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The Plasticization Effect of Hydroxylated Palm Stearin Plasticizer (HPS) Towards High-Density Polyethylene (HDPE) Via Compression Moulding

A estearina de palma hidroxilada (HPS) atua eficazmente como um plastificante de base biológica não reativo para o polietileno de alta densidade (HDPE) que melhora significativamente a processabilidade do fundido e altera as propriedades térmicas através de interações físicas, embora cargas mais elevadas reduzam a resistência à tração devido ao aumento da mobilidade das cadeias.

Autores originais: Rahimi Mohd Shariff, Ahmad Nazri Mazni, Istikamah Subuki, Nur Azrini Ramlee

Publicado 2026-09-15

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CC BY 4.0

Autores originais: Rahimi Mohd Shariff, Ahmad Nazri Mazni, Istikamah Subuki, Nur Azrini Ramlee

Artigo original sob licença CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). ✨ Esta é uma explicação gerada por IA do artigo abaixo. Não foi escrita nem endossada pelos autores. Para precisão técnica, consulte o artigo original. Ler aviso legal completo

O mundo está inundado de plástico, um material celebrado por sua durabilidade, mas criticado por sua persistência. Grande parte desse resíduo plástico provém de itens de uso único que são usados brevemente e depois descartados, sobrecarregando aterros sanitários e poluindo ecossistemas. Em resposta, cientistas buscam constantemente maneiras de tornar esses materiais mais manejáveis, seja fazendo com que se decomponham mais rápido ou encontrando novas formas de processá-los usando recursos renováveis. Um caminho promissor envolve o ajuste da composição química de plásticos comuns para torná-los mais fáceis de trabalhar ou para introduzir ingredientes de base biológica que possam, eventualmente, ajudar o material a degradar. No cerne desse esforço está o conceito de um plastificante, uma substância adicionada a um plástico duro para torná-lo mais macio e flexível, tal como adicionar óleo à massa para torná-la mais fácil de amassar. Embora os plastificantes sintéticos tenham sido o padrão por muito tempo, pesquisadores estão recorrendo cada vez mais a alternativas de origem vegetal para reduzir a dependência de combustíveis fósseis e melhorar o perfil ambiental desses materiais.

Em um estudo recente, pesquisadores da Universiti Teknologi MARA, na Malásia, exploraram uma solução específica de base vegetal para um dos plásticos mais comuns em uso hoje: o polietileno de alta densidade, ou PEAD. Este é o plástico resistente e rígido usado para fabricar desde jarras de leite até frascos de detergente. A equipe investigou um novo ingrediente quimicamente modificado derivado do óleo de palma, conhecido como estearina de palma hidroxilada, ou HPS. O objetivo deles era verificar se essa substância natural poderia atuar como um plastificante eficaz para o PEAD, melhorando a forma como o plástico flui quando é derretido e moldado, sem destruir sua força essencial. Ao misturar diferentes quantidades deste derivado de óleo de palma no plástico, os pesquisadores visavam criar um material híbrido de base biológica que fosse mais fácil de fabricar e potencialmente mais ecológico, mantendo ainda as propriedades úteis que tornam o PEAD tão amplamente utilizado.

Os pesquisadores começaram pegando pellets sólidos de PEAD e misturando-os com o pó de HPS em uma máquina que aquece e agita a mistura até que ela se torne uma mistura fundida uniforme. Eles testaram três receitas diferentes, adicionando 10, 20 e 30 por cento do derivado de óleo de palma por peso. Assim que o HPS foi introduzido, a resistência da máquina caiu dramaticamente. Quanto mais derivado de óleo de palma eles adicionavam, mais fácil se tornava misturar o material. Na mistura com a maior quantidade de HPS, o esforço necessário para misturar o plástico caiu quase 80 por cento em comparação ao plástico puro. Isso indicou que o ingrediente de base vegetal estava conseguindo deslizar entre as longas cadeias das moléculas de plástico, permitindo que elas deslizassem umas pelas outras mais livremente. Essa redução na resistência significou que o material seria muito mais fácil e menos intensivo em energia para ser processado em um ambiente fabril.

