CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção diz respeito a blendas de poliestireno (PS) e poli ácido lático (PLA), que tem como agente compatibilizante um copolímero em bloco PS-PLA. Devido à incompatibilidade termodinâmica entre o PS e o PLA, suas blendas geram materiais heterogéneos de propriedades mecânicas, térmicas e processabilidade inadequadas para as aplicações a que se pretende, o que pode ser revertido com adição de um agente compatibilizante, tal como o descrito na presente invenção. FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

O uso de matérias-prima de fonte renovável em substituição as de fonte fóssil na produção de polímeros vem crescendo rapidamente nos últimos anos, impulsionado pela demanda da sociedade por produtos ambientalmente responsáveis. Entretanto os polímeros de fonte renovável ainda apresentam alto custo, baixa disponibilidade, além de propriedades e processabilidade insuficientes para atender ao mercado existente.

Os polímeros produzidos pela rota petroquímica, de fonte fóssil, em contra partida apresentam baixo custo, alta disponibilidade, além de propriedades e processabilidade que atendem as mais diversas aplicações.

Assim, uma alternativa para superar as deficiências dos polímeros de fonte renovável é produzir blendas com polímeros de fonte fóssil. Entretanto, em alguns casos, há incompatibilidade entre os polímeros constituintes de tais blendas levando a produtos de baixa qualidade e com propriedades químicas e mecânicas inadequadas para as aplicações a que se propõe.

No intuito de facilitar a obtenção de blendas poliméricas contendo polímeros de fonte renovável, grande parte da literatura evidencia o uso de agentes compatibilizantes.

O pedido de patente US 2009/0123728 descreve blendas de polímeros alquenil aromáticos, tais como os polímeros estirênicos (por exemplo, o poliestireno e o poliestireno de alto impacto) e (bio-polimeros ou polímeros biodegradáveis (poli ácido lático, ácido poliglicólico (PGA), polihidroxialcanoato (PHA), polibutileno succinato (PBS) e policaprolactona (PCL)) compatibilizados com um copolímero baseado em estireno (copolímeros em bloco de estireno-etileno-butilestireno (SEBS), SEBS funcionalizado com um grupamento maleato, copolímero de estireno- anidrido maléico, copolímero de estireno-metilmetacrilato (SMMA)) ou uma mistura de dois ou mais copolímeros baseados em estireno, tal como o SEBS e SMMA.

Já o documento WO 2010/120673 apresenta blendas de poliolefinas com um polímero biodegradável, como o poli ácido lático (PLA) e polihidróxi butirato, que são compatibilizadas com a ajuda de um copolímero formado por uma olefina funcionalizada com um grupamento metacrílico.

Na mesma linha, podemos citar ainda o documento WO 2012/109144 que trata de blendas de poli ácido lático. Tais blendas são produzidas com o auxilio de um processo que envolve o contato de uma poliolefina com poli ácido lático e um modificador reativo, que atua como um agente compatibilizante. O modificador é um polipropileno do tipo glicidil metacrilato grafitizado (PP-g-GMA).

Desta forma, a técnica ainda necessita de agentes compatibilizantes para blendas de PLA e poliestireno, já que estes são incompatíveis termodinamicamente, tais como o descrito detalhadamente a seguir.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

A presente invenção provê blendas de poliestireno com poli ácido lático com poliestireno tendo incorporado um agente compatibilizante, neste caso um copolímero em bloco de PS-PLA.

Tais blendas compreendem uma mistura PLA/HIPS, onde o percentual em massa de PLA varia entre 30% a 70% e o de Hl PS entre 70% a 30%, tendo adicionado a esta mistura um agente compatibilizante, neste caso um copolímero em bloco PS-PLA em concentração de 0, 1 % a 15% em relação à massa da mistura PS-PLA.

O agente compatibilizante, copolímero em bloco de PS-PLA, permite o controle e estabilidade morfológica da mistura HIPS/PLA. Nas blendas poliméricas HIPS/PLA sem a adição de agente compatibilizante ocorre à separação de fases entre HIPS e PLA gerando um material heterogéneo com propriedades mecânicas e térmicas instáveis.

