Avaliação da degradação em solo de estruturas abertas produzidas em poli(ácido láctico) via fabricação por fusão de filamentos com modificação superficial por hidróxido de sódio

Abstract

O poli(ácido láctico) (PLA) é um biopolímero de origem renovável amplamente utilizado em manufatura aditiva, especialmente na impressão 3D, devido à sua boa processabilidade, propriedades mecânicas adequadas e potencial de biodegradação. Neste trabalho, investigou-se o comportamento de degradação do PLA impresso com três geometrias internas de preenchimento (giróide, grade e tri-hexágono), submetido ao enterramento em solo por diferentes períodos, de três meses até doze meses, bem como o efeito do tratamento superficial com solução de NaOH. As caracterizações realizadas incluíram análise termogravimétrica (TGA), calorimetria exploratória diferencial (DSC), espectroscopia no infravermelho (FTIR), ensaios de tração e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os resultados de TGA e DSC indicaram alterações na estabilidade térmica, apresentando um deslocamento das curvas para temperaturas mais baixas e aumento do grau de cristalinidade ao longo da degradação, especialmente em períodos mais avançados. A FTIR confirmou modificações químicas relacionadas à hidrólise das cadeias poliméricas, intensificadas pelo tratamento alcalino. No ensaio de tração, as amostras com a geometria giróide apresentaram maior resistência inicial, enquanto grade e tri hexágono mostraram menor desempenho devido à presença de cantos vivos. Contudo, após degradação prolongada, todas as geometrias convergiram para baixos valores de resistência mecânica. As imagens de MEV não evidenciaram fissuras ou danos estruturais significativos, indicando que a degradação ocorreu predominantemente em nível molecular.

Poly(lactic acid) (PLA) is a biopolymer from renewable sources widely used in additive manufacturing, especially in 3D printing, due to its good processability, adequate mechanical properties, and biodegradation potential. In this study, the degradation behavior of 3D-printed PLA with three internal infill geometries (gyroid, grid, and tri hexagon) was investigated after soil burial for different periods, ranging from three to twelve months, as well as the effect of surface treatment with a NaOH solution.The characterizations performed included thermogravimetric analysis (TGA), differential scanning calorimetry (DSC), infrared spectroscopy (FTIR), tensile testing, and scanning electron microscopy (SEM). TGA and DSC results indicated changes in thermal stability, with a shift of the curves toward lower temperatures and an increase in the degree of crystallinity throughout degradation, especially at more advanced periods. FTIR confirmed chemical modifications related to the hydrolysis of polymer chains, intensified by the alkaline treatment.In tensile tests, samples with gyroid geometry exhibited higher initial strength, while grid and tri-hexagon geometries showed lower performance due to the presence of sharp corners. However, after prolonged degradation, all geometries converged to low mechanical strength values. SEM images did not reveal significant cracks or structural damage, indicating that degradation occurred predominantly at the molecular level.