O PP é descartado em grande quantidade no meio ambiente, tendo em vista seu consumo muito elevado derivado de suas excelentes propriedades químicas e físicas, boa processabilidade e baixo custo. As radiações ionizantes, não ionizantes (UV e infravermelho), bem como o oxigênio e os poluentes podem causar a degradação do polipropileno (PP). A exposição à radiação ionizante pode causar na molécula de PP cisão de cadeia principal, reticulação e peroxidação (na presença de ar) entre outras. Este estudo tem como objetivo, o desenvolvimento de um PP oxidegradável por meio do controle da degradação induzida por radiação ionizante. As amostras foram processadas por injeção e expostas ao envelhecimento natural durante 180 dias e ao envelhecimento acelerado em estufa á 100°C por 192 dias e depois caracterizadas por avaliação visual, ensaios mecânicos, FTIR, SEM, DSC, TGA e DRX. As amostras de PP Grão 20 kGy, após o envelhecimento natural, apresentaram maior oxidação com presença de fissuras superficiais mais intensamente do que o PP d2w&reg. A resistência a tração do PP irradiado foi superior ao PP d2w&reg e os resultados do alongamento na ruptura mostraram uma diminuição intensa se compararmos o PP irradiado e o PP d2w&reg com o PP. Após a exposição natural espécies os índices de vinila e carbonila aumentaram ligeiramente devido as reações Norrish. O grupo carbonila promove uma oxidação contínua, junto à superfície fazendo com que o polímero diminua sua massa molar. O efeito da degradação natural foi evidente na ordem PP Grão 20 kGy > PP Grão 12,5 kGy = PP d2w&reg > PP. Por conseguinte, este conceito pode ser utilizado para produzir um PP com propriedades oxi-degradáveis de uma forma controlável. / UV light, heat, and pollutants can interact with Polypropylene (PP) molecules, mainly with the tertiary carbon producing free radicals which can react with oxygen producing changes in its properties. PP has outstanding chemical and physical properties and a good processability at very low market price. In addition, PP is extensively used for manufacturing various kinds of products, however due to its large-scale consumption a lot of waste is generated at the end of their life cycle to the environment with low rate degradation. Controlled degradation of PP can be achieved by exposing the polymers to well defined parameters, such as absorbed dose, intemperies, oxygen, etc. In this study, structural changes in PP macro-molecule are created upon exposure to ionizing radiation such as: main chain scission, crosslinking and peroxidation (in presence of air). This study has the objective of comparing the environmental and accelerated exposures of PP neat, PP irradiated with 12,5 kGy and 20 kGy and the incorporation of the commercial pro-degradant d2w&reg. Dumbbell samples were manufactured by injection molding and exposed to the environment during 180 days and to accelerated aging to 192 days. The samples were characterized by Mechanical Testing, Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), Scanning Electron Microscopy (SEM), X-ray Diffraction (DRX) and Differential Scanning Calorimetry (DSC). The samples previously irradiated, PP 20 kGy, after environmental aging showed higher oxidation and presence of surface cracks than the PP d2w&reg and PP neat. They also showed presence of carbonyl groups, decreases in elongation at break, increase in Strength Modulus and decrease of melting temperature corroborating with degradation.

O PP é descartado em grande quantidade no meio ambiente, tendo em vista seu consumo muito elevado derivado de suas excelentes propriedades químicas e físicas, boa processabilidade e baixo custo. As radiações ionizantes, não ionizantes (UV e infravermelho), bem como o oxigênio e os poluentes podem causar a degradação do polipropileno (PP). A exposição à radiação ionizante pode causar na molécula de PP cisão de cadeia principal, reticulação e peroxidação (na presença de ar) entre outras. Este estudo tem como objetivo, o desenvolvimento de um PP oxidegradável por meio do controle da degradação induzida por radiação ionizante. As amostras foram processadas por injeção e expostas ao envelhecimento natural durante 180 dias e ao envelhecimento acelerado em estufa á 100°C por 192 dias e depois caracterizadas por avaliação visual, ensaios mecânicos, FTIR, SEM, DSC, TGA e DRX. As amostras de PP Grão 20 kGy, após o envelhecimento natural, apresentaram maior oxidação com presença de fissuras superficiais mais intensamente do que o PP d2w&reg. A resistência a tração do PP irradiado foi superior ao PP d2w&reg e os resultados do alongamento na ruptura mostraram uma diminuição intensa se compararmos o PP irradiado e o PP d2w&reg com o PP. Após a exposição natural espécies os índices de vinila e carbonila aumentaram ligeiramente devido as reações Norrish. O grupo carbonila promove uma oxidação contínua, junto à superfície fazendo com que o polímero diminua sua massa molar. O efeito da degradação natural foi evidente na ordem PP Grão 20 kGy > PP Grão 12,5 kGy = PP d2w&reg > PP. Por conseguinte, este conceito pode ser utilizado para produzir um PP com propriedades oxi-degradáveis de uma forma controlável. / UV light, heat, and pollutants can interact with Polypropylene (PP) molecules, mainly with the tertiary carbon producing free radicals which can react with oxygen producing changes in its properties. PP has outstanding chemical and physical properties and a good processability at very low market price. In addition, PP is extensively used for manufacturing various kinds of products, however due to its large-scale consumption a lot of waste is generated at the end of their life cycle to the environment with low rate degradation. Controlled degradation of PP can be achieved by exposing the polymers to well defined parameters, such as absorbed dose, intemperies, oxygen, etc. In