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Tesis Doctoral
DOI
https://doi.org/10.11606/T.18.2020.tde-02022021-141212
Documento
Autor
Nombre completo
Fabiana Massarente Pereira
Instituto/Escuela/Facultad
Área de Conocimiento
Fecha de Defensa
Publicación
São Carlos, 2020
Director
Tribunal
Chinelatto, Marcelo Aparecido (Presidente)
Bonse, Baltus Cornelius
Casarin, Suzan Aline
Corrêa, Daniel Souza
Trovatti, Eliane
Título en portugués
Modificação química do Poli(ácido láctico) e seu efeito como compatibilizante de blendas de Poli(ácido láctico)/Poli(ε-caprolactona)
Palabras clave en portugués
Compatibilização
Modificação química
Poli(ε-caprolactona) (PCL)
Poli(ácido láctico) (PLA)
Resumen en portugués
No presente trabalho foi estudada a modificação química do poli(ácido láctico) (PLA) via reação de condensação entre grupos hidroxila localizados nas extremidades de suas cadeias, com poli(ε-caprolactona) (PCL) de baixa massa molar e hexametileno diisocianato (HDI). O diferencial deste trabalho foi a obtenção de um PLA apenas com as extremidades modificadas, contendo cadeias de PCL, e não a formação de copolímeros com repetição de blocos, como na maioria dos trabalhos encontrados na literatura. Posteriormente, o efeito do PLA modificado na compatibilização de blendas poliméricas imiscíveis PLA/PCL, preparadas a partir do estado fundido, foi investigado. Dentre os diferentes procedimentos de modificação do PLA estudados, o mais vantajoso foi o que resultou em produtos com razões molares PLA/PCL (de baixa massa molar) muito próximas das razões molares iniciais. As análises do produto da reação de modificação por FTIR e ressonância magnética revelaram a formação de ligações uretânicas. De acordo com as curvas de distribuição de massas molares obtidas por SEC, o PLA modificado apresentou M̄n de 64000 g mol-1 e M̄w de 100000 g mol -1, indicando aproximadamente 6 cadeias de PCL ligadas ao PLA. As blendas PLA/PCL, contendo 5, 10 e 20% (em massa) de PCL e 0, 5 e 10% (em massa) de PLA modificado, foram preparadas por extrusão em rosca simples, e os corpos de prova usados em suas caracterizações foram obtidos por processo de injeção. Nas análises das propriedades mecânicas por ensaio de tração, as blendas apresentaram redução no módulo de elasticidade, tensão máxima e tensão na ruptura quando comparadas ao PLA puro, porém não de maneira significativa. Já a deformação na ruptura aumentou proporcionalmente com a quantidade de PCL na blenda. A análise por microscopia eletrônica de varredura (MEV) revelou que blendas PLA/PCL contendo 5% de PLA modificado apresentaram morfologia mais refinada que as blendas preparadas com maiores quantidades de compatibilizantes. A eficiência da compatibilização com 5% de PLA modificado foi melhor observada na blenda com 20% de PCL, a qual apresentou tamanho das gotas da fase dispersa variando entre 0,1 a 1,0 μm, a maior deformação na ruptura, 37,6%, quando comparada ao PLA puro (9,65%) mantendo valores de módulo de elasticidade e tensão máxima ainda elevados, 2,58 GPa e 99,0 MPa, respectivamente.
Título en inglés
Chemical modification of Poly(lactic acid) and its effect as Poly(lactic acid)/Poly(ε-caprolactone) blends compatibilizer
Palabras clave en inglés
Chemical modification
Compatibilization
Poly(ε-caprolactone)
Poly(lactic acid) (PLA)
Resumen en inglés
In this study, the chemical modification of Poly(lactic acid) (PLA) by condensation reaction between hydroxyl groups, present in the ends of its chains, with low molecular weight Poly((ε-caprolactone) (PCL) and hexamethylene diisocyanate (HDI) was studied. The most important difference of this work was to obtain a PLA with only the ends modified, containing PCL chains, and not the formation of copolymers with repeating blocks, as in most works found in the literature. Subsequently, the effect of the modified PLA in the compatibilization of immiscible PLA/PCL polymeric blends, prepared from melt state, was investigated. Among the different PLA modification procedures studied, the most advantageous was the one that resulted in products containing molar ratios PLA/PCL (low molar weight) very close to the initial molar ratios. FTIR and magnetic resonance analyzes of the modification reaction product showed the formation of urethanic linkages. According to molecular weight distribution curves obtained by SEC analysis, the modified PLA presented M̄n of 64000 g mol-1 and M̄w of 100000 g mol-1, resulting in approximately 6 segments of PCL bonded to PLA chain. PLA/PCL blends, containing 5, 10 and 20% (weight %) of PCL and 0, 5, and 10% (weight %) of modified PLA, were obtained by single screw extrusion, and the test specimens used in characterizations were obtained by injection molding. In mechanical properties analyzes via tensile test, blends showed a decrease in the elastic module, maximum stress and stress at break, when the same properties were compared with those of pure PLA, but not significantly. The elongation at break, however, proportionally increased with the amount of PCL in the blend. Analysis by Scanning Electron Microscopy (SEM) revealed that PLA/PCL blends containing 5% of modified PLA showed a more refined morphology than blends prepared with greater amounts of compatibilizer. The efficiency of compatibilization with 5 wt% of modified PLA was better observed in the blend with 20% of PCL, which presented size of drops in dispersive phase ranging from 0,1 to 1,0 μm, the greatest elongation at break, 37,6%, when compared to pure PLA (9,65%), maintaining high values of elastic modulus and maximum stress, 2,58 GPa and 99,0 MPa, respectively.
 
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Fecha de Publicación
2021-06-24
 
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