O uso de polímeros biodegradáveis, como a PCL, é uma alternativa sustentável uma vez que, após o seu descarte, eles têm o potencial de se decompor na natureza em um curto intervalo de tempo. Porém, a PCL é um material caro em relação aos principais polímeros utilizados comercialmente, como o polietileno e polipropileno, por exemplo, e o uso de reforços naturais mais acessíveis, como as fibras de celulose, podem reduzir os custos de produção e agregar rigidez ao material. Porém, o uso de um polímero hidrofóbico, como a PCL, e fibras de celulose altamente hidrofílicas, resulta em baixa compatibilidade entre as fases. Para uma maior interação, o uso de aditivos compatibilizantes para promover a ligação química entre os grupos hidroxilas e carboxílicos terminais da PCL e grupos hidroxila da celulose, como um extensor de cadeia e o ácido cítrico. Dessa forma, o objetivo desse trabalho foi preparar e caracterizar biocompósitos de poli(ε-Caprolactona) (PCL) reforçados com até 30% em massa de fibras de celulose de eucalipto. Para o processamento, foi utilizada uma extrusora dupla rosca e moldagem por injeção para confecção dos corpos de prova. As propriedades mecânicas, térmicas e morfológicas foram caracterizadas utilizando ensaio de tração, flexão, impacto Izod, calorimetria exploratória diferencial (DSC), termogravimetria (TGA), análise dinâmico-mecânica (DMA), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia no infravermelho. Os biocompósitos sem compatibilizantes apresentaram melhoria nas propriedades de módulo e limite de resistência à tração e à flexão, evidenciando um material resultante mais rígido. Por outro lado, notou-se uma queda na resistência ao impacto, e esse comportamento está relacionado à adesão não uniforme entre a fibra e a matriz, observada nas micrografias. Os resultados de DSC e DMA evidenciaram que as amostras mantiveram as temperaturas típicas de transição térmica quando comparadas com aquelas presentes no polímero puro. Pelas análises de TG, foi possível observar que a incorporação das fibras de celulose diminui a resistência térmica dos biocompósitos em até 60 ºC. De um modo geral, os biocompósitos apresentaram boa dispersão e homogeneidade das fibras na matriz polimérica, porém adesão não uniforme entre a matriz e a fibra, já que foi possível notar regiões onde as fibras estavam soltas na matriz de PCL e o fenômeno de arrancamento ("pull-out") foi observado. Já o biocompósitos com os compatibilizantes utilizados apresentaram melhoria significativa da superfície de fratura observada pelas micrografias de MEV, evidenciando melhor adesão entre a matriz de PCL e as fibras de celulose. Apesar disso, a melhoria não foi observada nos resultados mecânicos e térmicos, e esse fato pode ter forte relação com a temperatura de processamento utilizada tanto na extrusora quanto na injetora, não suficiente para ocorrer as reações químicas esperadas.

The use of biodegradable polymers, such as PCL, is a sustainable alternative since, after disposal, they have the potential to decompose in nature in a short period of time. However, PCL is an expensive material in relation to the main polymers used commercially, such as polyethylene and polypropylene, for example, and the use of more accessible natural reinforcements, such as cellulose fibers, can reduce production costs and add stiffness to the material. However, the use of a hydrophobic polymer, such as PCL, and highly hydrophilic cellulose fibers results in low compatibility between the phases. For greater interaction, the use of compatibilizing additives to promote the chemical bond between the terminal hydroxyl and carboxylic groups of PCL and hydroxyl groups of cellulose, such as a chain extender and citric acid. The main objective of this work was to prepare and characterize poly(ε- Caprolactone) (PCL) biocomposites reinforced with up to 30% by mass of eucalyptus cellulose fibers. For processing, a twin-screw extruder and injection molding were used to manufacture the test specimens. The mechanical, thermal and morphological properties were characterized using tensile, flexural, Izod impact tests, differential scanning calorimetry (DSC), thermogravimetry, dynamic-mechanical analysis (DMA), scanning electron microscopy (SEM) and infrared spectroscopy. Biocomposites without compatibilizers showed improvements in modulus properties and tensile and flexural strength, demonstrating a stiffer resulting material. On the other hand, a drop in impact resistance was noted, and this behavior is related to the non-uniform adhesion between the fiber and the matrix, observed in the micrographs. The DSC and DMA results showed that the samples maintained typical thermal transition temperatures when compared to those present in the pure polymer. Through TG analyses, it was possible to observe that the incorporation of cellulose fibers reduces the thermal resistance of biocomposites by up to 60 ºC. In general, the biocomposites showed good dispersion and homogeneity of the fibers in the polymer matrix, but nonuniform adhesion between the matrix and the fiber, as it was possible to notice regions where the fibers were loose in the PCL matrix and the pull-out phenomenon was observed. The biocomposites with the compatibilizers used showed a significant improvement in the fracture surface observed by the SEM micrographs, showing better adhesion between the PCL matrix and the cellulose fibers. Despite this, the improvement was not observed in the mechanical and thermal results, and this fact may have a strong relationship with the processing temperature used in both the extruder and the injector, which is not sufficient for the expected chemical reactions to occur.