Formulação e caracterização de potenciais filamentos compósitos de PLA e talos de tabaco para aplicação em manufatura aditiva

Abstract

A tecnologia de fabricação por filamento fundido (FFF) utilizando polímeros como PLA e ABS é bem conhecida. Contudo, o desenvolvimento de filamentos compósitos para esta tecnologia de manufatura aditiva, bem como a determinação dos parâmetros de processamento e das propriedades resultantes na extrusão e na impressão 3D, ainda requerem pesquisa. Esse estudo exploratório analisa as propriedades químicas, térmicas e a morfologia de filamento de matriz polimérica de PLA e talos de tabaco, visando sua utilização no processo FFF. Os materiais utilizados foram talos de tabaco moídos e PLA. As partículas de tabaco, com tamanho médio de 50 m, apresentaram-se aleatoriamente distribuídas no filamento. No entanto, aglomerados de partículas, bolhas e porosidades foram observados no centro do filamento. Ensaios por espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier mostraram que o filamento compósito apresentou interação mecânica entre os materiais. A análise térmica permitiu verificar que não houve degradação do pó de talos de tabaco, mantendo a integridade química e física do filamento compósito a temperatura de extrusão de 180 °C. A calorimetria exploratória diferencial revelou que as partículas de pó de talos de tabaco podem ter atuado como agente nucleante, aumentando o grau de cristalinidade do filamento compósito. Sugere-se para estudos futuros o aumento do percentual de pó de talos de tabaco, a investigação de outros métodos de preparação de compósitos, bem como um estudo da adição de plastificantes ou agentes compatibilizantes para aprimorar a ligação entre a interface do PLA e as partículas de tabaco.

Fused filament fabrication (FFF) using polymers such as PLA and ABS are well known. However, the development of composite filaments for this type of additive manufacturing technology, as well as the study of processing parameters and properties resulting from extrusion process and printing still require investigation. This exploratory research aims to analyze chemical and thermal properties and the morphology of a composite filament from PLA polymer matrix and tobacco stems to seek its use in the FFF process. The materials used were waste of tobacco stems powder and PLA. Tobacco particles, with an average size of 50 m, have distribution on the filament. However, clusters of particles, bubbles and porosities were observed in the center of the filament. Fourier Transform Infrared analyses showed that the composite filament presented mechanical interaction between the materials. Thermal analyses allowed to verify that there was no degradation of tobacco stem powder. Therefore, chemical and physical integrity of the composite filament was kept at an extrusion temperature of 180 °C. Differential scanning calorimetry revealed that micronized particles of tobacco stems may have acted as nucleating agents for crystallization, increasing the crystallinity degree of the composite filament. It is recommended for future studies to increase the percentage of tobacco stems powder, the investigation of other methods for composites preparation, as well as a study of the addition of plasticizers or coupling agents to improve the interface between PLA and tobacco particles.