AVALIAÇÃO DAS PROPRIEDADES E APLICAÇÕES DO Polietileno de Ultra-Alto peso molecular (PEUAPM)

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1 MAEI ESPECIALIZAÇÃO EM ENGENHARIA ECONÔMICA, ESTRATÉGIA E PREVENÇÃO DE PERDAS NA INDUSTRIA - CEPI ANA CECÍLIA CORREIA DOS SANTOS AVALIAÇÃO DAS PROPRIEDADES E APLICAÇÕES DO Polietileno de Ultra-Alto peso molecular (PEUAPM) SALVADOR 2011

2 ANA CECÍLIA CORREIA DOS SANTOS AVALIAÇÃO DAS PROPRIEDADES E APLICAÇÕES DO Polietileno de Ultra-Alto Peso Molecular (PEUAPM) Monografia apresentada ao Programa de Pós-graduação em Engenharia Industrial, Escola Politécnica, Universidade Federal da Bahia, como requisito parcial para a obtenção do grau de Especialista em Engenharia Econômica, Estratégia e Prevenção de Perdas na Indústria CEPI. Orientador: Prof. Dr. Ricardo de Araújo Kalid Salvador, maio de 2011

3 ANA CECÍLIA CORREIA DOS SANTOS AVALIAÇÃO DAS PROPRIEDADES E APLICAÇÕES DO Polietileno de Ultra-Alto Peso Molecular (PEUAPM) Monografia apresentada como requisito parcial para obtenção do grau de Especialista em Engenharia Econômica, Estratégia e Prevenção de Perdas na Indústria CEPI, Escola Politécnica da Universidade Federal da Bahia. Monografia aprovada em 26 de maio de Prof.: Dr.: Ricardo Araújo Kalid, Orientador Instituição: Universidade Federal da Bahia Salvador 2011

4 AGRADECIMENTOS À Deus, em primeiro lugar. À toda minha família. Ao professor Dr. Ricardo de Araújo Kalid pela confiança, pela bolsa de estudos concedida, e sua contribuição acadêmica diária. Ao coordenador do CEPI Prof.: Dr.: Antônio Francisco pela gestão e organização durante todo andamento do curso. Aos Secretários Tatiana e Edilson, pela atenção dedicada a todos os alunos do Programa de Engenharia Industrial. Aos meus colegas de curso, pelo apoio e pelos momentos de discussão que contribuíram bastante para a nossa formação. Ao Programa de Engenharia Industrial PEI pela disponibilidade de sua estrutura física. A todos aqueles que contribuíram de alguma forma para a realização deste trabalho.

5 Somos o que fazemos repetidamente. Por isso o mérito não está na ação e sim no hábito. Aristóteles

6 SANTOS, Ana Cecília Correia. Avaliação das propriedades e aplicações do PEUAPM. 32 f. il Trabalho de Conclusão de Curso (Especialização) Escola Politécnica, Universidade Federal da Bahia, Salvador. RESUMO Devido à grande necessidade de materiais com melhores propriedades que os existentes no mercado para diversas aplicações na engenharia ou em outras áreas como na indústria automobilística, de mineração, papel e celulose, de alimentos e bebidas, têxtil, química, na substituição de peças usinadas, porosas ou como filtros assim como no ramo esportivo. Como os materiais existentes não apresentavam o comportamento ou as propriedades necessárias para funções mais específicas, novos materiais como o Polietileno de Ultra-Alto Peso Molecular (PEUAPM) começaram a ser estudados. Este trabalho tem como objetivo apresentar um estudo bibliográfico realizado através da busca e seleção de artigos, dissertações, teses e sites especializados de trabalhos que abordam experimentos para a avaliação das propriedades físicas e químicas deste polímero, assim como as indicações das novas aplicações deste material substituição a outros polímeros de engenharia que possuem um curto tempo de utilização por materiais com maior tempo de vida útil e de fácil reciclagem, de forma que proporcione a redução dos impactos ambientais provocados com os resíduos gerados devido a frequente substituição de peças confeccionadas com materiais de qualidade inferior. Palavras-chave: PEUAPM, propriedades, polímero.