this study, structural changes in PP macro-molecule are created upon exposure to ionizing radiation such as: main chain scission, crosslinking and peroxidation (in presence of air). This study has the objective of comparing the environmental and accelerated exposures of PP neat, PP irradiated with 12,5 kGy and 20 kGy and the incorporation of the commercial pro-degradant d2w&reg. Dumbbell samples were manufactured by injection molding and exposed to the environment during 180 days and to accelerated aging to 192 days. The samples were characterized by Mechanical Testing, Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), Scanning Electron Microscopy (SEM), X-ray Diffraction (DRX) and Differential Scanning Calorimetry (DSC). The samples previously irradiated, PP 20 kGy, after environmental aging showed higher oxidation and presence of surface cracks than the PP d2w&reg and PP neat. They also showed presence of carbonyl groups, decreases in elongation at break, increase in Strength Modulus and decrease of melting temperature corroborating with degradation.

Submitted by Daniele Amaral (daniee_ni@hotmail.com) on 2017-10-02T19:48:59Z No. of bitstreams: 1 TeseMCAL.pdf: 16584321 bytes, checksum: ba4677495b9f610f2747a383f8ee91cf (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (bco.producao.intelectual@gmail.com) on 2018-01-29T16:58:22Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TeseMCAL.pdf: 16584321 bytes, checksum: ba4677495b9f610f2747a383f8ee91cf (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (bco.producao.intelectual@gmail.com) on 2018-01-29T16:58:31Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TeseMCAL.pdf: 16584321 bytes, checksum: ba4677495b9f610f2747a383f8ee91cf (MD5) / Made available in DSpace on 2018-01-29T17:02:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseMCAL.pdf: 16584321 bytes, checksum: ba4677495b9f610f2747a383f8ee91cf (MD5) Previous issue date: 2016-11-28 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / The convenience of single-use packaging of high density polyethylene (HDPE) led to the need to convert them into biodegradable materials in less time to minimize the environmental problems caused by disposal. An alternative is the use of prodegradants. However, mechanical properties of packaging materials must be preserved during use and pro-degrading action should increase only after disposal. To achieve this balance between performance and degradability, stabilizers can be added to HDPE/prodegradant. HDPE is a chemically stable polyolefin, hence abiotic degradation times, even in the presence of prodegradant, are long. Therefore, the need for kinetic studies has become critical. To this end, formulations with different manganese stearate levels (50, 200 and 400 ppm) in the presence or absence of stabilizers (primary and secondary) were subjected to thermo-oxidative degradation at three temperatures (60, 70 and 80 °C). For the development of the kinetic studies, tensile tests, infrared spectroscopy and size exclusion chromatography were performed at different thermo-oxidation times. The results showed that manganese stearate, regardless of concentration, in addition to accelerating thermal oxidation of HDPE caused a higher level of degradation, characterized by lower molar masses and higher levels of carbonyl index at the end of the degradation time. Addition of the primary stabilizer increased induction time without altering degradation rates, which enables it to be used in conjunction with the prodegradant to delay the onset of the degradative process. However, the secondary stabilizer caused no significant difference for the levels studied. The kinetic assessment (Arrhenius extrapolations) allowed us to conduct studies predicting degradation times relevant to the analysis of degradation. / A conveniência de embalagens de uso único de polietileno de alta densidade (PEAD), gerou o interesse em tentar convertê-los em materiais biodegradáveis em tempos menores, com o objetivo de minimizar os problemas ambientais que o seu descarte indevido provoca. Uma alternativa é a utilização de aditivos pró-degradantes. No entanto, as propriedades mecânicas das embalagens precisam ser preservadas durante o uso e a ação pró-degradante deve ser intensificada somente após seu descarte. Para se atingir este equilíbrio entre desempenho e degradabilidade, estabilizantes podem ser adicionados ao PEAD/pró-degradante. Por se tratar de uma poliolefina estável quimicamente, os tempos de degradação abiótica, mesmo na presença de pró-degradante, são longos, por isso, a necessidade de se realizar estudos cinéticos se torna fundamental. Para isso, as formulações com diferentes teores nominais de estearato de manganês (50, 200 e 400 ppm) na presença ou ausência de estabilizantes (primários ou secundários) foram submetidas à degradação termo-oxidativa em três temperaturas (60, 70 e 80 °C). Para o desenvolvimento dos estudos cinéticos, ensaios de tração, espectroscopia de infravermelho e cromatografia por exclusão de tamanho foram realizados em diferentes tempos de termo-oxidação. Os resultados mostraram que o estearato de manganês, independente da concentração avaliada, além de acelerar a termo-oxidação do PEAD, promoveu um nível de degradação maior, caracterizado por menores massas molares e maiores índices de carbonila, ao final do tempo de degradação. A adição do estabilizante primário aumentou o tempo de indução sem alterar as taxas de degradação, o que possibilita sua utilização em conjunto com o pró-degradante, para retardar o inicio do processo de degradativo. No entanto, o estabilizante secundário não causou diferenças significativas, para as concentrações estudadas. A avaliação cinética (extrapolações de Arrhenius), permitiu realizar estudos de previsões de tempos de degradação relevantes para a análise da degradação.

