Novos materiais para manufatura aditiva : desenvolvimento e fabricação de filamentos compósitos a partir do caule do tabaco (Nicotiana tabacum L.) e poli(ácido láctico)

Abstract

O desenvolvimento de novos materiais alinhados ao design sustentável, ao reaproveitamento de resíduos sólidos e à preservação do meio ambiente, são considerados desafios e demandas constantes. Sendo assim, identificou-se que, na fumicultura, o caule do tabaco é um resíduo que tem como principal destino a deposição a céu aberto ou queima, causando problemas ambientais. Como essa atividade agrícola está concentrada na Região Sul do Brasil, e o Rio Grande do Sul concentra o maior volume dessa produção, o desejo de contribuir com o reaproveitamento de resíduos agrícolas locais, buscando uma nova aplicação para os caules de tabaco, foi o ponto inicial para essa pesquisa. Assim, essa pesquisa visa desenvolver novos materiais para filamentos compósitos para a tecnologia de fabricação por filamento fundido (FFF), a partir do resíduo da planta do tabaco: sendo o reforço, partículas do caule de tabaco moído e o poli(ácido láctico) – PLA, polímero termoplástico, a matriz. Em relação ao processo FFF, verifica-se o potencial latente da utilização de materiais compósitos de reforços vegetais e matrizes poliméricas. Foram desenvolvidos filamentos compósitos com distintos percentuais em peso de resíduo de tabaco. As formulações foram realizadas com um misturador interno do tipo Brabender e os filamentos foram desenvolvidos por meio de processo de extrusão. Corpos de prova (CP), assim como um modelo 3D para a validação do filamento, foram impressos usando uma impressora Prusa i3 MK3. Os procedimentos experimentais incluem a seleção e preparação do caule do tabaco; os processos para o desenvolvimento do filamento compósito, assim como seus respectivos ensaios de caracterização química, térmica, mecânica e morfológica, para posterior comparação entre as formulações. Foi possível desenvolver novos filamentos para a tecnologia FFF a partir de um compósito proveniente do caule do tabaco associado ao PLA, o que possibilita sua utilização futura, proporcionando uma alternativa proveniente de recursos renováveis.

The development of new materials that align with sustainable design, the reuse of solid waste, and the preservation of the environment are seen as constant challenges and demands. In tobacco farming, the tobacco stalk is a residue that is typically disposed of through open deposition or burning, resulting in environmental problems. As this agricultural activity is concentrated in the South Region of Brazil, and Rio Grande do Sul concentrates the largest volume of this production, the desire to contribute to the reuse of local agricultural residues, seeking a new application for tobacco stalks, was the main starting point for this research. This research aims to develop new materials for composite filaments for the fused filament fabrication (FFF) technology from the tobacco plant waste: being the reinforcement, particles of tobacco stalks and the polylactic acid (PLA), a thermoplastic polymer, the matrix. For this purpose, composite filaments with different weight percentages of tobacco waste were developed. The formulations were carried out with a Brabender type mixer. The filaments were developed through an extrusion process. Specimens, as well as a 3D model for filament validation were printed using a Prusa i3 MK3 printer. The experimental procedures also include the selection and preparation of the tobacco stalks, the processes for the development of the composite filament, as well as their respective chemical, thermal, mechanical and morphological characterizations, for later comparison between the formulations. It was possible to develop new filaments for the FFF technology, from a composite derived from the tobacco stalks associated with PLA, which enables its future use, providing an alternative from renewable resources.