INFLUÊNCIA DO TIPO DE CERA EM BLENDAS POLIOLEFÍNICAS PARA FABRICAÇÃO DE SACOLAS PLÁSTICAS

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1 INFLUÊNCIA DO TIPO DE CERA EM BLENDAS POLIOLEFÍNICAS PARA FABRICAÇÃO DE SACOLAS PLÁSTICAS Euzébio Júnior, S.H. ¹ ; Bolba, C.A.¹; Santana, R. M. C 1. 1 Departamento de Engenharia dos Materiais, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Minas, Metalúrgica e de Materiais, Universidade Federal do Rio Grande do Sul silvio.euzebio@ufrgs.br RESUMO O PEAD (polietileno de alta densidade) utilizado para a produção de filmes para sacolas plásticas apresenta uma alta massa molar, o que propicia uma elevada resistência mecânica mesmo para espessuras menores. Um dos principais processos de transformação de polietilenos é o de extrusão tubular de filmes, realizado em larga escala por empresas dos mais variados portes onde buscam seu espaço na demanda de produtos utilizando-se de blendas poliméricas a fim de obter caraterísticas apropriadas ao produto final. Aditivos das mais variadas composições são adicionados ao polietileno durante o processo de extrusão tubular afim de melhorar suas propriedades. Nesse sentido o objetivo de este trabalho é avaliar a influência do tipo de cera de PEAD oxidada na processabilidade e propriedades finais de blendas poliolefinicas. Foram avaliadas as propriedades físicas, ópticas, térmicas e de processabilidade das amostras. Resultados preliminares mostraram facilidade no seu processamento e melhor desempenho mecânico de sacolas, especialmente com a cera parafínica. Palavras-chave: Ceras, blendas, sacolas plásticas. INTRODUÇÃO A evolução da tecnologia permitiu aplicar o plástico de várias formas. Isso porque ele reúne inúmeras propriedades dificilmente encontradas em outros materiais (resistência mecânica e ao calor, flexibilidade, leveza, atraente relação custo/benefício), tornando-o muito versátil para desempenhar muitas funções como embalagens de alimentos, proteção de produtos. [1] As embalagens plásticas são obtidas a partir de polímeros sintéticos, que têm como principal matéria-prima a nafta, derivada do óleo bruto e do gás natural provenientes do petróleo. [2] 8150

2 Um dos tipos de polímero mais conhecido é o polietileno. O polietileno teve sua produção comercial iniciada na década de 1950 e, dentre os tipos de polímeros, é o que apresenta a maior capacidade instalada com consumo global no ano de 2012 em torno de 97 milhões de toneladas e previsão de aproximadamente 110 milhões em O polietileno é produzido por vários processos, originando produtos para diversas aplicações, como filmes, artigos soprados, peças injetadas, produtos rotomoldados, chapas, tubos, fios e cabos, etc. [3] Os tipos de polietileno mais comuns são: PEAD (polietileno de alta densidade), PEMD (polietileno de média densidade), PEBDL (polietileno de baixa densidade linear) e PEBD (polietileno de baixa densidade). Dentre os polietilenos, o PEAD é o de maior produção mundial alcançando em 2007 o volume aproximado de 30 milhões de toneladas. No Brasil, a produção do PEAD em 2008 foi de aproximadamente toneladas, representando cerca de 43 % dos polietilenos. O seu principal uso consiste na fabricação de filmes, que correspondem a cerca de 40% de seu volume; enquanto artigos soprados representam 35%, peças injetadas 12% e outras aplicações 13%. [4] Devido à grande produção industrial do PEAD, o entendimento e o controle de sua degradação durante o processamento e o estudo de blendas que auxiliem em um processo mais rápido de obtenção de filmes plásticos de maior reciclagem é um importante objeto de estudo tanto para a indústria como no âmbito acadêmico. A degradação do PEAD pode ocorrer em qualquer estágio, desde a sua produção até o seu uso final, mas, para a maioria das aplicações, a fase em que ocorre a maior degradação e de forma mais rápida é durante o processamento, quando o polímero é exposto a condições severas de cisalhamento e temperatura. Esta degradação foi muito estudada na literatura, existindo diferenças de acordo com sua tecnologia de obtenção (reatores de polimerização, pressão, temperatura, catalisador utilizado, etc) e também sendo influenciada por fatores como temperatura de processamento, cisalhamento, quantidade de oxigênio presente, resíduos catalíticos e tipo de estabilizantes utilizados. [5] O PEAD utilizado para a produção de filmes para sacolas e bobinas picotadas apresenta uma alta massa molar, o que propicia uma elevada resistência mesmo para espessuras muito baixas. Um dos principais processos de transformação de polietilenos é o de extrusão tubular de filmes, realizado em larga escala por uma infinidade de empresas dos mais variados portes. Inúmeras pequenas empresas 8151

