Desenvolvimento e avaliação de nanocompósitos à base de polietileno de alta densidade (HDPE-verde)/poli(ácido lático) (PLA) e nanocarbonato de cálcio para fabricação de embalagens.
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Este trabalho traz como proposta a obtenção de nanocompósitos (PLA/HDPE-g-AM/HDPE-Verde/n-CaCO3) com propriedades mecânicas e de fluxo adequadas para aplicação no setor de embalagens. A produção desses nanocompósitos ocorreu por meio de uma mistura de PLA e polietileno proveniente de fonte renovável (HDPE-Verde), viabilizada pela ação do agente compatibilizante polietileno enxertado com anidrido maleico (HDPE-g-AM) e do aditivo carbonato de cálcio nanoparticulado (n-CaCO3), através do estudo das condições ótimas de processamento e composição, realizado por meio do Planejamento Fatorial Delineamento Composto Central Rotacional (DCCR). A obtenção deste balanço ótimo se deu ao se avaliar a influência dos fatores de estudo velocidade de rotação (100-400rpm), teor da fase dispersa PLA 2003D (0-35%) e teor da nanocarga mineral - n-CaCO3 (1-4%) sobre as propriedades mecânicas, térmicas, morfológicas e de fluxo dos nanocompósitos, através das variáveis de resposta - módulo de Young, resistência ao impacto, grau de cristalinidade (c) e índice de fluidez (MFI).Avaliações preliminares conduziram à escolha do PLA como fase dispersa dos compósitos. As variáveis de resposta do planejamento indicaram que a viscosidade dessas amostras é diretamente proporcional à concentração de n-CaCO3 e a velocidade de processamento, por promoverem, respectivamente, maior resistência ao escoamento e dispersão da carga. As composições apresentaram como característica resistência ao impacto similar ao comportamento do PLA puro e em contrapartida, módulo de Young similar a matriz de HDPE-Verde. A cristalinidade dos polímeros foi melhorada, observando-se uma ação mútua do HDPE-Verde e do PLA para este aumento, havendo ainda colaboração do n-CaCO3 e da velocidade de mistura. A morfologia dos compósitos foi função da velocidade que favoreceu maior dispersão e distribuição da fase dispersa e ainda por maiores teores de n-CaCO3 que ocasionaram a formação de gotas de PLA de menores dimensões, favorecendo uma estrutura mais homogênea. Maiores teores de PLA alteraram a morfologia dos compósitos, ocasionando a formação de grandes domínios dessa fase na forma de gota que atribuíram ao material maior rigidez. A avaliação individual do efeito do n-CaCO3 sobre o PLA e o HDPE-Verde individualmente apontaram que a ação da carga mineral em geral é benéfica para a melhoria das propriedades, com exceção da resistência ao impacto. Além disso, os resultados mostram que a compatibilizante HDPE-g-AM também minimiza a atuação da carga. Em relação à influência do HDPE-g-AM sobre a mistura HDPE-Verde/PLA é possível observar que a compatibilização da mistura tende a ocorrer, porém não de forma eficiente como o esperado
The present work proposes the production of nanocomposites based on PLA / HDPE-g-MA / HDPE-green / n-CaCO3, with adequate mechanical and barrier properties for its application in the packaging sector. The production of these nanocomposites occurred through a miscible blend of PLA and polyethylene from renewable sources (HDPE-green), made feasible by action of the maleic anhydride grafting polyethylene coupling agent (PEAD-g-AM) and the calcium carbonate nanofiller (n-CaCO3). The study of both processing and composition optimal conditions was conducted by using the Rotatable Central Composite Design of Experiments factorial design (CCD). In the present study it was evaluated the influence of theprocessvariables (rotation speed [100-400rpm], PLA 2003D dispersed phase content [0-35%] and n-CaCO3 content [1-4%]) on mechanical, thermal, morphological and flow properties of the nanocomposites, by using the response variables of Young's modulus, impact resistance, degree of crystallinity (c) and flow index (MFI). Previous results by rheological analysis showed that PLA could be the dispersed phase of composites. The design of experiment showed that viscosity is directly proportional to the n-CaCO3content and also by the speed, by promoting, respectively, higher flow resistance and filler dispersion. The compositions showed impact resistance similar to the neat PLA, but, on the other hand, Young's modulus was similar to green-HDPE. The crystallinity of polymers has been improved, and a mutual action of the green-HDPE and PLA polymers was also observed. Additionally, there is a contribution of n-CaCO3 and the speed. The morphology of composites was influenced by the speed, producing better dispersion and distribution of the dispersed phase. Higher n-CaCO3content tended to produce smaller drop sizes of PLA phase. It was also observed that higher PLA content produced higher drop sizes, that it was responsible to the increase of the material stiffness. In general, the effect of n-CaCO3 on the PLA and the HDPE-Green properties is positive, except regarding impact resistance. In addition, the results show that the HDPE-g-AM also minimizes the filler performance. In relation to the influence of HDPE-g-AM, it is possible to observe that it tends to make the blend more compatible
