Influence of lignin type on the characterization of natural fiber polymer composites

Abstract

The use of recycled raw materials and renewable sources are necessary for economical, social, environmental and technological development. In this context, this work aims to study the influence of two lignin types, one derived from pine (Lig I) and the other one from eucalyptus, (Lig II) on polymer composites properties of recycled low density polyethylene (r-LDPE-Al) and Pinus Elliotti wood flour (WF), in the proportion 70% and 30% matrix/reinforcement in weight, respectively. The r-LDPE-Al is from Tetra Pak post-consumer packaging. The composites were processed by extrusion in a laboratory co-rotation twin-screw extruder. The composites obtained were evaluated through tests of melt flow index (MFI), tensile strength, Charpy impact strength, density and heat deflection temperature (HDT). The MFI results indicated that both lignin showed potential use as a flow agent for r-LDPE-AL/WF composites, with an increase of 41% and 13% for Lig I and Lig II, respectively, when compared with composite reference 0 (without lignin). Mechanical test results showed that the lignin origin influences the composites’ properties where Lig I, is derived from pine (the same source as wood flour) had the best performance, indicating a potential use as a coupling agent. The results were favorable for a more noble reuse for post-consumer packaging and the lignin by-product.

O uso de matérias-primas recicladas e de fontes renováveis faz-se necessário tanto para o desenvolvimento econômico, social, ambiental quanto tecnológico. Nesse sentido, esse trabalho consiste no estudo da influência de 2 tipos de ligninas (uma derivada de pinus e denominada como Lig I e outra de eucalipto, denominada Lig II) na caracterização de compósitos poliméricos com polietileno de baixa densidade reciclado (r-PEBD-Al) e farinha de madeira (FM), da espécie Pinus Elliotti, na proporção 70% e 30% em massa de matriz/reforço, respectivamente. O r-PEBD-Al é oriundo das embalagens pós-consumo Longa vida. Os compósitos foram processados em extrusora de laboratório dupla rosca co-rotante. Os compósitos obtidos foram avaliados através dos ensaios de índice de fluidez (IF), tração, resistência ao impacto Charpy, densidade e temperatura de deflexão térmica (HDT). Os resultados de IF indicaram que ambas as ligninas apresentaram potencial uso como agente de fluxo para os compósitos de r-PEBD-Al/FM, com 41% e 13% de aumento para Lig I e Lig II, respectivamente, em relação ao compósito 0 sem lignina (referência). As propriedades mecânicas evidenciaram que a origem da lignina influencia no desempenho dos compósitos, sendo que a Lig I, que é derivada de pinus, mesma fonte que a farinha de madeira apresentou uso potencial como agente de acoplamento. Os resultados se mostraram favoráveis para um reaproveitamento mais nobre para as embalagens pós-consumo e o subproduto lignina.