Estudos de plastificação do PVC com componentes de suberina

Abstract

O presente trabalho teve como principal objectivo o estudo do uso de derivados de recursos renováveis, nomeadamente a suberina e o condensado negro, como potenciais plastificantes para o poli(cloreto de vinilo) PVC. As propriedades do PVC e em particular a sua temperatura de transição vítrea, e consequentemente a temperatura à qual adquire características de termoplástico podem ser facilmente ajustadas através da incorporação de plastificantes. Os plastificantes que mais se utilizam são os ftalatos. Porém, estes são considerados tóxicos, tornando-se fundamental a procura de alternativas, preferencialmente provenientes de fontes renováveis. A suberina da cortiça (que pode ser obtida a partir de resíduos da indústria corticeira, nomeadamente o pó de cortiça e o condensado negro) e a suberina da bétula (extraída da casca da bétula, um resíduo da indústria de pasta de papel do norte da Europa) possuem composições químicas e propriedades, passíveis de serem usados como plastificantes do PVC. Estes materiais são constituídos maioritariamente por compostos monoméricos (ou oligoméricos) que possuem cadeias alifáticas longas e grupos carboxílo, hidroxílo (ambos eventualmente na forma de éster) e epóxido. Para testar o potencial plastificante foram preparadas formulações de PVC com 30 % destas misturas naturais, que foram posteriormente caracterizadas por TGA, DSC e ensaios mecânicos de forma avaliar as suas propriedades térmicas e o seu comportamento mecânico. Foram igualmente preparadas e caracterizadas formulações com ftalato de di-octilo (DOP) e com óleo de soja epoxidado (ESBO) para efeitos comparativos. Dos resultados obtidos por termogravimetria, todas as formulações à excepção do PVC-ESBO apresentam temperaturas de degradação inferiores quando comparadas com o PVC sem plastificante mas superior quando comparada com a obtida para o PVC plastificado com DOP. Como tal, qualquer um dos plastificantes testados é termicamente mais estável que um dos mais utilizados com o PVC. O DOP e o ESBO apresentam melhor compatibilidade com o PVC uma vez que, por análise de DSC, surge uma única transição correspondente à formulação. Para o caso das misturas de PVC com componentes de suberina e de condensado negro, surgem 2 transições vítreas que não poderam ser atribuídas de forma inequívoca. Dos ensaios mecânicos verifica-se que a formulação de PVC com DOP foi aquela que apresentou maior % de deformação e menor valor de módulo de Young, sendo portanto a mais flexível. As formulações de PVC com componentes de suberina e de condensado negro apresentavam menor valor de deformação e maior valor do módulo de Young, apresentando consequentemente um comportamento mais rígido quando comparado com a formulação PVC-DOP. Uma explicação para estes resultados pode deverse à temperatura (temperatura ambiente) a que os ensaios foram efectuados. Estes resultados mostram que no caso do PVC com os derivados da suberina e de condensado negro a Tg deve ser superior à temperatura ambiente uma vez que os materais são bastante rígidos.

The main objective of the present is to study the use of renewable resources, namely suberin and black condensate, as potential plasticizers for poly(vinyl chloride) (PVC). PVC properties, and particularly its glass transition temperature and therefore the temperature ranges in which it behaves as a thermoplastic material can easily be adjusted by plasticizers incorporation. Phthalates are the most commonly used. However, these are considered toxic, which turns essential the search of alternatives preferably from renewable resources. Cork suberin (which can be extracted from by-products of the cork industry, namely black condensate and cork powder) and birch suberin (extracted from birch outer bark, a pulp industry residue in northern Europe) has compositions and chemical properties, which suggests that it can be used as PVC plasticizers. These materials consist mainly of monomeric (or oligomeric) compounds with long aliphatic chains with carboxyl, hydroxyl (both eventually in ester form) and epoxide groups. The PVC formulations were prepared with 30% of plasticizer and characterized by TGA, DSC and tensile tests in order to evaluate their thermal properties and mechanical behavior. Formulations with DOP and soybean oil were also prepared and characterized for comparison purposes. From thermogravimetric analyses, with the exception of PVC-ESBO, all off the formulations present lower degradation temperature than PVC without plasticizer but higher when compared with that obtained for PVC-DOP. As such, any of the tested plasticizers is more thermally stable than one of the most used with PVC. From the DSC obtained results, DOP and ESBO have better PVC compatibility because it is observed a single transition corresponding to the formulation. On the PVC formulations with black condensate and suberin components, is possible to observe 2 Tg which were not possible to assigne unambigously. By mechanical tests is possible to verify that PVC-DOP formulation has higher strain % and lower Young modulus, being the most flexible. The PVC formulations with suberin and black condensate components had lower deformation % and higher Young modulus presenting a more rigid behavior when compared with PVC-DOP formulation. One explanation for these results may be due to temperature to which the tests were conducted (room temperature). These results show that in the case of PVC formulation with suberin and black condensate derivatives, the Tg value shoul be higher than room temperature since the materials are quite rigid.