No entanto, essa facilidade de processamento veio acompanhada de uma compensação na resistência. Quando os pesquisadores puxaram as tiras de plástico moldadas para testar sua durabilidade, descobriram que o material se tornava mais fraco conforme mais HPS era adicionado. O PEAD puro podia suportar uma quantidade significativa de força antes de quebrar, mas a mistura com 30 por cento de HPS perdeu quase metade dessa força. O material também se tornou menos elástico; enquanto o plástico puro podia esticar-se para quase cinco vezes o seu comprimento original antes de romper, a mistura com o maior teor de HPS esticou-se para menos de um terço dessa distância. Observando de perto as superfícies quebradas sob um microscópio potente, a equipe viu que o plástico puro possuía uma estrutura apertada e compacta. Em contraste, as misturas com HPS mostravam pequenos buracos escuros ou vazios, sugerindo que os dois materiais não se fundiram totalmente em uma substância única e contínua. Essas lacunas, juntamente com o aumento do espaço entre as cadeias de plástico, explicaram por que o material se tornou mais macio e menos capaz de suportar cargas pesadas.

O estudo também examinou como o plástico se comportava sob calor. Quando aquecido, o PEAD puro derretia em uma temperatura específica, mas a adição de HPS baixou levemente este ponto de fusão, tornando o material pronto para ser moldado em uma temperatura mais baixa. Curiosamente, o ingrediente de base vegetal pareceu encorajar o plástico a começar a formar sua estrutura cristalina sólida em uma temperatura ligeiramente superior conforme esfriava. Apesar dessas mudanças, a quantidade total de estrutura cristalina dentro do plástico permaneceu amplamente a mesma, o que significa que a natureza fundamental do PEAD foi preservada mesmo enquanto era suavizada. No entanto, a resistência térmica do material sofreu um impacto. O plástico puro podia suportar temperaturas de até mais de 400 graus Celsius antes de começar a se decompor, mas a mistura com o maior teor de HPS começou a degradar-se em uma temperatura muito mais baixa, caindo mais de 100 graus. Isso sugere que, embora o novo ingrediente torne o plástico mais fácil de derreter e moldar, ele também torna o produto final mais sensível ao calor elevado.

Finalmente, os pesquisadores utilizaram uma técnica que analisa a luz absorvida pelo material para verificar se ocorriam reações químicas entre o PEAD e o derivado de óleo de palma. Os resultados mostraram que nenhuma nova ligação química foi formada; as duas substâncias simplesmente ficaram lado a lado, interagindo fisicamente em vez de quimicamente. Isso confirmou que o HPS atuou como um verdadeiro plastificante, trabalhando ao separar fisicamente as cadeias de plástico em vez de alterá-las quimicamente. O estudo conclui que a estearina de palma hidroxilada é uma opção viável e de base biológica para tornar o PEAD mais fácil de processar, reduzindo significamente a energia necessária para derreter e misturar o plástico. Embora isso enfraqueça o material e reduza sua resistência ao calor, as descobertas oferecem um caminho claro para a criação de misturas de plástico mais sustentáveis, desde que trabalhos futuros encontrem maneiras de melhorar a forma como o ingrediente de base vegetal se mistura ao plástico sintético para manter a resistência.

Resumo Técnico: Plastificação de HDPE via Estearina de Palma Hidroxilada (HPS)

Definição do Problema
A crise global de resíduos plásticos, impulsionada por embalagens de uso único e gestão de resíduos ineficiente, estimulou a pesquisa em alternativas de base biológica. Embora os materiais biodegradáveis ofereçam uma solução, eles frequentemente sofrem com limitações mecânicas, preocupações com microplásticos e sensibilidade à umidade e ao calor. Estudos existentes sobre plastificantes à base de óleo de palma para o Polietileno de Alta Densidade (HDPE) concentraram-se principalmente em baixas cargas (2–5 % em peso) de óleo de palma bruto (CPO), que mostraram melhorias na resistência à tração, mas uma exploração limitada de concentrações mais elevadas. Além disso, o potencial da estearina de palma — um derivado com pontos de fusão e rigidez superiores ao CPO — como plastificante para o HDPE permanece subexplorado. Este estudo aborda a lacuna no entendimento de como uma estearina de palma quimicamente modificada e hidroxilada (HPS) funciona como um plastificante em misturas de HDPE em cargas mais altas (10–30 % em peso) para criar uma resina bio híbrida viável.

Metodologia
A pesquisa utilizou Polietileno de Alta Densidade (HDPE, Grau HD5301AA) e sintetizou a Estearina de Palma Hidroxilada (HPS) derivada de estearina de palma refinada, branqueada e desodorizada (RBD). As misturas foram preparadas com cargas de HPS de 10, 20 e 30 % em peso usando um misturador interno (Haake Rheomix OS) a 180 °C. O processo envolveu um aumento gradual na velocidade do parafuso de 5 para 50 rpm, com a adição de HPS após o HDPE atingir um estado de fundido uniforme. As misturas compostas foram então processadas em corpos de prova via moldagem por compressão a 150 °C.

