O polietileno (PE) em pó é o material mais escolhido quando se trata da produção de bens industriais e do processamento por rotomoldagem. Em conjunto com o PVC líquido (na forma de plastissol), ele se tornou a matéria-prima mais importante e barata para a rotomoldagem. As vantagens do PE são óbvias: ele está disponível em todo o mundo em quantidades praticamente ilimitadas, com alta qualidade e em todas as cores. O PE possui uma ampla janela de processamento, é fácil de manusear, pode ser utilizado em uma vasta gama de aplicações e pode ser facilmente reciclado e reutilizado.  A transformação do PE por rotomoldagem também não requer muito de máquinas, periféricos e acessórios.

Entretanto, a crescente demanda por peças rotomoldadas personalizadas e acabadas está gerando alta demanda por materiais com propriedades diferenciadas. Essa nova tendência não pode ser totalmente atendida apenas pelos vários graus de polietileno (PE). Os materiais usados incluem PE reticulado (PE-X), polipropileno (PP), poliamida 6 (PA6), PA11 e PA12, e policarbonato (PC). Este último é usado principalmente em luminárias, outros tipos de decorações e componentes emissores de luz. Entretanto, o PC apresenta algumas desvantagens. É sensível à radiação ultravioleta, à luz e ao calor, o que se manifesta por meio de opacidade, mudança de cor, amarelamento e danos superficiais nos componentes mecânicos. Por esse motivo, o PC deveser protegido com estabilização extra contra luz e calor.

O poli(metacrilato de metila) (PMMA) é usado como alternativa ao PC em diversas aplicações. Esse polímero amorfo pode ser facilmente soldado e pintado. Ele apresenta alto brilho e transparência, mesmo em peças com paredes muito espessas. Além disso, vale destacar sua resistência a riscos e a alta estabilidade às intempéries em comparação com outros plásticos. Polímeros à base de acrílico absorvem umidade, mas não na mesma intensidade que o PC ou a PA6. Entretanto, atualmente não existem no mercado graus de PMMA adequados para a rotomoldagem, que permitam a produção imediata e sem modificações de produtos acabados. Assim, faz-se necessária a otimização de vários componentes da formulação.

 

Graus de PMMA para rotomoldagem 

A empresa HD Kunststoffe, que faz parte da Grafe desde 2015, desenvolveu uma classe adequada de PMMA para essa aplicação. Para alcançar esse objetivo, um grau variante desse polímero foi modificado por extrusão e posteriormente testado quanto à sua adequabilidade para a rotomoldagem. A partir dos resultados obtidos em laboratório, foram derivadas e desenvolvidas as recomendações iniciais para a rotomoldagem desse polímero, em forma de pó ou de microgrânulos.

O PMMA sofre fusão na faixa de temperaturas entre 200 °C e 220 °C.

A degradação pode ser observada a partir de 240 °C. Portanto, a janela de processo para rotomoldagem, da mesma forma como ocorre para o PC, é muito estreita. Para a rotomoldagem ideal, pode-se assumir que um plástico amorfo deve apresentar boas propriedades de fluxo, aliadas à baixa viscosidade. Foi determinado o índice de fluidez volumétrica do fundido (Melt Volume Flow Rate, MVR) desse polímero a 230 °C sob carga de 3,18 kg. Os graus de PMMA disponíveis no mercado apresentam valores de MVR entre 1 e 15 cm³/10 min. Portanto, foram usados os graus com os maiores valores de MVR, pois essa abordagem já havia sido bem-sucedida no passado, durante o desenvolvimento de graus de PC para rotomoldagem.

 

A mistura de aditivos que foi empregada

Foi adotada uma estabilização padrão contra calor e luz para o grau de PMMA para rotomoldagem aqui estudado, a qual também é frequentemente usada na moldagem por injeção e extrusão ⁽¹⁾. Também podem ser usados aditivos e cargas adicionais para aprimorar o processamento da resina-base de PMMA e permitir a desmoldagem não destrutiva do componente. Isso pode simplificar a fabricação e aumentar o desempenho e a vida útil do produto final.

O grau de PMMA aqui testado, originalmente disponível na forma de grânulos, foi pulverizado a seco em um moinho PolyGrinder PKM 300 (fabricante: Pallmann) em condições ambientais e atmosféricas normais. O pó assim obtido foi peneirado continuamente para diâmetros de partícula inferiores a 1 mm. A distribuição granulométrica após a moagem e peneiramento mostrou que 50% de todas as partículas apresentaram tamanho inferior a 282 μm (figura 1).

 

Alternativamente, pode ser realizada a trituração a frio. Neste caso, as amostras são resfriadas a -70°C usando nitrogênio líquido _(N₂) e, em seguida, trituradas. A criotrituração é normalmente usada para elastômeros macios e polímeros sensíveis à umidade. Ela implica custos mais altos devido aos equipamentos adicionais que se fazem necessários.

 

As vantagens dos microgrânulos 

Uma alternativa melhor que a moagem criogênica é a microgranulação por extrusão. Os microgrânulos normalmente apresentam distribuição granulométrica entre 500 e 800 μm (figura 2). Eles podem ser usados de forma muito eficaz como alternativa ao pó ⁽²⁾.As principais características dos microgrânulos incluem densidade aparente aproximadamente 30% maior do que a do pó, tamanho de partícula uniforme combinado com estreita distribuição de tamanho, rápido fluxo a seco (fluidez) abaixo de 15 segundos, e a possibilidade de garantir o rápido processamento e extrusão da maioria dos termoplásticos em pequenas quantidades e cores especiais.