O alto nível de poluição gerado pelo descarte inadequado de materiais poliméricos vem motivando pesquisas por sistemas e técnicas ambientalmente corretos, tais como a aplicação de polímeros biodegradáveis e a substituição dos sistemas de pintura à base de solventes por aqueles com alto teor de sólidos, à base de água ou, praticamente isentos de compostos orgânicos voláteis (VOCs) e curáveis por radiação. Todavia, os revestimentos poliméricos curados são insolúveis e infusíveis, aumentando o grau de complexidade do seu reprocessamento, da sua reciclagem e da degradação desejável. Assim, este trabalho apresenta, como objeto de contribuição científica, a obtenção de tintas modificadas com agentes pró-degradantes, curadas por reações químicas induzidas por radiação ultravioleta ou feixe de elétrons (UV/EB), para impressão em embalagens plásticas, biodegradáveis ou não, para produtos de baixa vida útil. Foram estudadas combinações de seis revestimentos, sendo um verniz não pigmentado e cinco tintas nas cores amarela, azul, branca, preta e vermelha; três agentes pró-degradantes (estearatos de cobalto, cério e manganês), cinco substratos poliméricos (Ecobras®, polietileno de baixa densidade e suas respectivas modificações com os agentes pró-degradantes). Os revestimentos foram aplicados nos substratos e curados por radiação UV ou EB, resultando em 180 amostras. Estes materiais foram, então, expostos ao envelhecimento acelerado em câmara tipo QUV e à compostagem em ambiente natural. De modo a se compreender o efeito dos revestimentos poliméricos no processo de degradação das amostras, foram selecionadas aquelas com valores extremos de grau de conversão, a saber: amarela e preta, as quais foram expostas à compostagem em ambiente controlado via respirometria, reduzindo de 180 para 16 o número de amostras. O composto orgânico gerado pelo processo de biodegradação foi analisado por testes de ecotoxicidade. Foi observado que a camada de revestimento atua como barreira que inibe a degradação do plástico quando exposto às intempéries. Adicionalmente, constatou-se que quanto maior o grau de conversão das formulações pigmentadas pastosas em sólidas durante a cura por radiação ultravioleta, maior foi sua mineralização em ambiente de compostagem. As amostras curadas por EB apresentaram menor taxa de biodegradação do que as curadas por UV. Isso se deu em virtude da rede de ligações cruzadas entre as cadeias poliméticas, geradas na cura por EB. A adição dos agentes pró-degradantes promoveu uma aceleração no processo de degradação, ocasionando, inclusive, a migração do íon metálico para o meio, porém sem afetar a qualidade do meio de compostagem. / The high level of pollution generated by the inadequate disposal of polymeric materials has motivated the search for environmentally friendly systems and techniques such as the application of biodegradable polymers and the replacement of the solvent-based paint systems by those with high solids content, based water or cured by radiation, practically free of volatile organic compounds. However, the cured polymer coatings are neither soluble nor molten, increasing the complexity of the reprocessing, recycling and degradation. Thus, this work aimed to develop print inks modified with pro-degrading agents, cured by ultraviolet radiation or electron beam, for printing or decoration in plastic packaging products of short lifetime, which are biodegradable or not. Six coatings (varnish and inks in five colors: yellow, blue, white, black and red), three pro-degrading agents (cobalt stearate, cerium stearate and manganese stearate), five polymeric substrates (Ecobras®, low density polyethylene and its respective modifications with pro-degrading agents). The coatings were applied to the substrates and cured by ultraviolet radiation or electron beam, resulting in 180 samples. These materials were then exposed to accelerated aging chamber, type \"QUV\", and composting in natural environment. In order to assess the effects of the polymer coatings on the degradation process of the specimens, only the yellow and black samples were exposed to a controlled composting environment via respirometry, reducing to 16 the number of samples. The organic compound generated by the biodegradation process was analyzed by the ecotoxicity tests. It was observed that the coating layer acted as a barrier that inhibits degradation of the plastic when exposed to weathering. The addition of pro-degrading agents promoted acceleration in the degradation process, promoting the migration of the metal ion to the medium without affecting the final quality of the organic compost.

