Relação estrutura-propriedades-processamento de blendas compatibilizadas de PLA-TPE

Abstract

O poli(ácido láctico) (PLA) é um dos principais polímeros biodegradáveis, exibindo alto módulo elástico e biocompatibilidade. Porém, sua baixa tenacidade demanda a modificação com a adição de elastômeros termoplásticos (TPEs) para atender a requisitos de projetos. A baixa compatibilidade entre PLA e TPEs requer o uso de agente compatibilizante (AgC) para melhor interação entre fases e, consequentemente, suas propriedades mecânicas e viscoelásticas. O comportamento reológico, as propriedades de interface e a processabilidade governam a formação da fase dispersa em uma blenda, afetando seus comportamentos viscoelástico e mecânico. Neste trabalho investigou-se a modificação das características mecânicas, morfológicas e viscoelásticas do PLA pela incorporação dos TPEs poliuretano termoplástico (TPU) e elastômero de etileno (EEt) sem e com a presença do AgC terpolímero etileno-acrilato de butila-metacrilato de glicidila (EBG) por mistura física. As blendas PLA/TPEs foram preparadas nas proporções mássicas de 10 e 30% em misturador interno, sendo as blendas PLA/TPEs (70/30) aditivadas com 5%EBG, e a blenda PLA/TPU (70/30) aditivada com os teores com 2,5 e 7,5%EBG. PLA, TPEs e EBG foram caracterizados quanto ao comportamento reológico, propriedades de superfície e miscibilidade. As blendas PLA/TPEs (sem e com EBG) foram caracterizadas quanto à sua processabilidade, propriedades reológicas, térmicas, mecânicas, viscoelásticas, morfológicas e de interface. A compatibilização com EBG reduziu a tensão interfacial e aumentou a espessura da interface da blenda PLA/TPU. A adição de 10% de TPE aumentou a viscosidade do PLA de 2123 para até 2300 Pa.s, enquanto que 30% de TPE acresceu a viscosidade para até 2650 Pa.s. O uso de 7,5%EBG reduziu o diâmetro das partículas de TPU na blenda PLA/TPU (70/30) de 3,9 para 2,3 μm. O uso de baixo %EEt retardou a degradação térmica do PLA, enquanto a presença de EBG nas blendas PLA/TPU retardou a decomposição dos segmentos de TPU. A temperatura de transição vítrea no PLA (medida por DSC) foi 61 ºC, não tendo sido afetada pela presença/%TPE e de EBG. A Energia Mecânica Específica (EME) aumentou com o aumento do %TPE nas blendas PLA/TPE. A tan δdiminuiu com o aumento do %TPE, aumentando o caráter elástico do PLA. O PLA apresentou aumento da resistência ao impacto de 1,9 para 5,0 kJ/m² com 30%TPU e para 7,0 kJ/m² com 7,5%EBG. A presença de TPE promoveu aumento da deformação no escoamento e melhora no balanço módulo-tenacidade do PLA. EBG mostrou-se um compatibilizante efetivo para as blendas PLA/TPU, sendo o teor de 7,5% o mais adequado. Palavras-chave: PLA, TPE, EBG, blendas, compatibilização, tenacificante.

Poly (lactic acid) is one of the main biodegradable polymers, exhibiting high elastic modulus and biocompatibility. However, its low tenacity demands modification with the addition of thermoplastic elastomers (TPEs) to fulfill project requirements. The low compatibility between PLA and TPEs requires the use of a compatibilizer agent (AgC) for better interaction between phases and, consequently, their mechanical and viscoelastic properties. Rheological behavior, interface properties, and processability govern the formation of the dispersed phase in a blend, affecting its viscoelastic and mechanical behaviors. In this work, the modification of the mechanical, morphological and viscoelastic characteristics of PLA was investigated by the incorporation of TPEs thermoplastic polyurethane (TPU) and ethylene elastomer (EEt) without and with the presence of the AgC ethylene-butyl methacrylate-ethylene acrylate (EBG) by physical mixing. The PLA/TPEs blends were prepared in the weighted proportions of 10 and 30%, while PLA/TPEs (70/30) blends were prepared with 5% w/w EBG, and PLA/TPU (70/30) blend were also prepared with 2.5 and 7.5%EBG. PLA, TPEs, and EBG were characterized by rheological behavior, surface properties, and miscibility. The PLA/TPEs blends (without and with EBG) were characterized by their processability, rheological, thermal, mechanical, viscoelastic, morphological and interface properties. The use of EBG reduced the interfacial tension and increased the thickness of the PLA/TPU blend interface. The addition of 10% TPE increased the PLA viscosity from 2123 to up to 2300 Pa.s, while 30%TPE rose the viscosity to up to 2650 Pa.s. The use of 7.5%EBG reduced the TPU particle diameter in the PLA/TPU (70/30) blend from 3.9 to 2.3 μm. The use of low %EEt delayed the thermal degradation of the PLA, while the presence of EBG in the PLA/TPU blends delayed the decomposition of the TPU segments. The glass transition temperature in the PLA (measured by DSC) was 61 ºC, not being affected by the presence/%TPE and EBG. Specific Mechanical Energy (EME) rose with the increase of %TPE in the PLA/TPE blends. Tan δ decreased with the increase of %TPE, increasing the elastic behavior of PLA. PLA increased its impact resistance from 1.9 to 5.0 kJ/m² (with 30%TPU) and to 7.0 kJ/m² (with 7.5% EBG). The presence of TPE promoted an increase in the yield strain and an improvement in the PLA modulus-toughness balance. EBG proved to be an effective compatibilizer for PLA/TPU blends, with 7.5% content being the most appropriate.