3 buscam seu espaço na demanda de produtos utilizando-se de blendas poliméricas afim de obter caraterísticas apropriadas ao produto final. O uso de aditivos em compostos poliméricos, trazem inúmeros benefícios, entre os quais podemos citar: melhor condição de processamento, aumento da estabilidade da resina à oxidação, melhor resistência ao impacto, aumentar ou diminuir a rigidez, controle de tensão superficial, controle de aderência (blocking), redução de custos, propriedades de barreira, etc. [6] Os lubrificantes são uma classe de aditivos usados na composição de blendas de PEAD para produção de sacolas. São compostos que afetam as propriedades reológicas dos polímeros e reduzem a tendência destes materiais em aderir às superfícies. Lubrificantes comuns são ésteres e aminas de ácidos graxos e ceras de polietileno. Este último é usado em larga escala em filme flexível de PVC. [7] Neste sentido, o objetivo deste trabalho é estudar a influência do uso de ceras de polietileno oxidadas na estrutura e propriedades de blendas de PEAD produzidos pelo processo de extrusão tubular para uso em sacolas plásticas tipo camiseta e avaliar as propriedades físicas, ópticas, térmicas e de processabilidade das amostras. EXPERIMENTAL Materiais: Os materiais usados neste trabalho estão listados na Tabela 1: Tabela 1: Materiais poliméricos usados Resina Marca Cód. Resina IF (g/10 min) Densidade (g/cm³) PEAD DOW DGDC-2100NT7 (190/2,16)0,070 0,950 PEBD BRASKEM TX 7003 (190/2,16) 0,27 0,922 MASTER BATCH AMPACET BX - 1,0045 CERA SINTÉTICA MEGHWAX CPB110-1,050 Foram formuladas duas blendas de PEAD/PEBD com peso final de 25 kg cada. A blenda 1(B1) denominada controle e sem aditivação de cera é ternária e blenda 2(B2) com aditivacão é quaternária com as seguintes composições mostradas na Tabela

4 Tabela 2: Composição das Blendas Blendas PEAD PEBD Master Batch Cera de PE B1(controle) 84%(21kg) 10% (2,5kg) 6%(1,5kg) - B2 83%(20,75kg) 10% (2,5kg) 6%(1,5kg) 1%(250g) Processamento: Para obtenção dos filmes por extrusão, foi utilizada uma extrusora marca Carnevalli ano 2010 modelo Polaris, rosca simples, (L/D 30:1) com matriz circular de diâmetro 150mm e 7 zonas de aquecimento, como mostrada na Figura 1-a e figura 1-b. (a) (b) Figura 1: Conjunto de extrusão filmes tubulares : (a) vista canhão e cabeçote (b) detalhe do balão Na tabela 3 são apresentados os parâmetros de processamento de extrusão dos filmes correspondentes as blendas sem e com aditivação. 8153

