Influência do teor de cera na produção de filmes tubulares de PEBD

O PEBD (polietileno de baixa densidade) utilizado para a produção de filmes tubulares é um material amplamente empregado na indústria de embalagens flexíveis. Ele apresenta propriedades reológicas únicas em comparação aos PE’s lineares e os de alta densidade. As numerosas ramificações encontradas neste polímero influenciam a redução da cristalinidade, se comparadas com o polietileno de alta densidade. Isto resulta em um produto flexível com baixo ponto de fusão. Aditivos das mais variadas composições são adicionados ao polietileno durante o processo de extrusão tubular a fim de melhorar suas propriedades. Nesse sentido, o objetivo deste trabalho é avaliar a influência do teor de cera de polietileno oxidada na processabilidade e nas propriedades finais de filmes tubulares de PEBD. Foram processadas quatro formulações de PEBD/cera nas proporções mássicas de 99,5/0,5; 99/1; 98/2; e 96/4, e comparadas com o PEBD sem cera. As amostras foram caracterizadas pelas propriedades físicas dos filmes e a produtividade. Os resultados deste estudo mostraram que o uso de cera sintética aumentou a produtividade no processamento de filme tubular de PEBD, sendo 1% o teor de cera mais adequado, sem ter influência significativa na espessura e no diâmetro do balão.


S. H. Euzébio Júnior e R. M. C. Santana

Data: 30/07/2017

Edição: PI Junho 2017 Ano - 19 - No 226

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Extremamente versátil, de baixo custo e com boas propriedades físicas e químicas, o polietileno pode ser encontrado em diversas aplicações no nosso dia a dia. Apesar de quimicamente inerte, o polie- tileno pode apresentar diferenças nas suas propriedades devido à polimerização, densidade e reticu- lação, entre outros. As formas mais conhecidas são: polietileno de baixa densidade, polietileno de alta densidade, polietileno linear de baixa densidade, polietileno de ultra alta massa molar(1). O polie- tileno de baixa densidade possui boa tenacidade e flexibilidade num amplo intervalo de temperatura. Tem uma boa barreira ao vapor de água, mas muitos vapores orgânicos e óleos essenciais o permeiam rapidamente. É quimicamente inerte e insolúvel em quase todo solvente sob condições ambientais, mas suscetível à fragilização sob tensão quando exposto a surfactan- tes como detergentes concentrados. É pobre quanto à barreira ao oxigênio e ao dióxido de carbono, não sendo apropriado onde é pro- vável a oxidação do produto ali- mentício. Sua massa específica diminui rapidamente se exposto a temperatura superior à ambien- te, ocasionando grandes mudanças dimensionais e dificultando al- guns processos de fabricação ou conformação(2,3).

Fig. 1 – Resultados do processamento de filmes de PEBD: (a) produção e (b) pressão de massa

A evolução da tecnologia per- mitiu aplicar este plástico de várias formas. Esta evolução ajuda na transformação dos polímeros em aplicações das mais diversas. O principal método de transformação de polímeros é o de extrusão, larga- mente usado para a fabricação de filmes tubulares de polietileno de baixa densidade. Segundo a consul- toria Chemical Market Associates Inc (CMAI), a quantidade fabricada deste material no Brasil em 2013 foi de 1.192.000 t/ano, sendo 82% dessa quantidade usados na fabri- cação de filmes tubulares(3).

Durante o processo de fabricação de embalagens plásticas flexíveis torna-se necessário melhorar as propriedades dos polímeros adi- cionando aditivos, sem que tal ação altere de maneira significativa sua estrutura química. Existe uma variedade de aditivos com as mais diferentes funções, que são incor- porados para a modificação de ca- racterísticas de termoplásticos, tais como corantes, auxiliares de fluxo, deslizantes, antiestáticos etc(4). Os lubrificantes são uma classe de aditivos usados na composição de blendas de PEBD para a produção de filmes tubulares. São compostos que afetam as propriedades reo- lógicas dos polímeros e reduzem a tendência desses materiais a aderir às superfícies. Lubrificantes co- muns são ésteres e aminas de ácidos graxos, e ceras de polietileno. Este último é usado em larga escala em filme flexível de PVC (5). Neste sentido, o objetivo deste trabalho é estudar a influência do uso de ceras de polietileno oxidadas na estrutura e propriedades de blen- das de PEBD produzidas pelo processo de extrusão tubular e avaliar as propriedades térmicas e de processabilidade das amostras.

Materiais

O polímero usado neste estudo foi o polietileno de baixa densidade (PEBD) fornecido pela Braskem (Triunfo, RS). Foi usada cera de polietileno oxidado (OPW, tipo Meghwax CPB 110) fornecida em forma de flocos pela MEGH Indús- tria e Comércio Ltda. (SP, Brasil). As especificações das amostras são apresentadas na tabela 1.

