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Estudo do processamento e da degradação térmica do poli (Hidroxibutirato) e suas blenadas com poli (Caprolactona)

By Márcia Adriana Tomaz Duarte

Abstract

Aiming the development of high-performance biodegradable polymeric materials, the properties and the processing behavior of poly(3-hydroxibutyrate), PHB, and their blends with poly(ε-caprolactone), PCL, have been investigated. Two sample of PHB obtaneid from sugarcane and characterized by infrared spectroscopy and X-ray diffraction, with molecular weights of 2,4 x 105 g.mol 1, PHB(A) and 3,0 x 105 g.mol 1,PHB(B), were used. Differential scanning calorimetry (DSC) showed that the sample were different regarding the crystallinity degree, 49% for the PHB(A) and 60% for the PHB(B), the glass transition temperature (Tg), 2,0oC (A) and 4,4 oC (B), and the melting temperature, 178oC (A) and 171oC (B). The samples have been processed through high-pressure compacting,solid state extrusion, and injection molding. Cylindrical billets of PHB prepared by compaction at 200 MPa showed high shore hardness, 71,3 (±0,9) D, and compression strength, 51,7 (± 1,0) MPa. The solid state processing was carried out by uniaxial compression, at temperature between the Tg and the melting point, through conical dies with extrusion draw ratio of 25 . It has produced extremely fragile materials with very high crystalline degrees (ca. 90%). Specimens of PHB(B) obtaneid by injection molding showed tensile strength, 24.53 (±0,77) MPa, and modulus ,3.82 (± 0,06) GPa, compatible to diverse type of applications. A small decrease on the tensile strength, 21,88 (± 0,40) MPa, and modulus, 2,17 (±0,25) GPa, and a high increase on the elongation at break, 86.7% (±20,0) were noted for PHB(B)/PCL (70/30) blends prepared by injection molding. DSC analyses of this blend showed two Tg´s, at 10,6oC for the PHB matrix, and at 62,9 oC for the PCL domains. The significant decrease on the Tg of PHB in the blend is possibly related to a partial miscibility of PCL in PHB. Thermal degradation studies of PHB were carried out by thermogravimetric methods, showing that the degradations occurs in only one step and that the presence of oxygen does not interfere in the degradation process.Visando o desenvolvimento de materiais poliméricos biodegradáveis de alta performance estudaram-se as propriedades e o processamento de poli(3-hidroxibutirato), PHB, e de suas blendas com poli(ε-caprolactona), PCL. Foram utilizadas duas amostras de PHB, obtidas a partir de cana de açúcar,com massas molares de 2,4 x 105 g mol-1, PHB(A) e 3,0 x 105 g mol-1, PHB(B), cujas identidades foram confirmadas por espectroscopia na região do infravermelho. A calorimetria diferencial exploratória (DSC) mostrou que as amostras se diferenciam quanto ao grau de cristalinidade, 49% para o PHB(A) e 60% para o PHB(B), e em relação às temperaturas de transição vítrea, que variaram de 2 oC a 4,4oC, e de fusão, de 178 oC a 171 oC. Os materiais foram processados por compactação a alta pressão, extrusão em estado sólido e injeção em molde. O material compactado a 200 MPa apresentou elevada dureza, 71,30 (±0,9) unidades Shore D, e alta resistência à compressão, 51,7 (± 1,0) MPa. Observou-se que o processamento no estado sólido com razão de extrusão de 25 e em temperaturas até 175oC geram materiais extremamente frágeis, sendo que a caracterização por microscopia eletrônica de varredura mostra que o material não estava consolidado. A análise de DSC deste material revelou um alto grau de cristalinidade (93%), o que provavelmente está relacionado com a grande dificuldade de se obter PHB ou suas blendas com PCL por extrusão sólida. Corpos de prova de PHB(B) obtidos por injeção em molde apresentaram valores de resistência à tração, 24,53 (± 0,77) MPa,compatíveis com diversos tipos de aplicações, enquanto que as blendas de PHB(B)/PCL (70/30) injetadas apresentaram módulo de elasticidade igual a 2,17 (± 0,25) GPa e resistência à tração de 21,88 (± 0,40) MPa. A análise de DSC da blenda apresentou duas Tg´s, uma em -10,6 oC, da matriz de PHB, e outra a 62,9 oC, referente aos domínios de PCL. A diminuição acentuada na Tg do PHB(B) pode estar associada a uma provável solubilidade do PCL em PHB. Estudos da degradação térmica do PHB(B) por análise termogravimétrica, mostram que a degradação ocorre em apenas uma etapa e que a presença de oxigênio não interfere na degradação. Na análise da blenda de PHB(B)/PCL (70/30) é possível observar dois estágios de degradação provenientes do PHB(B) e do PCL e uma diminuição nas temperaturas de início de degradação do PCL e do PHB, quando comparadas com as dos materiais não processados.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superio

Topics: PHB, PC, Extrusão em fase sólida, Processamento, Degradação térmica, Calorimetria, Microscopia eletronica, Espectroscopia de infravermelho, PHB, PCL, solid state extrusion, processing, thermal degradation, Calorimetry, Electron microscopy, Spectroscopy, Infrared, CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::TECNOLOGIA QUIMICA::POLIMEROS
Publisher: UDESC
Year: 2004
OAI identifier: oai:tede2-dev:tede/1657
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