5 Tabela 3: Parâmetros de Processamento usados neste trabalho Parâmetro Blenda 1 Blenda 2 Velocidade Rosca (RPM) Velocidade Anel de Ar (RPM) Perfil de Temperatura ( C) 180,182,186,187, ,195, ,182,186,187, ,195,202 Velocidade Puxador (MPM) Velocidade Bobinador (RPM) 30,1 28,1 Diâmetro da Matriz (mm) Pressão de Massa (Bar) Abertura do lábio (mm) Temperatura de Massa ( C) Caracterização Foram avaliadas as propriedades físicas dos filmes obtidos (espessura, largura do filme achatado, altura da linha de névoa, diâmetro do balão, razão de sopro e produção em kg/h), propriedades ópticas e análise térmica. Além disso foi avaliado o peso final de 100 sacolas produzidas com os filmes processados. Para avaliação das propriedades ópticas, foram realizados ensaios de brilho e cor (a, b e L) em espectrofotômetro spectro-guide da marca byk sobre padrão branco segundo a norma astm d standard test method for haze and luminous transmittance of transparent plastics. O fator b é um valor numérico que indica o grau de amarelamento partindo do azul (-b) em direção ao amarelo (+b). Este índice é frequentemente utilizado pelas indústrias porque o amarelecimento ocorre com o envelhecimento e degradação dos polímeros. Já o fator a representa o grau de avermelhamento da amostra, partindo do verde (-a) para o vermelho (+a). O fator L é preto (0) e branco (100). [9] A análise termogravimétrica (TGA) permite acompanhar a estabilidade térmica da amostra através da perda de massa devido à elevação de temperatura ou com o 8154

6 tempo de análise. Foi utilizado o equipamento termogravimétrico modelo 2050 da TA instruments, em uma faixa de temperatura de 25 C a 1000 C em uma taxa de aquecimento de 20 C/min, sob atmosfera de N2, conforme ASTM E [10] RESULTADOS E DISCUSSÃO Propriedades Físicas Na tabela 4 estão apresentados todos os resultados das características físicas dos filmes processados, onde é possível verificar que não houve mudança nos valores médios de espessura, diâmetro do balão, razão de sopro, largura do filme tubular achatado e altura da linha de névoa. Observa-se um acréscimo na produção na blenda 2 (aditivada) de 42 Kg/h para ~45Kg/h, este resultado é um indicativo que houve um decréscimo da viscosidade da blenda processada, facilitada pela cera usada, que esta atuando como agente de fluxo. Além disso, a massa final de 100 unidades indica um aumento de massa como pode também ser visualizada na Figura 2. Tabela 4: Propriedades Físicas dos Filmes Propriedade Blenda 1 Blenda 2 Espessura Filme (micras) 10,31 10,31 Diâmetro do balão (mm) 757,2 757,2 Razão de Sopro 5,1 5,1 Produção (kg/h) 41,98 45 Largura Filme Achatado (mm) 1188,8 1188,8 Altura linha de Névoa (mm) Massa de 100 unidades de sacola (g)

7 (a) Figura 2: Massa de 100 unidades de sacolas: (a) sem aditivo (b) com aditivo. (b) Propriedades ópticas e colorimétricas Na tabela 5 são apresentados os resultados das propriedades ópticas e colorimétricas onde é observado que a incorporação do aditivo (cera) não teve influencia significativa tanto na Luminosidade (L), e nos parâmetros colorimétricos a e b, porém observa-se um pequeno decréscimo do brilho com a presença do aditivo mostrada na blenda 2. Tabela 5: Resultado de brilho e cor das blendas processadas Blenda L* a* b* Brilho B1(sem aditivo) 90,86 ± 0,098-0,22 ± 0,012 2,11 ± 0,087 12,03 ± 1,604 B2 (com aditivo) 90,80 ± 0,103-0,21 ± 0,004 2,11 ± 0,046 11,26 ± 1,798 Análise Termogravimétrica Na Figura 3 são mostradas as curvas térmicas comparativas de termogravimetria das blendas de PE sem e com aditivos, onde é possível verificar que a cera oxidada influencia no deslocamento a esquerda da temperatura (~4 C) como observa-se no detalhe do gráfico mostrando uma sutil perda de estabilidade térmica. Também observa-se que o teor de cinzas é menor quando da blenda aditivada. 8156