Parâmetros de processamento

A composição das amostras sem e com a incorporação de cera sintética, assim como as condições de processa- mento (os perfis de temperatura de processamento, velocidade do ali- mentador, velocidade do puxador e bobinador e pressão da massa), são apresentados na tabela 2.

Os filmes foram produzidos pelo processo de extrusão tubular em uma extrusora dupla rosca modelo AX Plásticos, co-rotante e com L/D 30:1, com diâmetro de matriz de 31,5 mm, abertura do lábio de 1 mm e oito zonas de aquecimento.

Caracterização

Fig. 2 – Imagens termográficas do filme de PE durante o processamento

A produtividade, pressão de massa e altura de linha de névoa dos filmes de cada formulação foram monitoradas durante o proces- samento. Foram geradas imagens termográficas com uma câmera térmica da marca Flir com resolução de 80x60 pixels e faixa (range) de temperatura de -25 a 380°C. A medição foi tomada a partir da saída da resina fundida do cabeçote a cada 50 mm até o máximo de 250 mm. Os controles de espessuras dos filmes foram realizados com o uso de medidor de espessura da marca Mitutoyo e a medição do diâmetro do balão com um paquímetro digital.

Resultados e discussão

Na tabela 3 são apresentados os resultados da produtividade e pressão de massa dos filmes das diferentes formulações testadas, assim como as características físicas da solidificação do filme (linha de névoa), da espessura e diâmetro do balão. Pôde ser observado que as espessuras estiveram entre 90 e 100 μm e o diâmetro do balão apresentou valores de ~80 mm.

Fig. 3 – Curvas commparativas do resfriamento dos filmes das diferentes formulações durante o processamento em função da distância da saída da matriz

Em relação à altura da linha de névoa, pressão de massa e pro- dutividade foi verificado que os valores máximos foram os teores de 1% de cera, os quais podem ser mais bem visualizados na figura 1.

Na figura 2 são mostradas 5 imagens termográficas do filme tubular durante o seu processa- mento, em diferentes pontos (marcas em quadro) do filme, desde a saída da matriz ainda na massa fundida até o filme sólido estável. Essas imagens termo- gráficas mostram por meio das mudanças de cores as tempe- raturas pontuais da região do filme, passando do branco (tem- peraturas mais altas) até rosa- azulado (temperaturas inferiores).

Na figura 3 são apresentados os resultados do monitoramento das temperaturas dos filmes das dife- rentes formulações, desde uma distância a 5 cm da saída da matriz até uma altura de 25 cm (filme sólido), obtidos das imagens ter- mográficas. É possível observar que as amostras de PEBD com 1 e 2% em massa de cera apre- sentaram temperatura mais alta quando comparadas com as outras formulações, até uma altura de 10 cm. Após essa distância as diferenças são menores, porém a amostra de PE com 1% ainda se destaca na maior temperatura até uns 20 cm; e já nos 25 cm de altura, todas amostras com cera apre- sentaram tempe- raturas mais pró- ximas (46-50°C). Por outro lado, a amostra de PEBD sem cera foi a que apresentou menor tempe- ratura ao longo dos pontos mo- nitorados. Estes resultados po- deriam indicar que a presença da cera melhora a processabilidade, aumentando a temperatura na saída da matriz e permitindo maior produtividade, sendo o teor de cera mais ade- quado de 1%.

Conclusões

Os resultados deste estudo mos- traram que a incorporação de cera sintética favoreceu o aumento de produtividade de filmes de PEBD quando comparados aos da amostra sem cera, sendo que o teor ótimo de máxima produção de filmes foi de 1% de cera. A presença e aumento do teor de cera ocasionou um aumento da linha de névoa de 60 mm (sem cera) para 125 cm (4% de cera).

Por outro lado, as amostras com cera apresentaram tempe- raturas de resfriamento maiores do que a amostra sem cera. Por fim, a presença de ceras não teve influên- cia significativa na espessura e no diâmetro do balão.

Agradecimentos

Os autores agradecem ao La- boratório de Materiais Poliméri- cos (LAPOL) da UFRGS pela infraestrutura e pela parceria na realização deste trabalho.

Referências

  1. Albuquerque, J. A. C. O plástico na prática. Porto Alegre, 1990.
  2. Silva, André Luis B. B.; SILVA, Emerson O. Conhecendo Materiais Poliméricos. Mato Grosso, 2003.
  3. Pradella, J. G. da C. Biopolímeros e intermediários químicos. São Paulo, 2013.
  4. Provinciatto, L. A. Avaliação das Propriedades da Biodegradação de Sacolas Plásticas de PEAD em Ambiente Controlado. São Paulo, 2010.
  5. A. S. Babetto, J. A. M. Agnelli, and S. H. P. Bettini, Polímeros, vol. 25, pp. 68–76, 2015.