Termoformação de compósitos de biopolímeros com resíduos de cartão

Abstract

Neste trabalho desenvolveu-se compósitos de biopolímeros com resíduos de cartão provenientes de indústria da embalagem, nomeadamente, de embalagens de ovos, para a produção de embalagens termoformadas. A incorporação destes numa matriz de um biopolímero tem como principal objetivo desenvolver embalagens reutilizáveis que no seu fim de vida útil sejam compostáveis, mitigando o impacto ambiental. O cartão foi caracterizado morfologicamente e termicamente, de modo a avaliar a sua apetência para ser processado por extrusão. Os resultados do TGA mostraram estabilidade térmica do cartão até cerca de 200C. Prepararam-se compósitos com o biopolímero Inzea F38 da Nurel e cartão com diferentes taxas de incorporação, nomeadamente, 5%, 10% e 15%. Inicialmente, preparam-se dois masterbatch com 50% de carga, um com F38 de injeção e outro com Vinnex8880, um agente compatibilizador que visa melhorar a interação entre carga-polímero adequado para biopolímeros. Seguidamente, foram preparadas por extrusão as várias composições em forma de folha, diluindo nas proporções adequadas os masterbatch para se obter composições com 5%, 10% e 15% de carga. Para as composições de 15% de carga, estudou-se ainda a influência da adição de outros polímeros, nomeadamente do biopolímero da Inzea o F10 e do Vinnex 2504, com ductibilidade superior ao F38, para mitigar o possível aumento de rigidez provocado pela incorporação das cargas. Para a caracterização mecânica dos materiais compósitos foram cortados provetes no sentido da extrusão e no sentido perpendicular à extrusão. Os resultados mostraram que os compósitos são materiais com menor deformação à rotura. A adesão carga-matriz foi observada por SEM em amostras cortadas em folhas antes de termoformar e em regiões das peças termoformadas que sofreram maior deformação. Em ambas as situações, mostram uma excelente compatibilidade e adesão entre carga e a matriz polimérica. A presença do aditivo, também identificada nas imagens de SEM como uma fase não miscível e muito bem distribuída, facilitando o processo de adesão. A termoformabilidade dos materiais compósitos foi estudada termoformando as folhas obtidas, usando um molde protótipo com diferentes razões de estiramento e a várias temperaturas. Os resultados mostraram que a termoformabilidade depende da percentagem de incorporação de carga, obtendo-se um rácio de área máximo de 2 para 5% e de 7 para 15% de carga em molde fêmea.

In this dissertation biopolymers composites were developed with cardboard waste sourced from the packing industry, particularly, egg packaging, to produce thermoformed packaging. The incorporation of this waste into a polymeric matrix has as its main objective the development of reusable packaging which, at in the end of their useful life are compostable, to mitigate their environmental impact. The cardboard was characterized morphologically and thermally in order to evaluate its capability to be processed by extrusion. The results of TGA shows thermal stability of cardboard up to 200C. Composites were prepared with Nurel's Inzea F38 biopolymer and cardboard wastes with different incorporation rates, specifically, 5%, 10% and 15%. In a first phase, two masterbatches with 50% filler were prepared one with injection grade F38 and other with Vinnex8880, a dispersant and coupling agent, aiming the improvement of fillers-polymer interaction, and it is compatible with biopolymers. In a second phase of the work, were extruded sheets, diluting the masterbatch in the adequate proportions, of both F38 and Vinnex 8880, to obtain compositions with 5%, 10% and 15% of filers. For compositions with 15% filler, the influence of the addition of other polymers was also studied, particularly, Nurel's Inzea F10 biopolymer and Vinnex8880, whose ductility is higher than F38, to minimaze the possible rigidity increment due to the incorporation. For the mechanical characterization of composite materials test stamples were cut from the extruded sheets, in the direction of extrusion and perpendicular to the extrusion. The results showed that the materials present lower strain at break and higher elastic modulus when compared the neat materials, keeping the ductile behaviour. The filler-polymers adhesion was observed by SEM in samples collected from sheets before thermoforming and and in regions of thermoformed parts that suffered the highest deformation. In both situations, they show an excellent compatibility and adhesion between the filler and the polymeric matrix. The presence of the additive, also identified in the SEM images as an immiscible phase and with a good distribution, enhance the adhesion process. The thermoformability of composite materials was studied by thermoforming the extruded sheets, using a prototype mould with different stretch ratios and various temperatures. The results show that the thermoformability is strongly dependent on the percentage of filler incorporation, obtaining a maximum area ratio of 2 for 5% and 7 for 15% load on the female part of the mould.