Determinação das propriedades termomecânicas em filamentos reciclados de PLA para impressoras 3D

Abstract

Nos últimos tempos, a questão da reciclagem de plástico tornou-se uma das principais questões de proteção ambiental e gerenciamento de resíduos. Materiais poliméricos são encontrados aplicados em muitas áreas da vida diária e da indústria. Junto com seu uso prolongado, surgiu o problema dos resíduos plásticos porque, após a utilização, eles se tornaram resíduos persistentes e nocivos ao meio ambiente. A possibilidade de reaproveitamento de materiais poliméricos possibilita o aproveitamento de resíduos para a obtenção de produtos consumíveis. O mercado de impressão 3D é um setor em crescimento, os filamentos imprimíveis podem ser feitos de vários materiais termoplásticos, incluindo os de reciclagem. Este artigo estuda as propriedades termomecânicas do filamento de ácido polilático (PLA) reciclado, obtido de espécimes impressas em impressoras 3D. A análise foi primeiramente com o filamento virgem (PLA N) e, posteriormente, dois ciclos de reciclagem (PLA 1 e PLA 2). Foram avaliadas as propriedades térmicas para os três tipos de ensaio, a saber: calorimetria diferencial de varredura (DSC), espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), análise termogravimétrica (TGA) e teste de tração para corpos de prova e filamentos. As temperaturas de transição vítrea (Tg) permaneceram em seus valores típicos. O mesmo aconteceu com a temperatura de fusão (Tm). No TGA, a estabilidade térmica do PLA manteve-se constante. O FTIR apresentou os grupos funcionais inalterados para as amostras recicladas. Na segunda reciclagem do filamento, a resistência à tração diminuiu 26%, e a deformação máxima foi de 40%, em relação ao PLA N. O mesmo ocorreu com os corpos de prova PLA 2; a tensão máxima e a deformação diminuíram 45% e 31%, respectivamente. Em termos de cristalinidade, esta apresentou uma variação de 86% do material virgem para o segundo ciclo de reciclagem, que correlacionado com a resistência à tração mostra uma fragilidade na estrutura do PLA reciclado, diminuindo a deformação até a fratura bem como a resistência à tração. Nesse sentido, a tomada de decisão de interrupção no primeiro reprocessamento, pode ser então sustentada, pois aproximadamente metade da resistência do material será perdida no segundo ciclo de reciclagem do mesmo material.

In recent times, the issue of plastic recycling has become one of the leading issues of environmental protection and waste management. Polymer materials are found applied in many areas of daily life and industry. Along with their extended use, the problem of plastic waste appeared because, after withdrawal from use, they became persistent and noxious wastes. The possibility of reusing polymeric materials enables waste utilization to obtain consumable products. The 3D printing market is a well-growing sector. Printable filaments can be made from various thermoplastic materials, including those from recycling. This paper studies the thermal-mechanical properties of recycled polylactic acid (PLA) material filaments obtained from 3D-printed specimens. The analysis was first with the virgin filament (PLA N) and, subsequently, two recycling cycles (PLA 1 and PLA 2). There were thermal properties evaluations for the three processing types, as follows: differential scanning calorimetry (DSC), Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), thermogravimetric analysis (TGA), and tensile test for both specimens and filaments. The glass transition temperatures (Tg) remained at their typical values. The same happened with the melting temperature (Tm). In the TGA, the PLA thermal stability remained constant. The FTIR presented the functional groups unaltered for the recycled samples. In the second filament recycling, the tensile strength decreased by 26%, and the maximum strain was 40%, compared to PLA N. The same occurred to PLA 2 specimens; the maximum stress and strain decreased by 45% and 31%, respectively. In terms of crystallinity, this presented a variation of 86% of the virgin material for the second recycling cycle, which correlated to tensile strength shows a weakness in the PLA recycled structure, decreasing the strain until the fracture and the tensile strength. In this way, the decision to interrupt the first reprocessing can then be sustained, since approximately half of the material's strength will be lost in the second recycling cycle of the same material.