EN 3814 – BLENDAS POLIMÉRICAS E

ADITIVAÇÃO DE POLÍMEROS

ADITIVAÇÃO DE POLÍMEROS

Profa. Sandra A. Cruz

- Introdução

- Conceitos Gerais

- Requisitos dos Aditivos

- Principais Aditivos

- Métodos de Preparação e Incorporação

Conceitos Gerais

Vantagens X Desvantagens

- Baixa densidade

- Liberdade de design

- Alta produtividade

- Resistência a corrosão

- Custo relativamente baixo

- Colorabilidade

- Isolamento elétrico/térmico

- ADITIVAÇÃO

- Baixa resistência térmica

- Sofre ataque de intempéries

- Incompatibilidade com certos

tipos de solventes

Conceitos Gerais

- Substituição massiva de antigos materiais

- Ampliação no leque de aplicações- convencionais, especiais e de engenharia

Síntese de novos polímeros

Modificação dos polímeros

existentes

- Copolímeros

- Blendas

- Aditivação

Produção de Polímeros x População Mundial

Fonte: Agnelli, J.A.M. – 1º. Simpósio sobre resíduos sólidos da USP, UFSCar e NEPER - 2009

Fonte: http://www.solvayplastics.com/sites/solvayplastics/

Síntese de novos polímeros

Copolímeros

Blendas

PA + PPO Noryl GTX (SABIC)

PA – Resistência química e boa fluidez.

PPO – Estabilidade dimensional, baixa

absorção de água e resistência ao calor. Pará-choque – GM Hummer off road

PP Homopolímero

X

PP Copolímero

Utilizado na produção de fios e fibras, não tecidos, eletrodomésticos,

sacaria de ráfias, chapas, fitas de arquear, copos e potes descartáveis,

utensílios domésticos, móveis, peças de construção civil, entre outros.

Produção de peças automobilísticas como pára-choques, painéis e

caixas de bateria, recobrimento de tubos metálicos, brinquedos,

eletrodomésticos, baldes e caixas industriais, potes de sorvetes,

chapas alveoladas, entre outros.

Aditivação

PVC rígido

X

PVC flexível

PA – Technyl (Solvay)

X

PA + aditivos

- Automotivo: painéis de carroceria, peças estruturais, refrigeração

e aquecimento, sistemas de ar, peças mecânicas, transmissão,

interior, conectividade etc.

- Eletroeletrônicos: distribuição de energia, controles industriais,

conectores, blocos terminais, utensílios etc.

Aditivos

Aditivos (em polímeros): são materiais adicionados como componentes

auxiliares dos plásticos e/ou das borrachas; a inclusão de aditivos nas

formulações ou composições de plásticos ou de borrachas visa uma ou mais

aplicações específicas como, por exemplo, abaixar o custo, modificar e/ou

melhorar diversas propriedades, facilitar o processamento, colorir, etc. (Fonte:

Braskem – Boletim Técnico, Revisão 0 – jul/02)

- Plastificantes

- Estabilizantes

- Cargas

- Antiestáticos

- Nucleantes

- Lubrificantes

- Pigmentos

- Retardantes de Chama

-Modificadores de Impacto

Principais Aditivos em

Polímeros

Requisitos Gerais

1) Eficiência

-Menor quantidade

- Interferência menor em outras propriedades

Módulo elástico X [ ] argila Resist. à tração X [ ] argila

Fonte: Polímeros vol.11 no.1 São Carlos Jan./Mar. 2001

Inmetro vai certificar assentos de estádios e arenas esportivas

Fonte: http://www.agendasustentavel.com.br/artigo.aspx?id=3040

Requisitos Gerais

2) Estáveis nas condições de serviço

- Polímeros processados em altas temperaturas

-- Exposição em condições agressivas

Fibra de sisal

MEV - Fibra de sisal

Degradação em baixa temperatura

Fonte: Joyce Rodrigues de Araújo, Dissertação de Mestrado, Unicamp, 2009.

Requisitos Gerais

3) Facilidade de dispersão e apresentar-se homogeneamente

distribuído

Distribuição

Boa Má

Dispersão

Boa Má

PROCESSAMENTO – ETAPA FUNDAMENTAL

Requisitos Gerais

4) Solubilidade

- Determina a perda de um aditivo em função do tempo.

- Depende da energia livre, do estado físico e das interações.

Aditivo

Líquido

Vítreo

Cristalino

Polímero

Amorfa

Semicristalina

+

Volume molar do aditivo

X

Regiões cristalinas

Requisitos Gerais

4) Não migrar – Será?

- Importante no controle da perda e na liberação “controlada”

- Aditivos baixa massa molar MIGRAÇÃO

Processos de Difusão

𝑑𝑚

𝑑𝑡= −𝐷

𝑑𝐶

𝑑𝑥

𝑑𝐶

𝑑𝑡= 𝐷

𝑑2𝐶

𝑑𝑥2

1ª. Lei de Fick 2ª. Lei de Fick

Quais os pontos críticos da migração? Porque?