A instabilidade das propriedades se dá porque o HIPS e o PLA apresentam diferente de resistências mecânica e térmica, e, portanto, cada fase se comportará como se fosse um componente isolado. Ou seja, a fase de PLA terá propriedades mecânicas e térmicas inferiores à fase do HIPS.

No caso da blenda compatibilizada, objeto desta invenção, há controle na separação de fases após resfriamento da mistura via fundido pela atuação do compatibilizante, que não permite o crescimento excessivo dos domínios discretos. Este controle morfológico gera um material homogéneo com propriedades térmicas e mecânicas estáveis, ou seja, que não se alteram em função do resfriamento e processamento. BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

Figura 1 : imagem de microscopia ótica de uma blenda não- compatibilizada de HIPS e PLA (aumento de 800 x)

Figura 2: imagem de microscopia ótica de uma blenda compatibilizada de HIPS e PLA após (aumento de 800 x)

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

De um modo amplo, a invenção trata de blendas de poliestireno (PS), em especial o poliestireno de alto impacto (HIPS), com poli ácido lático (PLA) produzidas via fundido, tendo como agente compatibilizante um copolímero em bloco PS-PLA.

Tais blendas são constituídas por PLA e poliestireno, tendo adicionado um agente compatibilizante, nas seguintes proporções mássicas:

a) Mistura poliestireno/PLA, onde o poliestireno está em concentrações de 70% m/m a 30% m/m, preferencialmente de 60% m/m a 40% m/m, e o PLA em concentrações de 30% m/m a

70% m/m, preferencialmente de 40% m/m a 60%m/m;

b) Copolímero em bloco PS-PLA em concentrações de 0,1 % a 15% em relação à mistura poliestireno/PLA, preferencialmente de 3% a 12%, mais preferencialmente de 5% a 10%.

Para a mistura poliestireno/PLA utiliza-se um poliestireno obtido por polimerização em massa ou solução. Preferencialmente, o poliestireno é um poliestireno de alto impacto (HIPS) que tem como base uma matriz de polímero à base de estireno e, dispersa nesta matriz, uma fase borrachosa composta de partículas discretas de borracha à base de butadieno e/ou copolímero estireno-butadieno com diferente microestrutura (eis, trans e vinil).

Tais partículas de borracha apresentam-se dispersas na matriz polimérica em concentrações entre 3% e 15% em massa em relação à composição total.

A morfologia das partículas de borracha úteis para a invenção são conhecidas como "core Shell" ou "salami", ou ainda a mistura destas em distintas proporções, podendo seu diâmetro médio variar de 0,1 mícron a 8 mícron em uma curva de distribuição de tamanhos de partícula. A matriz estirênica apresenta, em geral, uma massa molar ponderal média (Mw) entre 120.000 g/mol e 300.000 g/mol.

O PLA adequado para esta blenda pode ser obtido pela polimerização por abertura de anel de lactídeo, tais como aqueles citados nas patentes US 7,507,561 e US 6,326,458, sem estar limitados a estes. O PLA pode apresentar diferentes isomerias do tipo D ou L, ou seja, podendo gerar PLLA, PLLA ou ainda mistura de isômeros e gerando PDLLA, sendo a massa molar numérica média (Mn) do PLA de 30.000 g/mol a 200.000 g/mol, preferencialmente de 50.000 g/mol a 160.000 g/mol.

Devido à incompatibilidade termodinâmica da mistura de poliestireno/PLA, um agente compatibilizante é adicionado à mesma, neste caso, um copolímero em bloco PS-PLA, sendo este obtido em duas fases.

Na primeira fase o bloco de PS com funcionalidade terminal OH (grupo hidroxila) é sintetizado via polieme zação radicalar controlada por transferência de átomo (ATRP), tendo o tribromoetanol como iniciador.

Na segunda etapa o bloco de PS-OH é usado para iniciar a polimerização por abertura de anel do lactídeo, formando o copolímero em bloco PS-PLA, onde a massa molar numérica média (Mn) do bloco de PS é de 2.000 g/mol a 20.000 g/mol, preferencialmente de 5.000 g/mol a 15.000 g/mol, e a massa molar numérica média (Mn) do bloco de PLA é de 2.000 g/mol a 20.000 g/mol, preferencialmente de 5.000 g/mol a 15.000 g/mol.

