Desenvolvimento de compósitos de engenharia baseados em polipropileno reforçado com lignina

Abstract

As preocupações ambientais e o esgotamento dos combustíveis fósseis resultaram em um interesse crescente em materiais ambientalmente amigáveis, à base de polímeros naturais. Esforços estão sendo feitos para introduzir a lignina em compostos plásticos, tais como polipropileno, com o objetivo de produzir materiais com boas características mecânicas e, ao mesmo tempo, ambientalmente amigáveis. A lignina é uma matéria-prima amplamente disponível na natureza, que contém alta densidade de compostos aromáticos, os quais são atualmente, em sua maioria, derivados do petróleo. No entanto, grande parte da lignina é utilizada para geração de energia e pode ser um potencial agente poluidor se não destinada de forma adequada. Desse modo, é importante encontrar uma maneira econômica de converter esse polímero natural em materiais de alto valor agregado, como compósitos com alto desempenho mecânico e térmico. Neste estudo, compósitos de polipropileno e de lignina kraft de pinus (LKI) e de bagaço de cana (LBC) foram submetidos à extrusão, e os corpos de prova foram produzidos pelo processo de injeção. Os materiais produzidos foram analisados quanto às propriedades mecânicas, térmicas (TGA, DSC, HDT), química (FTIR), reológica (índice de fluidez) e morfológica (MEV). Os objetivos desta pesquisa foram desenvolver novos compósitos de polipropileno contendo lignina e proporcionar propriedades mecânicas comparáveis aos polipropilenos comerciais, além de obter compósito com alto grau de afinidade entre a lignina e o polipropileno. Os resultados mostraram que a incorporação de lignina na matriz de polipropileno originou, de maneira geral, compósitos com propriedades adequadas para vários segmentos industriais, especialmente aqueles em que características mecânicas e térmicas são cruciais, tais como a substituição de plásticos de engenharia e polipropileno com cargas minerais.

Environmental concerns and the depletion of fossil fuels resulted in a growing interest in environmentally friendly materials based on natural polymers. Efforts are being made to introduce the lignin in plastic composites such as polypropylene, in order to produce materials with good mechanical characteristics and at the same time environmentally friendly. Lignin is a biopolymer widely available which contains high density of aromatic compounds. Nowadays, the aromatic compounds are almost exclusively derived from petroleum. However, the lignin is used mainly to generate energy and can be a pollution potential if not properly treated. Lignin, however, can improve the performance of composites. Moreover, it is important to find an economical way to convert lignin into high value-added materials. In this study, blends of polypropylene, pine kraft lignin (LKI) and sugar cane bagasse lignin (LBC) were subjected to extrusion and the specimens were produced by injection process. The materials produced were analyzed for their mechanical, thermal (TGA, DSC, HDT), chemical (FTIR), rheological (melt flow index) and morphological (SEM) properties. The objective of this research was to develop new lignin-based polypropylene composite with mechanical properties comparable to commercial polypropylene. The results showed that the incorporation of lignin in polypropylene matrix resulted in composites, in general, with properties suitable for various industrial segments, especially those in which mechanical and thermal properties are crucial, such as the replacement of engineering plastics and polypropylene mineral filled.