Compósito de polipropileno e fibras de pet reciclado:compatibilização e propriedades mecânicas

Abstract

A preservação do meio ambiente é hoje algo de importância ímpar para todos os campos da ciência, bem como a busca por produtos e processos sustentáveis. A reciclagem dos materiais produzidos não é apenas um desejo, mas sim uma necessidade. Esse trabalho estudou o comportamento mecânico e térmico de compósitos de polipropileno com fibras de PET reciclado. A melhora da adesão entre os materiais foi feita com a adição do agente compatibilizante polipropileno graftizado com anidrido maleico, ou PP-g-MA. Utilizou-se planejamento fatorial 2² com ponto central, no qual as composições foram preparadas variando-se a quantidade de fibra PET (nível inferior = 10%, ponto central = 14% e nível superior = 18%) e quantidade de agente compatibilizante (nível inferior = 1%, ponto central = 2,5% e nível superior = 4%). Preparou-se também uma composição com 5% de fibras e 4% de compatibilizante para efeito de comparação. O comportamento mecânico foi avaliado por ensaios de tração, flexão, impacto e fadiga, e o comportamento térmico por HDT (Heat Deflection Temperature) e DSC (Differential Scanning Calorimetry). As superfícies de fratura e as fibras foram observadas por meio de microscópio eletrônico de varredura. Fez-se uso da análise estatística de regressão múltipla para se avaliar os efeitos das interações entre as variáveis. O nível de significância adotado foi de 5% com intervalo de confiança de 95%. A resistência à tração, módulo em tração, tensão em flexão para 5% de deformação, módulo em flexão e temperatura HDT apresentaram um aumento com a adição de fibras. A deformação na ruptura, resistência ao impacto e fadiga em tração apresentaram queda. Já para adição de agente compatibilizante a resistência à tração, tensão em flexão para 5% de deformação, módulo em flexão, fadiga em tração e temperatura HDT apresentaram aumento, enquanto que o módulo em tração, deformação na ruptura e resistência ao impacto apresentaram queda. Notou-se porém que para 5% de fibras os valores de resistência ao impacto aumentaram. A cristalinidade medida por DSC apresentou queda para os compósitos quando comparados aos valores de PP e PETr puro, as exceções ficaram por conta das composições com 10% de fibra PETr e 4% de compatibilizante e a composição com 14% de fibra e 2,5% de compatibilizante. Concluiu-se que fibras de PET reciclado auxiliadas por agente compatibilizante específico podem ser usadas na fabricação de compósitos com matriz de polipropileno

Preserving the environment, as well as the search for sustainable products and processes, is currently of extreme importance for all fields of science. Thus, recycling of manufactured products is not merely a desire, but also a must. The aim of the present work was to investigate the mechanical and thermal behavior of a polypropylene composite containing recycled PET fibers. Interfacial adhesion between the two materials was achieved by the addition of a compatibilizer maleic anhydride grafted polypropylene, PP-g-MA. A 2² experimental design with central point was used, in which compositions were prepared by modifying PET fiber (lower level = 10wt%, central point = 14wt% and upper level = 18wt%) and compatibilizer PP-g-MA content (lower level = 1wt%, central point = 2.5wt% and upper level = 4wt%). In addition, a composite containing 5wt% PET fiber and 4wt% compatibilizer was also prepared. The mechanical behavior was assessed by tensile, flexural, impact and fatigue tests, and the thermical behavior was assessed by HDT (Heat Deflection Temperature) and DSC (Differential Scanning Calorimetry). Fractured surfaces and fiber were investigated by scanning electron microscopy. Multiple regression statistical analysis was performed to interpret interaction effects of the variables. The significance level was set at 5% and the confidence interval was 95%. Tensile strength, tensile modulus, flexural stress at 5% strain, flexural modulus and HDT temperature increased considerably after incorporation of the fibers. Elongation at break, impact strength and fatigue life under tensile loading decreased at increasing fiber content. Addition of compatibilizer increased tensile strength, flexural strength at 5% strain and flexural modulus, fatigue life under tensile loading and HDT temperature. Tensile modulus, elongation at break and impact strength decreased. However, at low fiber content (5wt% PET fiber) impact strength increased. Cristalinity measured by DSC decreased for all composites when compared to neat PP and neat PETr, except for composition with 10wt% PETr fibers and 4wt% compatibilizer and composition containing 14wt% PETr fibers and 2.5wt% compatibilizer. It has been shown that recycled PET fibers with the aid of a suitable compatibilizer can be used for manufacturing polypropylene composites.