Estudo da reciclagem de filamento PLA condutor e potencial de reutilização condutora : caracterização para o ecodesign

Abstract

Para avaliar o ciclo de reciclagem de polímero condutor elétrico com matriz em PLA, foram utilizados dois materiais: PLA virgem e um PLA condutor elétrico. O material condutor elétrico foi obtido a partir de um filamento condutor comercial, matriz em PLA com adição de carga de negro de fumo. A teoria da percolação elétrica, aplicada aos polímeros condutores, foi utilizada como base para este estudo. O PLA condutor comercial, foi submetido à simulação de ciclo de reciclagem, através da formulação de quatro preparados de PLAv + PLAc, nas proporções de 20%, 25%, 50% e 75%. Os preparados foram submetidos a um ciclo de reciclagem mecânica por extrusão, resultando em quatro materiais com mesma composição e com diferentes concentrações volumétricas. Os preparados foram processados em extrusora monorosca, com velocidade de 40 rpm, 03 zonas de aquecimento, com valores nominais de temperatura em 23 ºC, 85ºC e 110 ºC. O material foi extrudado em formato filamentado, com diâmetro de 1,75 mm. De cada concentração volumétrica, foram extraídas dez amostras e preparados corpos de prova padronizados, com dimensões de 40 mm x 1,75 mm. Os corpos de prova foram submetidos a diferentes técnicas de caracterizações – Análise Termogravimétrica (TGA), Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV). Espectrômetro de Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR), Espectroscopia por Energia Dispersiva (EDS) e Prova de Condutividade Elétrica. Foram avaliadas a composição dos materiais e seu comportamento químico antes e depois do reprocessamento por extrusão. Foram realizados testes para avaliação do perfil térmico dos materiais, incluindo a medição das temperaturas de degradação, acompanhando as variações de massa e temperatura do material. Determinou-se também, via DSC, as curvas endotérmicas e exotérmicas dos materiais estudados. Esses valores possibilitaram o conhecimento das temperaturas de transição vítrea (Tg) e da temperatura de fusão (Tm), dos polímeros resultantes. A prova de condutividade elétrica foi verificada num circuito DC em paralelo, utilizando um multímetro como voltímetro, fazendo parte do circuito. Foram realizadas dez medições de cada material, utilizando-se uma fonte de 1,5 v. Com o acompanhamento das medições, foi apurada a média dos valores de condutividade elétrica de cada material obtido. As zonas de manutenção das características condutoras do PLA condutor, foram apresentadas em gráfico de dispersão. A identificação do comportamento do material possibilitou reconhecer zonas de manutenção das características condutoras do material original no produto reciclado e zonas sem resposta condutora.

In order to evaluate the recycling process of an electrically conductive polymer with a PLA matrix, two materials were used: virgin PLA and an electrically conductive PLA. The electrically conductive material was obtained from a commercial conductive filament, a PLA matrix with the addition of carbon black filler. The theory of electrical percolation, applied to conductive polymers, was used as a basis for this study. The commercial conductive PLA was subjected to a recycling cycle simulation, through the formulation of four PLAv + PLAc preparations, in proportions of 20%, 25%, 50% and 75%. The preparations were subjected to a mechanical recycling cycle by extrusion, resulting in four materials with the same composition and different volumetric concentrations. The preparations were processed in a single-screw extruder, with a speed of 40 rpm, 3 heating zones, with nominal temperature values of 23ºC, 85ºC and 110ºC. The material was extruded in filament format, with a diameter of 1.75 mm. From each volumetric concentration, ten samples were extracted and standardized specimens were prepared, with dimensions of 40 mm x 1.75 mm. The specimens were subjected to different characterization techniques – Thermogravimetric Analysis (TGA), Differential Scanning Calorimetry (DSC), Scanning Electron Microscopy (SEM). Fourier Transform Infrared Spectrometer (FTIR), Energy Dispersive Spectroscopy (EDS) and Electrical Conductivity Test. The composition of the materials and their chemical behavior were evaluated before and after reprocessing by extrusion. Tests were carried out to evaluate the thermal profile of the materials, including measuring degradation temperatures, monitoring variations in the mass and temperature of the material. The endothermic and exothermic curves of the materials studied were also determined via DSC. These values made it possible to understand the glass transition temperatures (Tg) and melting temperature (Tm) of the resulting polymers. The electrical conductivity test was verified in a DC circuit in parallel, using a multimeter as a voltmeter, as part of the circuit. Ten measurements were taken of each material, using a 1.5 v source. By monitoring the measurements, the average electrical conductivity values of each material obtained were determined. The areas where the conductive characteristics of the conductive PLA are maintained were presented in a scatter plot. The identification of the behavior of the material made it possible to recognize areas where the conductive characteristics of the original material were maintained in the recycled product and areas without a conductive response.