8 Figura 3: Curvas comparativas de termogravimetria das amostras sem e com aditivação. Na tabela 6 são apresentados os valores de termogravimetria e observa-se que a blenda aditivada (B2) possui uma estabilidade térmica menor e menor índice de resíduos. Apesar disso, a DTG (temperatura máxima de degradação) para ambas são iguais Tabela 6: Resultado da análise de termogravimetria das amostras sem e com aditivação. Blenda Ti C (3%) Percentuais Cinzas DTG m1 (%) m2 (%) m3 (%) (%) Tpi C B1(sem aditivo) 417 1,37 93,7 1,006 3,74 487,2 B2 (com aditivo) 413 1,80 96,3 0,565 1,11 487,2 8157

9 CONCLUSÕES Os resultados das propriedades físicas das blendas estudadas, tiveram pouca alteração na grande maioria, exceto na produção final em kg/h. A aditivação melhora a plastificação. O resultado da termogravimetria mostrou, que a blenda aditivada foi menos estável termicamente. Esta estabilidade térmica menor, gera uma melhor processabilidade e diminui a viscosidade do fundido. Podemos concluir que a aditivação da blenda de PEAD com cera aumenta a sua produção, porém apresentou um sutil decréscimo na estabilidade térmica e brilho dos filmes. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem ao Laboratório de Materiais Poliméricos-LAPOL da UFRGS pela infraestrutura e a Embalagens Euzébio Ltda pela parceria na realização deste trabalho. Referências Bibliograficas 8158

10 1- CANEVAROLO JR, S. V. Ciência dos polímeros: um texto básico para tecnólogos engenheiros. São Paulo: Artliber Editora, Mercado brasileiro de resinas termoplásticas. SIRESP: sindicato da Indústria de Resinas Plásticas. Disponível em: Acesso em 14 dez PRADELLA, J. G. da C. Biopolímeros e intermediários químicos. Disponível em: Acesso em 20 dez Extrusão de Filme: Polietileno e Polipropileno. Catálogo técnico da Braskem, DE PAOLI, M. A. Degradação e estabilização de polímeros. 2ª. versão on-line. Editada por João Carlos de Andrade, Disponível em: Acesso em 03 fev Queiroz, G. C.; Garcia, E. E. C. - Reciclagem de sacolas plásticas de polietileno em termos de inventário de ciclo de vida. Informativo CETEA/ITAL, 20, 5p. (2008). 7- Cruz, S. A. et al. - Propriedades reológicas de blendas de PEAD virgem/pead reciclado. Polímeros: Ciência e Tecnologia, vol. 18, nº 2, p , PROVINCIATTO, L.A. Avaliação das Propriedades da Biodegradação de Sacolas Plásticas de PEAD em Ambiente Controlado. Instituto Superior de Ciências Aplicadas (ISCA), Limeira SP. 9- OLIVEIRA, Iara Thais Dias de. Avaliação mecânica de compósitos de polietileno de alta densidade (PEAD) e vermiculita f. Dissertação (Mestrado em Ciência e Tecnologia de Polímeros) Universidade Federal do Rio de Janeiro UFRJ, Rio de Janeiro, SANCHEZ, E; FELISBERTI, M. Degradação Fotooxidativa Do Asa. In: V Congresso Brasileiro de Polímeros, 1999, São Paulo. Anais. São Paulo: Associação Brasileira de Polímeros, V.1.P INFLUENCE OF TYPE OF WAX IN POLYOLEFIN BLENDS FOR MANUFACTURING PLASTIC BAGS 8159

11 ABSTRACT HDPE (high density polyethylene) used for producing films for plastic bags has a high molar mass, which provides a high mechanical strength even for smaller thicknesses. One of the main polyethylene transformation processes is the tubular film extrusion, held on a large scale by companies of all sizes where they seek their place in demand for products using polymer blends in order to obtain appropriate characteristics to the final product. the compositions various additives are added to the polyethylene during extrusion tubular process in order to improve their properties. In this sense the objective of this study is to evaluate the influence of the type of oxidized HDPE wax in processability and final properties of polyolefin blends. the physical, optical, thermal and processability of the samples were evaluated. Preliminary results showed ease of processing and better mechanical performance bags, especially with paraffin wax. Keywords: Waxes, blends, plastic bags. 8160