 

A ausência de pó também reduz significativamente a poluição do meio ambiente e das áreas de produção, diminuindo a exposição dos funcionários a ele.As medições de MVR e do índice de fluidez do fundido (Melt Flow Rate, MFR) foram realizadas usando um plastômetro Göttfert MI-4.Medições comparativas resultaram em valores similares de índice de fluidez tanto para o volume (MVR) quanto para a massa (MFR). Foram determinados valores de MFR entre 10 e 50 g/10 min, dependendo da temperatura em que a medição foi feita (entre 220°C e 250°C), usando carga de 3,8 kg nos ensaios.

Temperatura de transição vítrea e perda de massa

Por ser um polímero amorfo, o PMMA não apresenta um ponto de fusão preciso no qual sofre transição do estado sólido para o líquido, mas sim uma faixa de fusão composta por diferentes fases. As medições de calorimetria diferencial de varredura (DSC), usando equipamento DSC Perkin Elmer Pyris 1, revelaram uma temperatura de transição vítrea (Tv) de 96°C após o primeiro aquecimento e 103°C após o segundo aquecimento.

Além disso, foi efetuada análise termogravimétrica (TGA) usando equipamento Perkin Elmer TGA-8000. Esse ensaio revelou perda de massa ao longo do tempo (figura 3), resultado da degradação induzida termicamente do polímero. A degradação e despolimerização, visíveis devido ao aumento da formação de bolhas, ocorrem mesmo sob temperaturas acima de 240°C. Abaixo dessa temperatura, a perda de massa foi limitada a um período de 30 minutos.

Com base nesses resultados, os parâmetros iniciais do processo de rotomoldagem puderam ser facilmente deduzidos. Estes devem então ser verificados em um teste real efetuado na rotomoldadora. Por exemplo, um único ciclo de rotomoldagem sob temperatura máxima do ar interno (peak internal air temperature, PIAT) de 220°C pode transcorrer durante até 35 minutos sem que ocorra perda significativa de massa (máximo de 0,6%). Isso permite que o PMMA absorva calor rapidamente, fazendo com que ele sofra fusão mais rapidamente. Entretanto, é preciso considerar que, após 30 minutos, a taxa de degradação aumenta significativamente.

 

Recomendações para uma rotomoldagem ideal

Com base nos resultados da análise termogravimétrica e da calorimetria diferencial de varredura, efetuadas sob diferentes temperaturas, e considerando os resultados obtidos por vários pesquisadores ⁽³⁾, pode-se assumir que ocorram as seguintes transições durante a fusão do PMMA:

• até 95°C = indução (estado vítreo);
   

• entre 95 e 180°C = sinterização (comportamento viscoelástico);
   

• entre 180 e 230°C = compactação e coalescência (estado elastomérico);
   

• entre 230 e 280°C = degradação.
   

A compactação (densificação) e a coalescência (agregação) se iniciam a partir de 180°C. Se as temperaturas de processamento permanecerem estáveis entre 200 e 230°C, nenhuma degradação significativa do polímero poderá ser observada durante 30 minutos ou mais.

As temperaturas do processo durante a rotomoldagem não devem exceder 220°C, pois pode ser esperada degradação significativa do acrílico já a 240°C. Temperaturas internas de 280°C levam inevitavelmente à degradação permanente devido à alta formação de bolhas. Outros parâmetros de processo derivados da transformação de PMMA incluem valores de PIAT em torno de 220°C e temperaturas do forno entre 280 e 300°C. Em alguns casos, a aplicação de aspersão de vapor durante 5 minutos permite alcançar valores de PIAT abaixo de 240°C (4).

O processo de resfriamento após a rotação deve, assim como no caso do policarbonato, se iniciar sob potência máxima imediatamente após se alcançar 220°C.

 

Melhorando a desmoldagem

Um aspecto importante continua sendo o comportamento do componente assim que se inicia a desmoldagem. Ao contrário do PE ou PP, o PMMA não apresenta contração ou retração. As folgas existentes entre o componente e a superfície interna do molde são insuficientes para desmoldá-lo sem danificá-lo. O resultado geralmente é a baixa qualidade ou até mesmo danos no componente, levando à sua perda por fratura. As soluções para esse problema podem ser a modificação do ferramental ou a incorporação de aditivos apropriados ao material de suporte.

 

Conclusão

A maioria das empresas de rotomoldagem não usa braços robóticos por razões financeiras, mas produz seus componentes exclusivamente usando ferramental convencional e fornos a gás ou com chama aberta. Os resultados dos testes efetuados aqui sugerem que o PMMA pode ser processado com sucesso usando máquinas e ferramental convencional de rotomoldagem. Para se alcançar esse objetivo, as temperaturas, ou seja, o processo de aquecimento e resfriamento, devem ser controladas com precisão e o material de suporte, na forma de pó ou microgrânulos, deve ter sido previamente configurado com sucesso para aplicação na rotomoldagem.

 

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

As referências bibliográficas deste trabalho podem ser encontradas em

www.kunststoffe.de/onlinearchiv.