Propriedades intrínsecas e de processamento de termoplásticos elastoméricos incorporando borracha de pneu reciclada

Abstract

O trabalho apresentado tem por objetivo contribuir para a valorização da borracha proveniente de pneus em fim de vida, assente em princípios de sustentabilidade ambiental. A abordagem adotada para a concretização deste objetivo consiste na incorporação de borracha de pneus em formulações de base termoplástica e elastomérica (TPE), adequadas ao processo de moldação por injeção. São desenvolvidos estudos sobre a morfologia, propriedades mecânicas, térmicas e reológicas das ligas poliméricas à base de granulado de borracha de pneu (GTR). A falta de adesão entre o GTR e a matriz polimérica leva à degradação das propriedades mecânicas dos materiais obtidos. A estratégia explorada passa pela utilização de um elastómero para promover o encapsulamento do GTR e, desta forma, procurar obter ligas com propriedades mecânicas características de um TPE. São analisadas ligas ternárias (TPEGTR) compostas por polipropileno (PP) de elevada fluidez, GTR e elastómero virgem. O efeito da presença de diferentes elastómeros nas ligas é analisado neste trabalho: um elastómero de etilenopropileno- dieno (EPDM), e um novo elastómero de etileno-propileno (EPR) obtido por catálise metalocénica. O estudo da morfologia das ligas obtidas mostra haver interação entre os materiais, sendo possível inferir a viabilidade da estratégia adotada para promover a adesão do GTR. A incorporação de elastómero promove o aumento da resistência ao impacto e da extensão na rotura nas ligas, o que é atribuído, fundamentalmente, ao encapsulamento do GTR e ao aumento da tenacidade da matriz termoplástica. Com o objetivo de avaliar a influência da estrutura cristalina das ligas TPEGTR no seu comportamento mecânico, procede-se à análise do processo de cristalização sob condições isotérmicas e não isotérmicas. Neste estudo, é avaliado o efeito da presença dos materiais que constituem a fase elastomérica na cinética de cristalização. Para cada uma das ligas desenvolvidas, recorre-se ao modelo de Avrami para avaliar o efeito da temperatura no mecanismo de nucleação, na morfologia das estruturas cristalinas e na taxa de cristalização. Recorre-se à reometria capilar para estudar, sob condições estacionárias, o comportamento reológico das ligas TPEGTR. O modelo de Cross-WLF é utilizado para avaliar o comportamento reológico de todos os materiais, obtendo-se resultados similares àqueles obtidos experimentalmente. O comportamento reológico dos polímeros PP, EPR e EPDM é do tipo reofluidificante, tendo o EPR um comportamento reológico similar ao do PP e o EPDM um comportamento reo-fluidificante mais pronunciado. Em todas as ligas analisadas o comportamento reológico revela-se do tipo reo-fluidificante, sendo que a presença de GTR promove o aumento da viscosidade. Os parâmetros obtidos do modelo de Cross-WLF são utilizados para realizar a simulação da etapa de injeção recorrendo a um software comercial. Os resultados obtidos são validados experimentalmente pelo processo de moldação por injeção, evidenciando uma boa adequabilidade da aplicação deste modelo a estas ligas. O trabalho desenvolvido sobre ligas TPEGTR, constitui um contributo para a valorização da borracha proveniente de pneus em fim de vida, assente em princípios de sustentabilidade ambiental.

The present work studies the recycling of end of life tyre rubber, based on principles of environmental sustainability and upcycling of such type of waste. The approach to achieve these goals consists on the formulation of recycled thermoplastic elastomeric materials (TPE) based on ground tyre rubber (GTR), generated from end of life tyres. Studies of the morphology and mechanical, thermal and rheological properties of polymer blends based on GTR, are carried out. The weak adhesion between GTR and the thermoplastics leads to blends with poor mechanical properties. Encapsulation of the GTR by an elastomeric phase is the proposed strategy to obtain blends with properties similar to those of a TPE. Ternary blends, composed of a highly flowable polypropylene, GTR and fresh rubbers are analyzed. The effect of two diferent elastomers is studied: an ethylene propylene diene monomer (EPDM) and a novel metalocene ethylene propilene (EPR). Morphological analysis of the blends shows the interaction between the materials, revealing that the adopted strategy promotes the adhesion between GTR and the PP matrix. This study reveals that the incorporation of the rubber materials leads to an increase of the blends impact resistance and elongation at break. This can be explained through the encapsulation effect and by the rubber thoughning effect in the poliolefin matrix. The crystallization process of TPEGTR blends is studied to analyse the influence of the blends’ crystalline structure on their mechanical behaviour. The crystallization kinetics is studied under isothermal and non-isothermal conditions. The Avrami model is used to study the effect of temperature and rubber materials on the nucleation mechanism, the morphology of the crystalline structures and the crystallization rate. The rheological behaviour of TPEGTR blends is studied under steady shear rate conditions by capillary rheometry. The Cross-WLF model is used to predict the rheological behaviour, numerical results being very close to the experimental ones. A pseudoplastic behaviour was observed for all the analysed blends. GTR increased the blends viscosity. EPR showed a rheological behaviour similar to PP and EPDM presented higher power law behaviour. The Cross- WLF parameters were used to conduct the simulation of the injection moulding phase through commercial simulation software, and the results subjected to experimentall validation. The presented work shows the feasibility of the adopted strategy for a sustainable development of TPEGTR blends for injection moulding industry and upcycling of this type of waste.