Society and Development, 9(9): e505997694.
Hong, J. H.; Yu, T.; Park, S. J.; & Kim, Y. H. (2020). Repetitive recycling of 3D printing PLA filament as renewable resources on mechanical and thermal loads. International Journal of Modern Physics B, 20401479(1): 1-5.
Lima, J. C. C.; Araújo, J. P.; Agrawal, P.; & Mélo, T. J. A. (2016). Efeito do teor do copolímero SEBS no comportamento reológico da blenda PLA/SEBS. Revista Eletrônica de Materiais e Processos, 11(1): 10–17.
Luna, C. B. B.; Araújo, E. M.; Siqueira, D. D.; Morais, D. D. S.; Filho, E. A. S.; & Fook, M. V. (2020a). L. Incorporation of a recycled rubber compound from the shoe industry in polystyrene: Effect of SBS compatibilizer content. Journal of Elastomers & Plastics, 52(1): 3-28.
Luna, C. B. B.; Siqueira, D. D.; Ferreira, E. S. B.; Silva, W. A.; Nogueira, J. A. S.; & Araújo, E. M. (2020b). From disposal to technological potential: reuse of polypropylene waste from industrial containers as a polystyrene impact modifier. Sustainability, 12(13): 5272.
Luna, C. B. B.; Siqueira, D. D.; Araújo, E. M.; & Wellen, R. M. R.; Mélo, T. J. A. (2020c). Approaches on the acrylonitrile‐butadiene‐styrene functionalization through maleic anhydride and dicumyl peroxide. Journal of Vinyl and Additive Technology. Epub ahead of print 11 September 2020c. DOI: 10.1002/vnl.21804.
Luna, C. B. B.; Siqueira, D. D.; Araújo, E. M.; & Wellen, R. M. R. (2019a). Tailoring PS/PPrecycled blends compatibilized with SEBS. Evaluation of rheological, mechanical, thermomechanical and morphological characters. Materials Research Express, 6(7): 075316.
Luna, C. B. B.; Ferreira, E. S. B.; Silva, L. J. M. D.; Silva, W. A.; Araújo, E. M.; & Melo, J. B. C. A. (2019b). Blends with technological potential of copolymer polypropylene with polypropylene from post-consumer industrial containers. Materials Research Express, 6(12): 125319.
Luna, C. B. B.; Ferreira, E. S. B.; Siqueira, D. D.; Silva, W. A.; Araújo, E. M.; & Wellen, R. M. R. (2019c). Tailoring performance of PP/HIPS/SEBS through blending design. Materials Research Express, 6(11): 115321.
Luna, C. B. B.; Gomes, F. B. C.; Ferreira, E. S. B.; Araújo, E. M.; Ferreira, R. S. B.; & Wellen, R. M. R. (2019c). Photo-degradation of PS/SBRr blends compatibilized with SEBS. Materials Research Express, 6(9): 095327.
Luna, C. B. B.; Silva, D. F.; & Araújo, E. M. (2015). Estudo do comportamento de blendas de poliamida 6/resíduo de borracha da indústria de calçados. Revista Univap, 20(36): 98-110.
Luna, C. B. B.; Silva, D. F.; Araújo, E. M.; Mélo, T. J. A.; & Oliveira, A. D. (2016). Efeito dos agentes de compatibilização SBS e SEBS-MA no desempenho de misturas de poliestireno/resíduo de borracha de SBR. Matéria (Rio J.), 21(3), 632-646.
Luna, C. B. B.; Silva, D. F.; & Araújo, E. M. (2014). Análise do comportamento termomecânico, térmico e mecânico de blendas de PA6/resíduos de borracha. Revista de Engenharia e Tecnologia, 6(1), 160-169.
Maiza, M.; Benaniba, M. T.; Quintard, G.; & Nageotte, V. M. (2015). Biobased additive plasticizing Polylactic acid (PLA). Polímeros, 25(6): 581-590.
Manaf, O.; Sheeja.; Jowhar, A.; & Sujith, A. (2018). Effect of unsaturation on physicochemical properties of maleic anhydride–grafted acrylonitrile butadiene styrene terpolymer. Journal of Elastomers & Plastics, 50(6): 520-536.
Mélo, T. J. A.; Carvalho, L. H.; Calumby, R. B.; Brito, K. G. Q.; D`Almeida, J. R. M.; & Spieth, E. (2000). Propriedades mecânicas e morfologia de uma blenda polimérica de PP/HIPS compatibilizada com SEBS. Polímeros: Ciência e Tecnologia, 10(2), 82-89.
Mohapatra, A. K.; Mohanty, S.; & Nayak, S. (2012). Poly (lactic acid) and layered silicate nanocomposites prepared by melt mixing: Thermomechanical and morphological properties. Polymer Composites, 33 (12): 2095-2104.
Morais, D. D. S.; Siqueira, D. D.; Luna, C. B. B.; Araújo, E. M.; Bezerra, E. B.; & Wellen, R. M. R. (2019). Grafting maleic anhydride onto polycaprolactone: influence of processing. Materials Research Express, 6(5): 055315.
Nascimento, U. A.; Timóteo, G. A. V.; & Rabello, M. S. (2013). Efeito de plastificantes à base de poliisobutenos nas propriedades físicas e mecânicas do polipropileno. Polímeros, 23(2): 257-261.
