Miljømessige konsekvenser – utredningstema

À primeira vista, a informação essencial reside na temperatura à qual o PET altera as suas propriedades, e destas, a mais importante será a temperatura de fusão, já que será necessário atingir esta temperatura para poder imprimir com este material, e antes disso ainda, extrudir o PET para fazer filamento. Os estudos realizados por (Shi & Jabarin, 2001; Geissler, 2006; Demirel et al., 2011; Faraj et al., 2011; IFA, 2014) indicam que a temperatura de fusão se situa entre os 230ºC e os 268ºC.

2.5.3.

Temperatura de decomposição

A temperatura de decomposição é aquela a partir da qual o polímero começa a perder massa, ou seja, os substratos do PET são estáveis até esta temperatura, a partir daqui o polímero inicia a

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decomposição e não se deverão esperar as mesmas propriedades aquando da solidificação A temperatura de decomposição do PET situa-se nos 300ºC (Faraj, et al., 2011).

2.5.4.

Outras propriedades

Nesta subsecção foi reunido um conjunto de propriedades gerais deste polímero, relevantes ao conhecimento do polímero e para o desenvolvimento do trabalho.

Tabela 1. Resistencia a químicos (Goodfellow, 2016), adaptado.

Químico Resistência

Ácidos concentrados Média

Ácidos diluídos Alta

Álcoois Alta

Alcalinos Baixa

Hidrocarbonetos aromáticos Média alta

Gorduras e óleos Alta

Hidrocarbonetos halogenados Média

Halogénios Média baixa

Cetonas Média alta

Tabela 2. Propriedades mecânicas (Goodfellow, 2016), adaptado.

Propriedades mecânicas Valor

Coeficiente de fricção 0.2-0.4

Dureza Rockwell M94-101

Módulo elástico 2-4GPa

Resistência à tração 80MPa

Tabela 3. Propriedades físicas (Goodfellow, 2016), adaptado.

Propriedades físicas Valor

Massa específica 1,3-1,4×10-3 _kg._cm-3

Absorção de água (equilíbrio) <0.7%

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13 Tabela 4. Outras propriedades térmicas (Goodfellow, 2016), adaptado.

Propriedades térmicas Valor

Coeficiente de expansão térmica 20-80×10-6 _K-1

Calor específico 1200-1350 J._K-1._kg-1

Condutibilidade térmica a 23ºC 0,15-0,4 W._m-1._K-1

2.5.5.

Morfologia

O PET tal como já foi referido, é um polímero termoplástico muito utilizado em embalagens e fibras, mas prestando atenção às embalagens, pode-se verificar que aquelas que dispõem do símbolo PET podem ter propriedades bastante distintas, podendo-se essencialmente dividir em dois grupos: Garrafas ou embalagens translúcidas, mais rígidas e menos flexíveis, ou garrafas opacas, geralmente esbranquiçadas caso não sejam aplicados corantes, menos rígidas mas mais flexíveis. Esta condição é causada pelas diferenças na morfologia do polímero, que pode ser amorfo (as cadeias do polímero estão misturadas sem ordem específica) ou semi-cristalino (as cadeias estão alinhadas umas com as outras em grupos). O PET cristalino não é possível de obter nas condições de produção normais, e por isso não está disponível ao consumidor (Demirel, et al., 2011).

A diferença na produção do PET amorfo e semi-cristalino reside essencialmente na velocidade de arrefecimento, já que se este for arrefecido lentamente dá tempo para as cadeias se organizarem e se alinharem formando pedaços cristalinos na estrutura do polímero, que se for rapidamente arrefecido não tem tempo de cristalizar e fica portanto PET amorfo (Demirel, et al., 2011). Outra forma de obter PET cristalino é através de tração, esticando o plástico de maneira a que as cadeias fiquem orientadas no mesmo sentido, ficando consequentemente o polímero semi- cristalino (Demirel, et al., 2011).

Numa estrutura amorfa, microscopicamente, todo o polímero é homogéneo, já que todas as cadeias se encontram desorganizadas aleatoriamente. Por outro lado, o PET semi-cristalino observado microscopicamente é composto como que por mosaicos do polímero cristalino, intercalados com zonas amorfas, e por isso, heterogéneo como se pode visualizar na Figura 7.

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Figura 7. Estrutura macromolecular do PET semi-cristalino (Demirel, et al., 2011), adaptado.

2.6. Porquê PET

O objetivo de uma máquina capaz de transformar termoplástico em filamento que seja funcional numa impressora 3D consiste na produção de filamento a partir de qualquer termoplástico. No entanto, para desenvolver tal equipamento tem que se começar por apenas um, já que apesar dos termoplásticos apresentarem comportamentos relativamente semelhantes, permitindo que apenas uma máquina possa ser utilizada na sua extrusão, as diferenças entre eles fazem com que a sua viabilidade tenha que ser estudada independentemente.

A primeira abordagem deveria residir no estudo do PLA ou ABS por serem os termoplásticos mais utilizados na FDM. No entanto, a pequena quantidade de materiais feitos com estes plásticos iria reduzir a aplicabilidade do equipamento a desenvolver nesta dissertação e no seu grande objetivo: a possibilidade de reciclar termoplásticos domésticos em filamento para impressoras 3D. O estudo tornar-se-ia mais complexo por não ser fácil encontrar grandes quantidades deste material em forma de plástico descartado. Face a estas restrições, a presente abordagem residiu no estudo do PET. É um termoplástico totalmente reciclável, cuja reciclagem está bem documentada e é feita em larga escala nos dias que correm. É uma resina facilmente identificável e as suas propriedades como o coeficiente de expansão térmica e temperatura de fusão à partida não inviabilizam a sua utilização na tecnologia FDM. Graças às normas implementadas no processo de produtos em PET é fácil remover os contaminantes a este termoplástico, para que impurezas não afetem a sua extrusão e utilização durante a impressão.

Para além de todas estas características, a existência de PET em máquinas FDM já está documentada (3dprintingfromscratch, 2016), e apesar de não ser muito utilizado nesta tecnologia, permite já estudar a viabilidade da máquina extrusora.

2.7. Nota conclusiva

O PET é um termoplástico que tem sido muito utilizado nos últimos anos, facilmente identificável, sendo por isso é uma boa escolha para aplicação num extrusor de filamento para uma máquina FDM.

Zona amorfa

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15 A sua reciclabilidade corrobora ainda mais a sua possível aplicabilidade numa máquina de extrusão de filamento.

A variação da morfologia com a taxa de arrefecimento deixa em aberto a possibilidade de controlar a morfologia pós impressão, que poderia ser um interessante trabalho futuro a realizar. A possibilidade de fazer PET a partir de fontes renováveis também permite garantir um futuro ao uso deste plástico.

“In the 60 years since PET was first synthesized, it has become one of the world’s most widely used, versatile and trusted materials” (PETRA, 2015)

Fundamentos da fabricação aditiva

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