Filamento sustentável para impressão 3D a partir do polipropileno reciclado reforçado com papel residual
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Data
2023-03-10
Autores
Orientador
Voorwald, Herman Jacobus Cornelis 
Benini, Kelly Cristina Coelho de Carvalho
Coorientador
Pós-graduação
Engenharia Mecânica - FEG
Curso de graduação
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Tipo
Tese de doutorado
Direito de acesso
Acesso restrito
Resumo
Resumo (português)
Um dos maiores desafios da sociedade contemporânea é lidar com a geração excessiva de resíduos sólidos e seu descarte. O crescimento da produção industrial seguido da gestão inadequada de resíduos gera problemas ambientais globais. Políticas ambientais têm orientado novas ações visando uma gestão sustentável de resíduos sólidos. De modo geral, a manufatura aditiva tem incentivado o crescimento em pesquisa e inovação. No que se refere à produção de filamentos para impressão 3D, o uso de compósitos e de matérias-primas recicladas tem se destacado, possibilitando a obtenção de materiais com custos reduzidos, mantendo seu desempenho e ampliando sua vida útil. Dentro desse contexto, o objetivo do projeto foi obter compósitos de polipropileno (PP) reciclado de copos plásticos descartáveis e de papel residual de escritório para produção de filamentos sustentáveis para impressão 3D. A metodologia consistiu na obtenção e caracterização do papel residual, do PP reciclado e dos compósitos a fim de analisar suas propriedades para posterior impressão 3D. Os compósitos sem e com a adição de agente compatibilizante (1% em massa de MAPP) foram obtidos a partir da mistura de PP reciclado com 10% em massa de papel residual utilizando um homogeneizador de plásticos. Os compósitos foram triturados e processados por extrusão para produção dos filamentos sustentáveis. O papel residual de escritório, composto majoritariamente por celulose, apresentou índice de cristalinidade de 67% e uma estrutura fibrosa com padrões distintos, alongados, achatados, com formação de aglomerados. As amostras poliméricas apresentaram comportamento térmico estável até 235 ºC, com temperatura de fusão em 165 ºC. O compósito compatibilizado apresentou maior viscosidade complexa em relação ao PP reciclado e comercial e maior tempo de vida útil em relação ao compósito sem agente compatibilizante. Finalmente, os filamentos foram caracterizados física e morfologicamente, e utilizados para impressão 3D na forma de corpos de prova para ensaios mecânicos. O PP reciclado e os compósitos apresentaram valores de resistência, módulo, deformação em tração e dureza adequados e similares ao PP comercial, porém com menor resistência ao impacto. As micrografias confirmaram os padrões de preenchimento e deposição de camadas dos corpos de prova impressos, apresentando um material com matriz reciclada e compósitos com superfície homogênea, poucos, ou nenhum defeito aparente e boa dispersão do papel residual na matriz termoplástica. O conjunto desses fatores permitiu a obtenção de filamentos sustentáveis com propriedades adequadas para ser utilizado na impressão 3D por deposição de fundido.
Resumo (inglês)
One of the biggest challenges of contemporary society is dealing with the excessive generation of solid waste and its disposal. Industrial production growth, followed by inadequate waste management, generates global environmental problems. Environmental policies have guided new actions aimed at sustainable solid waste management. Overall, additive manufacturing has spurred growth in research and innovation. Concerning the production of filaments for 3D printing, composites and recycled raw materials have been highlighted, making it possible to obtain materials with reduced costs, maintain their performance, and extend their useful life. Within this context, the project's objective was to obtain polypropylene (PP) composites recycled from disposable plastic cups and waste office paper to produce sustainable filaments for 3D printing. The methodology consisted of obtaining and characterizing waste paper, recycled PP, and composites to analyze their properties for subsequent 3D printing. The composites without and with the addition of a compatibilizer agent (1 wt.% MAPP) were obtained by mixing recycled PP with 10 wt.% by mass of waste paper using a plastics homogenizer. The composites were crushed and processed by extrusion to produce sustainable filaments. Office waste paper, composed mainly of cellulose, presented a crystallinity degree of 67% and a fibrous structure with distinct patterns, elongated and flattened, with the formation of agglomerates. The polymeric samples showed stable thermal behavior up to 235 ºC, melting at 165 ºC. The compatibilized composite presented higher complex viscosity concerning recycled and commercial PP and a longer service life concerning the composite without compatibilizer agents. Finally, the filaments were physically and morphologically characterized and used for 3D printing as specimens for mechanical tests. Recycled PP and composites showed values of strength, modulus, deformation at break, and hardness that were adequate and similar to the commercial PP but with less resistance to impact strength. The micrographs confirmed the patterns of filling and deposition of layers of the printed specimens, presenting material with recycled matrix and composites with a homogeneous surface, few or no apparent defects, and good dispersion of the residual paper in the thermoplastic matrix. The combination of these factors allowed obtaining sustainable filaments with adequate properties to be used in FDM 3D printing.
Descrição
Idioma
Português