Okan, M.; Aydin, H. M.; & Barsbay, M. (2019). Current approaches to waste polymer utilization and minimization: a review. Journal os chemical technology and biotechnology, 94(1): 8-21.
Oliveira, A. C. S.; & Borges, S. V. (2020). Poli (ácido lático) aplicado para embalagens de alimentos: uma revisão. Revista Eletrônica de Materiais e Processos, 15(1): 1-10.
Pereira, R. B.; & Morales, A. R. (2014). Estudo do comportamento térmico e mecânico do PLA modificado com aditivo nucleante e modificador de impacto. Polímeros, 24(2), 198-202.
Perego, G. & Cella, G. D. (2010). “Mechanical Properties”, in: Poly(lactic acid): Synthesis, Structures, Properties, Processing, and Applications”, John Wiley & Sons.
Piemonte, V.; Sabatini, S.; & Gironi, F. (2013). Chemical recycling of PLA: a great opportunity towards the sustainable development?. Journal of Polymers and the Environment, 21(7): 640-647.
Pillin, I.; Montrelay, N.; Bourmaud, A.; & Grohens, Y. (2008). Effect of thermo-mechanical cycles on the physico-chemical properties of poly(lactic acid). Polymer Degradation and Stability, 93(2): 321-328.
Rabello, M. S.; & Wellen, R. M. R. (2008). Estudo da cristalização a frio do poli (tereftalato de etileno) (PET) para produção de embalagens. Revista Eletrônica de Materiais e Processos, 3(2): 01-09.
Rabello, M. S. (2000). Polymers additives: nucleating agents. São Paulo: Artliber Editora, p. 159-170.
Ribeiro, V. F.; Júnior, N. S. D.; & Riegel, I. C. (2012). Recovering properties of recycled HIPS through incorporation of SBS triblock copolymer. Polímeros, 22(2), 186-192.
Rocha, M. C. G.; Coutinho, F. M. B.; & Balke, S. (1994). Índice de fluidez: uma variável de controle de processos de degradação controlada. de polipropileno por extrusão reativa. Polímeros: Ciência e Tecnologia, 4(3): 33-37.
Rusayyis, M. A. B.; Schiraldi, D. A.; & Maia, J. (2018). Property/morphology relationships in SEBS-compatibilized HDPE/poly(phenylene ether) blends. Macromolecules, 51(16): 6513–6523.
Santana, L.; Alves, J. L.; Netto, A. C. S.; & Merlini, C. (2018). Estudo comparativo entre PETG e PLA para Impressão 3D através de caracterização térmica, química e mecânica. Matéria (Rio J.), 23(4): e12267.
Satya, S. K.; & Sreekanth, P. S. R. (2020). An experimental study on recycled polypropylene and high-density polyethylene and evaluation of their mechanical properties. Materials Today: Proceedings, 27(2): 920-924.
Shetty, S. D.; & Shetty, N. (2019). Investigation of mechanical properties and applications of polylactic acids—a review. Materials Research Express, 6(11): 112002.
Silva, M. C.; Oliveira, S. V.; & Araújo, E. M. (2014). Propriedades mecânicas e térmicas de sistemas de PLA e PBAT/PLA. Revista Eletrônica de Materiais e Processos 2014, 9(2), 112–117.
Silva, T. F.; Montagna, L. S.; Lemes, A. P.; & Passador, F. R. (2020). Synergistic effect of adding lignin and carbon black in poly(lactic acid). Polímeros, 30(1): e2020002.
Siqueira, D. D.; Luna, C. B. B.; Araújo, E. M.; Ferreira, E. S. B.; & Wellen, R. M. R. (2019a). Biocomposites based on PCL and macaiba fiber. Detailed characterization of main properties. Materials Research Express, 6(9): 095335.
Spinacé, M. A. S.; & Paoli, M. A. (2005). The technology of polymer recycling. Quimica Nova, 28(1): 65-72.
Valerio, O.; Muthuraj, R.; & Codou, A. (2020). Strategies for polymer to polymer recycling from waste: Current trends and opportunities for improving the circular economy of polymers in South America. Current Opinion in Green and Sustainable Chemistry, 25(10): 100381.
Wang, B.; Hina, K.; Zou, H.; Zuo, D.; & Yi, C. (2018). Thermal, crystallization, mechanical and decomposition properties of poly(lactic acid) plasticized with poly(ethylene glycol). Journal os Vinyl & Additive Technology, 24(s1): E154-E163.
Wang, L.; & Gardner, D. J. (2018). Contribution of printing parameters to the interfacial strength of polylactic acid (PLA) in material extrusion additive manufacturing. Progress in Additive Manufacturing, 3(4): 165-171.
Wellen, R. M. R.; & Rabello, M. S. (2007). Redução da velocidade de cristalização a frio do PET na presença de poliestireno. Polímeros: Ciência e Tecnologia, 17(2): 113-122.
Zander, N. E.; Gillan, M.; Burckhard, Z.; & Gardea, F. (2019). Recycled polypropylene blends as novel 3D printing materials. Additive Manufacturing, 25(1): 122-130.
Yu, L.; Liu, H.; Dean, K.; & Chen, L. (2008). Cold crystallization and postmelting crystallization of PLA plasticized by compressed carbon dioxide. Journal os Polymer Science. Part B – Polymer Physics, 46(23): 2630-2636.
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