Tenacificação de PET reciclado com EPDM

Abstract

O poli(tereftalato de etileno), ou PET (todos), é um polímero termoplástico amplamente utilizado em diversas indústrias, principalmente na de embalagens e bebidas carbonatadas e como consequência é gerado um grande volume de resíduo. A reciclagem de polímeros tem sido uma alternativa interessante, porém para que um polímero recilcado, neste caso o PET, possa a vir ser utilizado para outra aplicação, ele precisa ser modificado e misturado com outros polímeros. O PET tem limitações quanto ao seu desempenho de resistência ao impacto devido a rigidez de sua molécula. Para melhorar seu desempenho ao impacto, ele precisa ser modificado com agentes tenacificantes. Porém, a modificação nem sempre ocorre de forma simples, devido a imiscibilidade termodinâmica entre diferentes materiais, necessitando haver umainterface de compatilização entre as fases de uma blenda. Em um primeiro momento, esta pesquisa averigou a tenacificação do PET-R (pós-consumo) em uma blenda com copolímero de etileno-propileno-dieno (EPDM); outra blenda com EPDM e a adição de agente compatibilizante (AC) Polietileno grafitizado com anidído maleíco (PE-g-AM); e uma terceira blenda de PET-R com EPDM grafitizado com anídrido maleíco (EPDM-g-AM), variando os teores mássicos de EPDM de 5%, 10%, 15%, 20% e 30%, e a blenda onde testou-se o agente compatibilzante PE-g-AM, manteve-se o valor fixo de 3%. As blendas foram preparadas em misturadora dupla rosca e posteriormente os corpos de prova foram moldados por injeção para posterior caracterização. Os corpos de prova foram caracterizados em ensaios de densidade, tração, resistência ao impacto, dureza, colorimetria, espectro de infravermelho por transformada de Fourrier (FTIR), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e calorimetria diferencial exploratória (DSC). Como resultado desta primera etapa, observou-se que as blendas contendo 20% e 30% de EPDM e 3% de PE-g-AM tiveram resistência ao impacto cerca da 4 vezes maior que o PET-R. A dureza e a densidade tiveram redução em seus valores com o aumento do teor de EPDM. Observou-se também que a cristalinidade foi reduzida com o aumento do teor de EPDM, mas apresentou maior redução quando o PE-g-AM estava presente nas blendas, assim evidenciando a melhor compatibilização e formação de cadeias mais complexas de polímero in-situ. Na segunda etapa deste trabalho, variou-se o teor do PE-g-AM, que foi selecionado na etapa anterior pelo melhor desempenho, e mantevese o teor de agente tenacificante EPDM em 20% e 30%. As blendas foram preparadas e caracterizadas da mesma maneira que na primeira etapa deste trabalho. Como resultado, evidenciou-se que a blenda contendo 30% de EPDM e 5% de PE-g-AM teve o melhor desempenho de resistencia ao impacto. Tal desempenho pode ser atribuido a fina dispersão de partículas vistas na análise morfológica tanto quanto a menor cristalização nesta blenda. As blendas contendo 1%, 3% e 7% de AC tiveram resultados de resitência mecânicas similares, mas abaixo da blenda contendo 5%. Por fim, a terceira etapa deste projeto avaliou o desempenho de materiais de produtos comerciais que necessitam alta resistência ao impacto, neste caso a caneleira de futebol, capecete de motocicleta e parachoque de carro. Esses materiais foram moídos e injetados por pressão a fim de serem caracterizados por resistência ao impacto, dureza e DSC. Resultados de DSC indicaram que o capacete é o copolímero de acrilonitrila-butadieno-estireno (ABS), a caneleira é polietileno (PE), e o parachoque uma blenda de polipropileno (PP) e EPDM. Ao fim da terceira etapa, observou-se que a blenda com teores ótimos, PET-30-5, teve resultados de resistência ao impacto semelhantes a do parachoque de carro. Pode-se concluir que a incorporação do EPDM no PET e na presença do agente compatibilizante PE-g-AM apresentaram melhor performance nas propriedades avaliadas, destacando-se no aumento na resistência ao impacto de mais de 200% se comparado com o PET-R.

Polyethylene terephthalate, or PET, is a thermoplastic polymer widely used in many industries, especially in packaging and carbonated beverages and therefore a large volume of waste is generated. Polymer recycling has been an interesting alternative, however, for a reconstituted polymer, in this case PET, to be used for another application, it needs to be modified and blended with other polymers. PET has limitations on its impact resistance performance due to the stiffness of its molecule. To improve its impact performance, it needs to be modified with tenacifying agents. However, the modification does not always occur in a simple way, due to the thermodynamic immiscibility between different materials, necessitating a compatibility interface between the phases of a blend. At first, this research investigated PET-R (post-consumer) tenacity in an ethylene-propylene-diene copolymer (EPDM) blend; another blend with EPDM and the addition of compatibilizing agent (AC) Graphitized polyethylene with maleic anhydride (PE-g-AM); and a third PET-R blend with EPDM graphitized with maleic anhydride (EPDM-g-AM) (all), varying the EPDM mass contents of 5%, 10%, 15%, 20% and 30%, and the blend where the compatibilizer agent PE-gAM was tested, the fixed value of 3% was maintained. The blends were prepared in a double threaded mixer, and then the specimens were injection molded for further characterization. The test specimens were characterized in density, tensile, impact strength, hardness, colorimetry, Fourrier (FTIR), scanning electron microscopy (SEM) and differential scanning calorimetry (DSC) tests. As a result of this first step, it was observed that blends containing 20% and 30% EPDM and 3% PE-g-AM had impact resistance about 4 times higher than PET-R. The hardness and the density were reduced in their values with the increase of the EPDM content. It was also observed that the crystallinity was reduced with the increase of the EPDM content but showed a greater reduction when the PE-g-AM was present in the blends, thus evidencing the better compatibility and formation of more complex chains of polymer in -situ. In the second step of this work, the content of the PE-g-AM was selected, which was selected in the previous stage by the best performance, and the EPDM tenacid agent content was maintained at 20% and 30%. The blends were prepared and characterized in the same manner as in the first stage of this work. As a result, it was shown that the blender containing 30% EPDM and 5% PE-g-AM had the best impact resistance performance. Such performance can be attributed to the fine dispersion of particles seen in the morphological analysis as well as the lower crystallization in this blend. Blends containing 1%, 3% and 7% of AC had similar mechanical strength results, but below the blender containing 5%. Finally, the third stage of this project evaluated the performance of materials of commercial products that need high resistance to impact, in this case the football leggings, motorcycle cape and car bumper. These materials were ground, and pressure injected to be characterized by impact strength, hardness, and DSC. It can then be deduced from DSC that the helmet is produced in acrylonitrilebutadiene-styrene copolymer (ABS), the polyethylene shinguard (PE), and the bumper can be a blend of Polypropylene (PP) and EPDM (all). At the end of the third step, it was observed that the optimally blended PET-30-5 resin had similar impact results to car bumper. It can be concluded that EPDM presented improvements in mechanical properties when mixed with PET in the presence of compatibilizing agent PE-g-AM, which was efficient in providing an interface between PET and EPDM, showing more then 200% increase in impact resistance test if compared to PET-R.