Influência do repiso de tomate no desempenho mecânico e físicoquímico de filamentos para impressão 3D à base de polipropileno

Abstract

O objetivo deste trabalho é estudar o reaproveitamento do subproduto da indústria do processamento do tomate, o repiso de tomate, através da sua incorporação em filamentos de impressão 3D, à base de polipropileno, desenvolvendo-se biocompósitos. Para o efeito, foram preparadas formulações com diferentes teores e granulometrias de subproduto e analisada a influência da adição de plasticizantes, em particular no processo de extrusão. Para além disso, investigaram-se as propriedades térmicas, físico-químicas e mecânicas das formulações e dos filamentos obtidos e testou-se o desempenho destes últimos no processo de modelação por deposição de material fundido. Os biocompósitos à base de polipropileno e repiso de tomate foram preparados por mistura termomecânica, com o supbroduto liofilizado e moído, e granulados, para posteriormente serem extrudidos. Inicialmente, as características químicas e estruturais das matérias-primas foram determinadas por SEM, TGA e FTIR. Depois, cada formulação foi caracterizada no que se refere à sua temperatura de fusão, por DSC, e fluidez. Comparativamente ao polipropileno, verificou-se que esta última propriedade aumentou com a incorporação do repiso de tomate. Ainda assim, a fluidez das formulações era bastante baixa, impondo a adição de 7,5% (m/m) de óleo de linhaça epoxidado, para que este parâmetro aumentasse e a extrusão fosse possível. Relativamente aos filamentos, incorporaram-se teores de 10% e 20% (m/m) de repiso de tomate e os produtos subsequentes foram caracterizados química e morfologicamente, por DSC, TGA, FTIR e SEM, e no que toca à cor e às propriedades termomecânicas e viscoelásticas, por ensaios à tração e DMA. A incorporação do subproduto diminuiu a temperatura de fusão dos filamentos e conferiu-lhes uma tonalidade entre o laranja e o vermelho escuro. Contudo, verificou-se uma diminuição da resistência à tração e da deformação na rutura, com a presença do RT, sinónima de um aumento da fragilidade dos biocompósitos. Por sua vez, a temperatura de transição vítrea dos filamentos foi inferior à do polipropileno virgem, devido ao efeito plasticizante do óleo de linhaça epoxidado. Finalmente, os ensaios de modelação por deposição de material fundido revelaram que os filamentos eram processáveis. Porém, as condições de operação utilizadas refletiram dificuldades na obtenção de provetes uniformes, principalmente devido à fraca aderência entre as camadas e entre as peças e a base, ditando a necessidade de, em trabalhos futuros, serem otimizadas.

The aim of this work is to study the reuse of the by-product of the tomato processing industry, the tomato pomace (RT), through its incorporation into 3D printing filaments, based on polypropylene, thus developing biocomposites. For this purpose, formulations with different by-product contents and granulometries were prepared and the influence of the addition of plasticizers was analysed, particularly in the extrusion process. Furthermore, the thermal, physicochemical, and mechanical properties of the formulations and the filaments obtained were investigated and the performance of the latter on the process of fused deposition modelling was tested. The polypropylene and tomato pomace biocomposites were prepared by thermomechanical mixing, with freeze-dried and milled by-product, and then granulated, prior to extrusion. Initially, the chemical and structural characteristics of the raw materials were determined by SEM, TGA and FTIR. Then, each formulation was characterised regarding its melting temperature, by DSC, and melt flowability. Compared to polypropylene, the latter property was enhanced upon incorporation of tomato pomace. Even so, the flowability of the formulations was quite low, imposing the addition of 7,5% (m/m) of epoxidized linseed oil, to increase this parameter for extrusion processing. As regards the filaments, tomato pomace contents of 10% and 20% (m/m) were incorporated and the ensuing products were characterised chemically and morphologically, by DSC, TGA, FTIR and SEM, and in what concerns their colour and thermo-mechanical and viscoelastic properties, by tensile testing and DMA. The results obtained indicated that the incorporation of the by-product decreased de melting temperature of the filaments and conferred them a dark colour between orange and red. However, there was a decrease in the tensile strength and elongation at break, with the presence of the tomato pomace, synonymous of an increase of the fragility of the composites. In turn, the glass transition temperature of the filaments was lower than that of the virgin polypropylene, due to the plasticizing effect of epoxidized linseed oil. Finally, the fused deposition modeling tests revealed that the filaments were processable. However, the conditions of operation used reflected difficulties in obtaining uniform specimens, mainly due to the poor adhesion between the layers and between the 3D pieces and the base of the equipment, dictating the need to be optimized.