Resistência ao intemperismo natural e ataque fúngico de compósitos polímero-madeira

Abstract

O desempenho de materiais compósitos plástico-madeira ou ―wood plastic composites‖(WPC) requerem uma avaliação eficiente de sua resistência ao envelhecimento natural ao longo do tempo e contra sua biodeterioração por micro-organismos. Neste sentido, o objetivo deste estudo foi investigar os mecanismos de degradação abiótica e biótica de compósitos termoplásticos com fibras vegetais, a fim de determinar seu comportamento, do ponto de vista da estabilidade, nas condições em que serão usados. A aplicação proposta para estes materiais é sua utilização em ambientes externos, com o propósito de substituir a madeira, em artefatos para construção civil, como portas, janelas, pisos, decks e divisórias. Além disso, a eficácia da utilização do agente de acoplamento (AC) na durabilidade dos compósitos envelhecidos foi investigada. Para a produção dos compósitos foi utilizada a proporção polímero-madeira de 70/30 m/m, sendo que a matriz polimérica foi constituída de uma blenda de polipropileno-copolímero de etileno acetato de vinila (PP-EVA) pós-consumo provenientes de tampas de garrafa, e as madeiras usadas na forma de serragem, utilizando as espécies de eucalipto e pinus. O polipropileno graftizado com anidrido maleico foi usado como AC na proporção de 3 % m/m. As misturas foram processadas por extrusão e os compósitos moldados por compressão térmica e injeção. No teste de degradação por fungos foram utilizados quatro espécies de fungos basidiomicetos, Trametes villosa, Trametes versicolor, Pycnoporus sanguineus e Fuscoporia ferrea, todos de podridão branca. Na degradação abiótica, foram avaliadas as propriedades físicas, mecânicas, térmicas, reológicas, químicas e morfológicas dos compósitos nos diferentes estágios e formas de degradação. Para a degradação biótica, foram realizados ensaios de biodegradação em solo simulado (respirometria) e inoculação com fungos (deterioração fúngica). Os resultados mostraram que as condições climáticas afetaram diretamente as características dos compósitos avaliados, causando mudanças na cor e em sua viscosidade, com o aumento do índice de fluidez dos materiais e também alterações em suas estruturas químicas, com aumento do índice de carbonila, indicando a ocorrência de foto-oxidação das amostras. Em relação aos ensaios de biodegradabilidade, houve uma pequena perda de massa nas amostras avaliadas e formação de biofilmes nas superfícies dos compósitos, verificados por microscopia eletrônica de varredura (MEV). A deterioração fúngica ocorre especialmente na superfície das amostras. O fungo Fuscoporia ferrea foi o mais efetivo na deterioração dos compósitos, com maior perda de massa e até mesmo o surgimento de estruturas de reprodução após o período de incubação, porém não penetrou na parte interna dos materiais. Por respirometria também foi verificado um aumento na geração de CO2 ao longo do período avaliado, indicando que há um início de metabolização das amostras por micro-organismos incubadas no solo, principalmente nas amostras expostas a nove meses de intemperismo natural. A presença das fibras protegeu a matriz de PP-EVA da degradação na face não exposta diretamente ao sol, o que é interessante para aplicações que visam longa vida útil, porém a utilização de aditivos para preservação contra radiação UV, oxigênio e micro-organismos se tornam necessárias para otimização e maior durabilidade destes materiais em estudos futuros.

Performance tests on "wood plastic composites" (WPC) require efficient evaluation of their resistance to natural aging over time and against its biodegradation by microorganisms. In this sense, the objective of this study was to investigate the abiotic and biotic degradation mechanisms of thermoplastic composites with vegetable fibers, in order to determine its behavior from the point of view of stability under conditions that will be used. The proposed application for these materials is their use outdoors, in order to replace the wood, in building construction, such as doors, windows, floors, decks and bulkheads. In addition, the effective use of the coupling agent (CA) in durability of aged composites was investigated. For the production of composite was used wood-polymer ratio of 70/30 w/w, wherein the polymeric matrix is comprised of a blend of polypropylene and ethylene-vinyl acetate copolymer (PP-EVA) from post-consumer caps bottle, and the woods used in the form of sawdust, using the eucalyptus and pine species. The polypropylene grafted with maleic anhydride was used as coupling agent in the proportion of 3% w/w. The mixtures were processed by extrusion and composites molded by injection and thermal compression. In fungal degradation tests were used four species of basidiomycete fungi, Trametes villosa, Trametes versicolor, Pycnoporus sanguineus and Fuscoporia ferrea, all white rot fungi. In abiotic degradation, physical, thermal, mechanical, rheological, chemical and morphological properties of composites at different stages of degradation and shapes were evaluated. For biotic degradation, biodegradation tests were performed on soil (respirometry) and inoculated with fungi (fungal deterioration). The results showed that the climatic conditions directly affect the characteristics of the evaluated composites, causing changes in color and its viscosity with increasing melt flow index of the materials and also changes in their chemical structures with increased carbonyl index of samples exposed to natural weathering, thus indicating a photo-oxidation of the samples. Regarding the degradation tests, there was a small weight loss in the evaluated samples, and growth of microorganisms on the surface of composites, evidenced by scanning electron microscopy (SEM). The fungal deterioration occurs especially on the surface. The fungus Fuscoporia ferrea was the most effective in composites deterioration, with greater weight loss and even the emergence of reproductive structures after the incubation period, but did not penetrate inside the material. By respirometry also can be seen an increase in the generation of CO2 over the months, indicating a beginning of metabolism of the samples incubated by microorganisms in the soil, especially in samples exposed to 9 months of natural weathering. The presence of fibers protected the PP-EVA matrix of degradation in the face not exposed to direct sunlight, which is interesting for applications that aim to long life, but the use of additives for preservation against UV radiation, oxygen and microorganisms become necessary for optimization and durability of these materials in future studies.