Análise comparativa das viabilidades técnica e ambiental de fibras ópticas de plástico de origem fóssil e renovável

Abstract

O setor de telecomunicações e toda a infraestrutura capacitada por fibras ópticas têm ampliado sua presença global, acompanhando a rápida evolução da demanda da sociedade por informações e tecnologia. Enquanto as Fibras Ópticas de Vidro, do inglês, Glass Optical Fiber (GOF) são comumente utilizadas para propagar sinais a altas taxas e a longas distâncias, as Fibras Ópticas Plásticas, do inglês, Polymer Optical Fiber (POF) podem ser uma vantajosa alternativa em comunicações a curtas distâncias, no entanto, sua fabricação tem sido realizada a partir de fontes fósseis, o que acarreta alto potencial de impactos ambientais negativos ao longo do seu ciclo de vida. Uma oportunidade para a superação desta adversidade é a utilização de biopolímeros de fontes renováveis. O poli(metacrilato de metila) (PMMA) é altamente utilizado na fabricação de POFs, devido a sua alta transparência, durabilidade e relação custo benefício. Para que o PMMA de origem renovável possa substituir o PMMA de origem fóssil, o mesmo deve apresentar uma transparência compatível ao PMMA de origem fóssil. O objetivo deste trabalho é avaliar o desempenho ambiental entre dois tipos de fibras ópticas, sendo uma constituída por um núcleo de PMMA de origem fóssil e outra por um núcleo de PMMA de origem renovável, e se possível, avaliar o seu desempenho tecnológico. As avaliações iniciaram com o processo de caracterização de duas amostras de materiais fósseis e duas amostras de materiais renováveis, destas amostras foram confeccionados filmes e pré-formas para a posterior fabricação de fibras, logo após foi realizado um teste de biodegradação, que de acordo com seu resultado, detectou-se a necessidade da realização uma análise de ângulo de contato. Os resultados da caraterização por espectroscopia vibracional no infravermelho por transformada de Fourier, do inglês Fourier Transform Infrared (FTIR) mostraram alta similaridade entre os materiais. A espectroscopia no ultravioleta-visível permitiu constatar que os materiais não apresentam transições eletrônicas na região de interesse (530 nm, 573 nm e 650 nm). A calorimetria exploratória diferencial para as amostras de PMMA de origem renovável revelou uma temperatura de transição vítrea menor do que a relatada na literatura, que podem estar relacionadas com a adição de plastificantes. Já a termogravimetria revelou que as amostras de origem renovável apresentam picos mais alargados do que as amostras de origem fóssil, sendo um indicativo de ocorrerem mais de uma reação de decomposição simultaneamente, porém em velocidades diferentes. Como conclusão, foi possível observar que o PMMA de fonte fóssil e renovável apresentam estruturas semelhantes, tornando assim o material um candidato com alto potencial para a substituição na construção de uma POF.

The telecommunications sector and the entire infrastructure enabled by optical fibers have expanded their global presence, following the rapid evolution of society's demand for information and technology. While Glass Optical Fibers (GOFs) are commonly used to propagate signals at high rates and over long distances, Plastic Optical Fibers (POFs) can be an advantageous alternative in communications over short distances, however, its manufacture has been carried out from fossil sources, which entails a high potential for negative environmental impacts throughout its life cycle. An opportunity to overcome this adversity is the use of biopolymers from renewable sources. Poly(methyl methacrylate) (PMMA) is highly used in the manufacture of POFs, due to its high transparency, durability and cost-benefit ratio. For application in optical communications, it is possible to use PMMA from renewable sources, which must have a transparency similar to that of PMMA from fossil sources. The objective of this work is to evaluate the environmental performance between two types of optical fibers, one consisting of a PMMA core of fossil origin and the other of a PMMA core of renewable origin, and if possible, evaluate their technological performance. The evaluations began with the characterization process of two samples of fossil materials and two samples of renewable materials, from these samples films and preforms were made for the subsequent manufacture of fibers, shortly after a biodegradation test was carried out, which according to As a result, the need to perform a contact angle analysis was detected. The results of the characterization by Fourier transform infrared vibrational spectroscopy (FTIR) showed high similarity between the materials. Ultraviolet-visible spectroscopy revealed that the materials do not present electronic transitions in the region of interest (530 nm, 573 nm and 650 nm). Differential scanning calorimetry for PMMA samples from renewable sources revealed a glass transition temperature lower than that reported in the literature, which may be related to the addition of plasticizers. Thermogravimetry revealed that samples of renewable origin present broader peaks than samples of fossil origin, indicating that more than one decomposition reaction occurs simultaneously, but at different speeds. In conclusion, it was possible to observe that PMMA from fossil and renewable sources have similar structures, thus making the material viable for replacement in the construction of a POF.