O alto nível de poluição gerado pelo descarte inadequado de materiais poliméricos vem motivando pesquisas por sistemas e técnicas ambientalmente corretos, tais como a aplicação de polímeros biodegradáveis e a substituição dos sistemas de pintura à base de solventes por aqueles com alto teor de sólidos, à base de água ou, praticamente isentos de compostos orgânicos voláteis (VOCs) e curáveis por radiação. Todavia, os revestimentos poliméricos curados são insolúveis e infusíveis, aumentando o grau de complexidade do seu reprocessamento, da sua reciclagem e da degradação desejável. Assim, este trabalho apresenta, como objeto de contribuição científica, a obtenção de tintas modificadas com agentes pró-degradantes, curadas por reações químicas induzidas por radiação ultravioleta ou feixe de elétrons (UV/EB), para impressão em embalagens plásticas, biodegradáveis ou não, para produtos de baixa vida útil. Foram estudadas combinações de seis revestimentos, sendo um verniz não pigmentado e cinco tintas nas cores amarela, azul, branca, preta e vermelha; três agentes pró-degradantes (estearatos de cobalto, cério e manganês), cinco substratos poliméricos (Ecobras®, polietileno de baixa densidade e suas respectivas modificações com os agentes pró-degradantes). Os revestimentos foram aplicados nos substratos e curados por radiação UV ou EB, resultando em 180 amostras. Estes materiais foram, então, expostos ao envelhecimento acelerado em câmara tipo QUV e à compostagem em ambiente natural. De modo a se compreender o efeito dos revestimentos poliméricos no processo de degradação das amostras, foram selecionadas aquelas com valores extremos de grau de conversão, a saber: amarela e preta, as quais foram expostas à compostagem em ambiente controlado via respirometria, reduzindo de 180 para 16 o número de amostras. O composto orgânico gerado pelo processo de biodegradação foi analisado por testes de ecotoxicidade. Foi observado que a camada de revestimento atua como barreira que inibe a degradação do plástico quando exposto às intempéries. Adicionalmente, constatou-se que quanto maior o grau de conversão das formulações pigmentadas pastosas em sólidas durante a cura por radiação ultravioleta, maior foi sua mineralização em ambiente de compostagem. As amostras curadas por EB apresentaram menor taxa de biodegradação do que as curadas por UV. Isso se deu em virtude da rede de ligações cruzadas entre as cadeias poliméticas, geradas na cura por EB. A adição dos agentes pró-degradantes promoveu uma aceleração no processo de degradação, ocasionando, inclusive, a migração do íon metálico para o meio, porém sem afetar a qualidade do meio de compostagem. / The high level of pollution generated by the inadequate disposal of polymeric materials has motivated the search for environmentally friendly systems and techniques such as the application of biodegradable polymers and the replacement of the solvent-based paint systems by those with high solids content, based water or cured by radiation, practically free of volatile organic compounds. However, the cured polymer coatings are neither soluble nor molten, increasing the complexity of the reprocessing, recycling and degradation. Thus, this work aimed to develop print inks modified with pro-degrading agents, cured by ultraviolet radiation or electron beam, for printing or decoration in plastic packaging products of short lifetime, which are biodegradable or not. Six coatings (varnish and inks in five colors: yellow, blue, white, black and red), three pro-degrading agents (cobalt stearate, cerium stearate and manganese stearate), five polymeric substrates (Ecobras®, low density polyethylene and its respective modifications with pro-degrading agents). The coatings were applied to the substrates and cured by ultraviolet radiation or electron beam, resulting in 180 samples. These materials were then exposed to accelerated aging chamber, type \"QUV\", and composting in natural environment. In order to assess the effects of the polymer coatings on the degradation process of the specimens, only the yellow and black samples were exposed to a controlled composting environment via respirometry, reducing to 16 the number of samples. The organic compound generated by the biodegradation process was analyzed by the ecotoxicity tests. It was observed that the coating layer acted as a barrier that inhibits degradation of the plastic when exposed to weathering. The addition of pro-degrading agents promoted acceleration in the degradation process, promoting the migration of the metal ion to the medium without affecting the final quality of the organic compost.