A caracterização foi realizada através de:

Análise de Torque de Mistura: Para avaliar a processabilidade do fundido e as mudanças de viscosidade.
Teste de Tração: Realizado de acordo com a norma ASTM D638 Tipo-I para medir a resistência à tração, o alongamento na ruptura e o módulo de Young.
Microscopia Eletrônica de Varredura (SEM): Para observar a morfologia da superfície e os mecanismos de fratura com magnificação de 500x.
Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC): Para analisar transições térmicas (temperatura de fusão $T_m$ , temperatura de cristalização $T_c$ e temperatura de transição vítrea $T_g$ ) e calcular o grau de cristalinidade ( $X_c$ ).
Análise Termogravimétrica (TGA): Para avaliar a estabilidade térmica e as temperaturas de início de degradação ( $T_{d5\%}$ ).
Espectroscopia de Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR): Para investigar interações químicas e formação de ligações entre o HDPE e o HPS.

Principais Resultados

Processabilidade: A adição de HPS melhorou significativamente a processabilidade do fundido do HDPE. O torque de mistura diminuiu 20,9% com 10 % de HPS e até 79,2% com 30 % de HPS, indicando uma redução na viscosidade do fundido e um aumento na mobilidade das cadeias poliméricas. No entanto, cargas mais altas de HPS exigiram tempos de mistura mais longos para alcançar a estabilização do torque.
Propriedades Mecânicas: A resistência à tração diminuiu progressivamente com o conteúdo de HPS, caindo de 22,68 MPa (HDPE puro) para 12,13 MPa (mistura 70/30), uma redução de 46,5%. Isso foi atribuído ao enfraquecimento das forças intermoleculares e ao aumento do volume livre dentro da matriz. O alongamento na ruptura mostrou uma queda inicial acentuada (de 487,60% para 137,23% com 10 % de HPS), e este valor reduzido foi mantido conforme o conteúdo de HPS aumentou até 30%, indicando redução da ductilidade. O módulo de Young também diminuiu, refletindo a redução da rigidez.
Morfologia: A análise SEM revelou a presença de vazios escuros e poros nas amostras misturadas com HPS, confirmando a separação parcial de fases e a formação de volume livre. Imagens pós-fratura mostraram maior flexibilidade e deformação dúctil nas amostras plastificadas em comparação com a fratura rígida do HDPE puro.
Propriedades Térmicas: A análise DSC indicou uma ligeira redução na temperatura de fusão ( $T_m$ ) do HDPE (de 135,2 °C para 130,0 °C) e um aumento na temperatura de cristalização ( $T_c$ ) de 109,7 °C para aproximadamente 113,2 °C. O grau de cristalinidade permaneceu amplamente inalterado, flutuando entre 63,4% e 72,4%. Notavelmente, as misturas com 20% e 30% de HPS exibiram dois picos de cristalização distintos, sugerindo imiscibilidade entre os componentes HDPE e HPS.
Estabilidade Térmica: Os resultados de TGA mostraram uma redução gradual na estabilidade térmica. A temperatura de perda de 5% de peso ( $T_{d5\%}$ ) diminuiu de 413,0 °C para o HDPE puro para 280,6 °C para a mistura 70/30. O perfil de degradação mudou de um pico de etapa única para um pico de duas etapas com 30 % de HPS, condição atribuída à influência da quantidade de plastificante na estabilidade térmica das misturas.
Interação Química: Os espectros de FTIR confirmaram que nenhuma nova ligação química foi formada durante a mistura. Os espectros mantiveram os picos característicos de ambos o HDPE e o HPS, com apenas pequenos deslocamentos nos picos de éster (C=O) e C-H. Isso indica que o HPS atua como um plastificante não reativo, funcionando através de interações físicas e forças intermoleculares fracas, em vez de enxertia química.

Significância e Alegações
O estudo conclui que a Estearina de Palma Hidroxilada (HPS) é um plastificante de base biológica eficaz para o HDPE, capaz de melhorar significativamente a processabilidade e a mobilidade das cadeias em cargas de até 30 % em peso. A pesquisa demonstra que o HPS pode facilitar a criação de misturas bio híbridas que mantêm a estrutura cristalina do HDPE, oferecendo simultaneamente propriedades de degradação térmica acelerada, o que pode ser benéfico para cenários específicos de gestão de resíduos. No entanto, os autores observam modestamente que essa melhoria na processabilidade e degradabilidade ocorre às custas da resistência mecânica e da estabilidade térmica. O artigo sugere que, embora o HPS seja uma alternativa viável aos aditivos sintéticos, trabalhos futuros devem focar no aumento da compatibilidade através de compatibilização reativa ou modificação química para equilibrar o desempenho mecânico com os benefícios da plastificação de base biológica.

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