-Temperatura

- Tempo

- Massa molar do aditivo

- Compatibilidade

- Morfologia

- Tipo de polímero

Fatores que podem alterar a migração:

Temperatura

Efeito da temperatura na taxa de migração

de um antioxidante fenólico

- Migração/difusão é um processo

termicamente ativado

𝐷 = 𝐷𝑜𝑒𝑥𝑝 −𝐸𝐷

𝑅𝑇

Massa molar

Efeito da temperatura na taxa de

migração de um antioxidante

fenólico

Morfologia

- Aumento na cristalinidade:

→ aumento na tortuosidade do caminho do permeante

→ redução da mobilidade da fase amorfa

Tipo de Polímero

- Processo de difusão apresenta dependência com:

movimentos cooperativos do polímero e do permeante

volume livre do polímero

suas temperaturas de transição

estrutura molecular

emaranhamentos moleculares

Requisitos Gerais

5) Ser atóxico e não alterar as características organolépticas

- Condição importante para a indústria de medicamentos, bebidas e

brinquedos.

- Manipulação durante a etapa de fabricação do aditivo, bem como

incorporação no produto.

- Impacto ambiental devido ao descarte.

Órgão reguladores

FDA ANVISA

O amianto (ou asbesto) constitui um grupo de minerais fibrosos

amplamente utilizados pela indústria graças às suas notáveis

propriedades. O material é um excelente isolante térmico e elétrico,

além de resistente à fricção. Não por acaso, é empregado em mais

de 3 mil produtos, de material de construção a peças automotivas

(freios e juntas de cabeçote). No Brasil, 96,7% do amianto é usado

pela indústria de fibrocimento, na fabricação de telhas e caixas

d’água. Um lucrativo negócio que movimenta 2,5 bilhões de reais

por ano.

A discussão sobre o banimento da substância no Brasil arrasta-se

há mais de duas décadas. Atualmente, o Supremo Tribunal Federal

analisa quatro ações diretas de inconstitucionalidade (Adin),

patrocinadas pela indústria, que visam derrubar as legislações de

quatro estados que proibiram a utilização do asbesto. Como

observado pelo colunista Claudio Bernabucci na edição 714 de

CartaCapital, um estrondoso silêncio acompanhou as duas

audiências públicas realizadas na Corte para debater o tema, em

24 e 31 de agosto. “A mídia dedicou pouca ou nenhuma atenção à

explosiva questão que, em outros países, tem mobilizado

profundamente a sociedade”, pontuou o cientista político formado

pela Universidade La Sapienza, de Roma.

Preparação e Incorporação de Aditivos em

Polímeros

Uma das etapas mais importantes

Distribuição

Boa Má

Dispersão

Boa Má

Tendência natural das aditivos de formarem agregados, impedindo o envolvimento

completo pela matriz → concentração de tensões

PROCESSAMENTO – ETAPA FUNDAMENTAL

Preparação e Incorporação de Aditivos em

Polímeros

A) Adição de aditivos ao monômero, antes da polimerização.

- Estáveis nas condições de reação de polimerização

- Não afetar a cinética de reação;

- Não alterar o rendimento da reação;

- Não interagir com os componentes

(monômeros, catalisadores, etc).

Exemplo: PVA, PES, trifosfato

de cálcio, hidroxietilcelulose,

polimetacrilato de amônio,

gelatina

Estabilizantes para polimerização

em suspensão / Coalescência das

pérolas

Preparação e Incorporação de Aditivos em

Polímeros

B) Preparação do composto antes do processamento

- Realizada em etapa separada COMPOSIÇÃO

- Realizada pelo próprio transformador ou por empresas

especializadas na elaboração de formulações e concentrados.

COMPOSIÇÃO

Simples Masterbatch ou

concentrados

Masterbatch ou Concentrado

- Incorporação de aditivos em um concentrado com um polímero-veículo em altas

concentrações, sendo posteriormente incorporado para a confecção do produto final.

-Mesma natureza que o polímero base (temperatura de processo, miscibilidade,

compatibilidade, grau de cristalinidade, etc).

- Índice de fluidez próximo boa mistura

Composição, etapas da operação:

1. Armazenagem e preparação das matérias primas;

2. Pesagem das quantidades de aditivos que serão misturados a uma

determinada massa de resina (veículo), dosagem;

3. Pré mistura, ou mistura distributiva;

4. Mistura intensiva ou dispersão aditivos de difícil dispersão e

equipamentos de processo com baixo cisalhamento.

5. Recobrimento do aditivo com a resina. Nem sempre ocorre.

6. Armazenagem dos pós ou pellets obtidos.

7. Mistura com o polímero do produto final.

8. Processamento do produto final

Falta de recobrimento da fibra

de vidro pela resina.

EXEMPLO ANNE

Indústria x – Confecção do

Master

Indústria de transformação

2-3 pcr de aditivos

+

polímero

Processo de transformação

PRODUTO

Filmes de BOPP

- Antibloqueio

- Deslizante

- Antiestático externo

Equipamentos para mistura simples (distribuitiva):

A) Tambor rotativo

B) Misturador em V

D) Misturador de alta velocidade (Tipo Henschel)

C) Misturador de banda helicoidal

D) Equipamentos usados para a mistura dispersiva em borrachas:

- Moinho aberto de rolos ou misturador aberto de cilindros.

- Misturador interno de dois rotores contra rotatórios ou

misturador tipo Banbury.

Equipamentos para mistura dispersiva em termoplástico

A) Extrusora Mono-rosca

Maddock

B) Extrusora Dupla-rosca

Co-rotacional

Contra-rotacional

ALIM PRINCIPAL

FUSÃO

ALIM. LATERAL

MISTURA

DEGASAGEM

BOMBEAMENTO

Configuração de rosca

multiestágio