Compósitos de polímeros com borras de café

Abstract

O café é uma das bebidas mais consumidas no mundo e engloba um enorme mercado mundial, gerando grandes quantidades de resíduos sólidos, borras de café (BC) ou spent coffee grounds (SCG). Estes resíduos, são constituídos por compostos orgânicos que fazem com que o seu reaproveitamento seja plausível e os valorize, tornando-os parte da cadeia da economia circular. Uma das possíveis utilizações consiste na produção de compósitos de matriz polimérica que serve de matéria-prima para a produção de diversos produtos, como por exemplo, chávenas ou óculos de sol. Estes produtos inovam pelo aspeto, textura e até cheiro, introduzindo as borras de café nas suas misturas de polímeros. Esta dissertação tem como principal objetivo produzir compósitos de vários polímeros com borras de café com taxas de incorporação de 5% e 40%, usando um polímero ou mistura de dois polímeros, de modo a permitir, caso seja conseguida compatibilidade, mistura de propriedades. Utilizaram-se materiais amorfos que demonstraram, em trabalhos anteriores, ter alguma afinidade com o café, nomeadamente o polimetilmetacrilato ou acrílico (PMMA), o politereftalato de etileno glicolizado (PETg) e o acrilonitrila butadieno estireno (ABS), de modo a também avaliar o efeito da incorporação de borras de café como compatibilizador nas misturas imiscíveis. Foram também utilizados dois biopolímeros da Nurel, F29 HTR e F10 que apresentam boa compatibilidade com as borras de café. Foram preparadas, por extrusão, misturas de dois polímeros em percentagens de 25/75, 50/50 e 75/25 sem café. Posteriormente, introduziram-se as BC em percentagens de 5% e 40% nas misturas que aparentavam ter a pior e a melhor compatibilidade. Foram preparados provetes, por moldação por injeção, de todos os materiais individuais e de todas as misturas preparadas. Foram realizados ensaios de tração e de impacto, para todos os materiais, e ensaios de DSC aos materiais e misturas sem borras de café de modo a avaliar a potencial de compatibilidade. Os resultados mostram que as misturas de PMMA/PETg aparentam ter a pior compatibilidade, enquanto que as misturas dos biopolímeros F29 HTR/F10, parecem ter a melhor. Os resultados de tração e impacto mostraram que, tendencialmente, as misturas de polímeros apresentam um pior desempenho do que os polímeros individuais, havendo, no entanto, certas misturas onde essa tendência não se verifica. Observa-se ainda que, para uma taxa de incorporação de 5% de BC, certas propriedades mecânicas melhoram. Finalmente, foram realizados testes de resistência à degradação em água dos biopolímeros, observando-se que, com a introdução das borras de café, a absorção de água aumenta e consequentemente a tendência para a sua degradação.

Coffee is one of the most consumed beverages in the world and encompasses a huge world market, generating large amounts of solid waste, spent coffee grounds (SCG or BC). These residues are made up of organic compounds that make their reuse plausible and valuable, making them part of the circular economy chain. One of the possible uses is in the production of polymeric matrix composites that serve as raw material for the production of various products, such as cups or sunglasses. These products innovate by their appearance, texture and even smell, introducing coffee grounds into their polymer mixtures. This dissertation has as main objective to produce composites of various polymers with spent coffee grounds with incorporation rates of 5% and 40%, using a polymer or mixture of two polymers, in order to allow, in case compatibility is achieved, a mixture of properties. Amorphous materials were used that demonstrated, in previous works, to have some affinity with coffee, namely polymethylmethacrylate or acrylic (PMMA), glycosylated polyethylene terephthalate (PETg) and acrylonitrile butadiene styrene (ABS), in order to also evaluate the effect of incorporating coffee grounds as a compatibilizer in immiscible mixtures. Two Nurel biopolymers were also used, F29 HTR and F10, which have good compatibility with coffee grounds. Mixtures of two polymers in percentages of 25/75, 50/50 and 75/25 without coffee were prepared by extrusion. Subsequently, BC were introduced in percentages of 5% and 40% in mixtures that appeared to have the worst and the best compatibility. Test pieces were prepared by injection molding all individual materials and all prepared mixes. Tensile and impact tests were performed for all materials, and DSC tests on materials and mixtures without coffee grounds in order to assess the potential for compatibility. The results show that the PMMA/PETg mixtures appear to have the worst compatibility, while the mixture of biopolymers F29 HTR/F10, seem to have the best. The results of traction and impact showed that, tendency, the mixtures of polymers present a worse performance than the individual polymers, however, there are certain mixtures where this tendency does not occur. It is also observed that, for an incorporation rate of 5% of BC, certain mechanical properties improve. Finally, biopolymers resistance to water degradation tests were carried out, observing that, with the introduction of coffee grounds, water absorption increases and consequently the tendency for its degradation.