O bloco de PLA utilizado na obtenção do copolímero PS/PLA empregado como agente compatibilizante pode apresentar diferentes isomerias, sejam estas do tipo D ou L, ou seja, o bloco ser de PLLA, PLLA ou ainda mistura de isômeros PDLLA. Preferencialmente os blocos de PS e de PLA possuem a mesma massa molar, mas também podem apresentar massas molares diferentes.

As blendas poliméricas de poliestireno/PLA produzidas com o auxilio de um agente compatibilizante, tal como na presente invenção, apresentam tamanho reduzido dos domínios de HIPS, o que indica que houve controle morfológico pela atuação do compatibilizante, controlando a separação dé fases entre os componentes da blenda, não permitindo crescimento excessivo dos domínios de HIPS dispersos na matriz de PLA, tal como evidenciado pela Figura 2.

Este controle morfológico não ocorre em blendas produzidas sem o agente compatibilizante, o que pode ser observado na Figura 1 , onde se pode verificar a heterogeneidade dos domínios de HIPS dispersos na matriz de PLA, sendo os domínios de HIPS de tamanho elevado, evidenciando a separação de fases que ocorre após o resfriamento do fundido.

As blendas poliméricas objeto da presente invenção podem ser produzidas através da mistura via fundido de PS e PLA, tendo adicionado um copolímero em bloco PS-PLA. A mistura pode ser efetuada em uma extrusora do tipo mono ou dupla rosca. Após a mistura, a blenda compatibilizada é resfriada em um banho de água e peletizada.

A temperatura de mistura na extrusora deve estar entre 160°C a 230°C, preferencialmente de 165°C a 210°C, e mais preferencialmente de 170°C a 190°C. Na forma peletizada, a blenda compatibilizada pode ser posteriormente processada via extrusão para gerar uma chapa para termoformagem ou ser injetada para assumir a forma definida de um molde.

EXEMPLO 1 :

Este exemplo ilustra o preparo de uma blenda de 40% m/m de HIPS contendo 6% m/m de polibutadieno (Innova R 870E) e 60% de PLLA sem compatibilizante.

Os materiais foram misturados, nas proporções indicadas, via extrusão, a uma temperatura de 180°C, tendo sido a blenda resultante resfriada em banho de água. Neste caso, houve separação de fases e heterogeneidade de propriedades mecânicas e térmicas na blenda, conforme pode ser observado na Figura 1.

EXEMPLO 2:

Este exemplo ilustra o preparo de uma blenda objeto da presente invenção.

Foi preparada uma mistura via fundido de 60% m/m de HIPS contendo 6% m/m de polibutadieno (Innova R 870E) e 40% m/m de PLLA, com 10% m/m de compatibilizante PS-PLA em relação ao total de HIPS e PLA. Os materiais foram misturados via extrusão a 210°C e a blenda resultante foi resfriada em banho de água. Não houve separação de fases, conforme ilustra a Figura 2, e as propriedades mecânicas e térmicas da blenda foram homogéneas. A resistência ao impacto Izod (conforme ASTM D 256) foi de 18 J/m, e a resistência à deflexão térmica (HDT, conforme ASTM D 684) foi de 73,6°C.

EXEMPLO 3:

Este exemplo ilustra o preparo de uma blenda objeto da presente invenção.

Foi preparada uma mistura via fundido de 40% de HIPS contendo 6% de polibutadieno (Innova R 870E) e 60% de PLLA, com 10% compatibilizante PS-PLA em relação ao total de HIPS e PLA.

Os materiais foram misturados via extrusão a 180°C e a blenda resultante foi resfriada em banho de água. Não houve separação de fases e as propriedades mecânicas e térmicas da blenda foram homogéneas. A resistência ao impacto Izod (conforme ASTM D 256) foi de 15 J/m, e a resistência à deflexão térmica (HDT, conforme ASTM D 684) foi de 56°C.