Desafios Reológicos e Desempenho do Polipropileno Pós-Consumo na Manufatura Aditiva de Extrusão de Materiais

Descrição

A produção descentralizada associada à manufatura aditiva por extrusão de material (MEX) tem sido proposta como uma solução promissora para aumentar a circularidade dos plásticos por meio da reciclagem direta. Embora vários estudos tenham demonstrado a viabilidade da impressão 3D com polímeros reciclados, a variabilidade dos materiais reciclados, especialmente dos resíduos pós-consumo, representa um desafio significativo para a aplicação desta tecnologia em larga escala. Embora a produção de filamentos de polipropileno (PP) reciclado já tenha sido documentada, este polímero enfrenta diversos desafios, como a manutenção das propriedades mecânicas, precisão dimensional e adesão entre camadas. A variabilidade na viscosidade dos produtos pós-consumo inviabiliza abordagens diretas de moagem, fiação e impressão, exigindo constante ajuste da formulação e a adição de polímero virgem para melhor controle do processo. Os modelos preditivos atuais para MEX consideram a extrusão, deposição e resfriamento de um único filamento de forma isotérmica, levando em conta o peso molecular do polímero e um número de emaranhamento, caracterizado reologicamente. No entanto, esses fatores são inadequados para avaliar o polipropileno (PP) pós-consumo, pois excluem outras características significativas e são difíceis de medir, tornando necessário o desenvolvimento de novos modelos matemáticos. Portanto, a aplicação de restritores de mobilidade molecular, como cargas minerais e outros aditivos, pode controlar a viscosidade dentro de uma faixa definida, facilitando o controle dos parâmetros de impressão e melhorando a consistência dos resultados. Embora Zander et al. (2019) e outras pesquisas recentes tenham identificado esta abordagem para o PP, ainda existe uma lacuna significativa no entendimento das propriedades do PP proveniente de resíduos pós-consumo (Banerjee et al., 2019; Nabipour et al., 2020; Pan et al., 2018; Zander et al., 2019). Mais estudos são necessários para adaptar essa metodologia ao PP pós-consumo para produção de filamentos. A principal contribuição da adição de cargas minerais e outros aditivos é a redução do índice de pseudoplasticidade, o que é fundamental devido à influência da taxa de cisalhamento aparente no fluxo através de elementos restritivos, como o bico de impressão. Isso permite um controle mais preciso durante a impressão 3D de PP reciclado, melhorando a qualidade e a consistência dos objetos impressos.