Síntese e aplicação de bio-oligoésteres como plastificantes ao poli(ácido láctico) : estrutura e propriedades

Abstract

Como consequência de sua biodegradabilidade, e mais recentemente de sua elevada disponibilidade comercial, o poli (lactídeo) (PLA) é considerado um dos polímeros de origem renovável mais adequado para substituir os polímeros fósseis em diversas aplicações. Além de apresentar elevada rigidez, o PLA também é uma matriz frágil, o que limita sua aplicação na área de embalagens, especialmente quando alta deformação plástica é requerida. Neste contexto, várias estratégias de modificação estão sendo desenvolvidas visando promover uma melhora nas propriedades mecânicas do PLA através de processos economicamente viáveis e ecologicamente corretos. Neste trabalho, foram estudados diferentes sistemas utilizando materiais de origem renovável para alterar as propriedades mecânicas do PLA, principalmente, a alta rigidez e a baixa energia de impacto desta matriz. Primeiramente, foi testado um oligoéster obtido a partir do biodiesel do óleo de girassol como plastificante ao PLA. O efeito plastificante foi caracterizado por um decréscimo na temperatura de transição vítrea do material e por um aumento na deformação plástica. Estes resultados foram mais evidenciados para a maior concentração de oligoésteres adicionada. A reavaliação das propriedades após um ano de envelhecimento revelou grande favorecimento à cristalinidade. Em seguida, novos bio-oligoésteres de diferentes composições foram sintetizados através de reações de policondensação buscando preparar novas classes de bioplastificantes. Diferentes monômeros, tais como ácido láctico, butanodiol, ácido azelaico e ácido itacônico foram empregados nas sínteses dos novos materiais. A polimerização em etapas utilizada na síntese dos oligoésteres se mostrou um método eficiente para a síntese dos plastificantes, resultando em materiais com as propriedades desejadas, ou seja, materiais amorfos, de baixa massa molar e baixa Tg. Foi possível obter diferentes efeitos na matriz de PLA variando a composição dos oligoésteres preparados. Os materiais contendo maior teor do monômero ácido láctico mostraram-se eficientes plastificantes enquanto que aqueles preparados com maior teor do monômero ácido azeláico atuaram como modificadores de impacto na matriz de PLA. A realização do processamento reativo na presença de um iniciador peróxido foi efetivo em promover a enxertia dos bio-oligoésteres funcionais na matriz de PLA. Este procedimento reativo teve efeito positivo nas propriedades dos filmes plastificados, os quais apresentaram melhor desempenho mecânico e maior estabilidade térmica.

Due to its biodegradability, and recently, its industrial implementation at low costs, poly (lactide) (PLA) is considered one of the most promising ecological, bio-sourced plastic materials to potentially replace traditional petroleum derived polymers in many applications. Besides its relatively high rigidity, PLA suffers from an inherent brittleness, which can limit its applications especially where high plastic deformation is required. Thus, several strategies have been developed to improve mechanical properties of PLA using economically viable and fully bio-based routes. In this work, our study attempted to evaluate the potential application of different new bio-based systems to modify mechanical properties, mainly the high brittleness and low impact resistance of PLA. Initially, it was tested a new renewable oligomer obtained from biodiesel as a plasticizer for a PLA matrix. The effect of plasticizer was characterized by a decrease on the glass transition temperature (Tg) and an increase in plastic deformation. These results were more pronounced at high levels of plasticizer content. Aging of the blends at room temperature for several months induced crystallization. After, new bio-based oligoesters were synthesized by bulk polycondensation with the intention to plasticize polylactide. Several monomers such as lactic acid, 1,4-butanediol, itaconic acid and azelaic acid were used in the synthesis of the bio-oligoesters. These oligoesters showed suitable properties such as low glass transition temperature, low molecular weight and zero crystallinity, which allow their use as PLA plasticizers. By varying oligoesters compositions different behaviors of plasticized systems were obtained. The plasticizer containing high level of lactic acid monomer in the composition showed good plasticizing effect while those prepared with high levels of azelaic acid significantly improved impact properties. Further reactive process was successful to graft the oligoesters into PLA chains. The reactive process positively impacts final properties of plasticized films, improving mechanical performance and thermal stability.