7 SANTOS, Ana Cecília Correia. Evaluation of properties and applications of UHMWPE. 32 f. il Trabalho de Conclusão de Curso (Especialização) Escola Politécnica, Universidade Federal da Bahia, Salvador. ABSTRACT Due to the great need for materials with better properties than those on the market for many applications in engineering or in other areas such as automotive, mining, pulp and paper, food and beverage, textile, chemical, in place of machined parts, or porous filters as well as in the business of sports. As existing materials have not had the behavior or properties needed for specific functions, new materials such as Polyethylene Ultra HighMolecular Weight Polyethylene (UHMWPE) have begun to be studied. This paper aims to present a bibliographical study performed by searching and selecting articles, dissertations, theses and specialized sites of studies addressing experiments to evaluate the physical and chemical properties of the polymer, as well as indications of new applications for this material substitution other engineering polymers that have a short time of use of materials with longer service life and easy recyclability in order to provide a reduction of environmental impacts caused to the waste generated due to frequent replacement of parts made with quality materials lower. Keywords: UHMWPE, properties, polymer.

8 LISTA DE FIGURAS Figura 1: Resistência ao Impacto IZOD (ASTM D 256): PEUAPM em relação aos outros materiais (Fonte: HAPER, CHARLES A. Modern Plastics Handbook, (1999)) Figura 2: Abrasão Relativa dos diferentes tipos de materiais em relação ao PEUAPM (Fonte: POLIETILENO, (2010)) Figura 3: Desgaste por Abrasão do PEAUPM versus outros materiais (Fonte: Braskem S.A., (2008)) Figura 4: Extrator de Pedra de PEUAPM (Fonte: Agrax Com. e Serv. de Peças e Plásticos Ltda. (2009)) Figura 5: Coeficiente de Fricção de diversos polímeros (Fonte: Braskem S.A., (2008))... 23

9 LISTA DE TABELAS Tabela 1: Algumas propriedades de diferentes tipos de Polietileno Tabela 2: Influência do aumento da densidade, do índice de fluidez e da massa molar nos PE s Tabela 3: Comparação das propriedades do PEUAPM em relação aos demais PE s e outros Tabela 4: Perda de massa e aparência do PEUAPM a 22 ºC e 60 ºC em diferentes reagentes Tabela 5: Comparação das propriedades do PEUAPM em relação aos outros plásticos de engenharia... 26

10 NOMENCLATURA ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas ASTM American Society for Testing and Materials d Densidade DMM Distribuição de Massa Molar EPI Equipamento de Proteção Individual FDA Food and Drug Administration IF Índice de Fluidez MM Massa Molar PE Polietileno PEAD Polietileno de Alta Densidade PEBDL Polietileno de Baixa Densidade Linear PEBD Polietileno de Baixa Densidade PELMD Polietileno Linear de Média Densidade PEUAPM Polietileno de Ultra Alto Peso Molecular PP Prolipropileno PTFE Politetrafluoretileno (Teflon) T g Temperatura de Transição Vítrea T m Temperatura de Fusão Cristalina

11 SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO PROPRIEDADES DO PEUAPM INTRODUÇÃO CARACTERÍSTICAS DO PEUAPM RESISTÊNCIA AO IMPACTO RESISTÊNCIA À ABRASÃO COEFICIENTE DE FRICÇÃO RESISTÊNCIA QUÍMICA PEUAPM VERSUS OUTROS PLÁSTICOS DE ENGENHARIA APLICAÇÕES DIVERSAS DO PEUAPM BENEFÍCIOS AMBIENTAIS CONSIDERAÇÕES FINAIS REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS... 30

12 Capítulo 1 Introdução INTRODUÇÃO As poliolefinas estão entre os polímeros mais importantes em termos de produção mundial. A família das poliolefinas apresenta ampla variedade de estruturas, propriedades e aplicações. Cada componente individual desta família gera uma grande quantidade de polímeros tendo mais destaque dentro da família o grupo dos polietilenos (PE) e polipropilenos (PP) (QUENTAL e FELISBERT, 2000). O Polietileno é o terceiro plástico mais produzido no mundo por ser um polímero muito versátil devido a sua baixa densidade, boa processabilidade e baixo custo. É um polímero parcialmente cristalino, flexível, cujas propriedades são acentuadamente influenciadas pela quantidade relativa das fases amorfa e cristalina. No entanto, o seu uso é restrito por causa de vários inconvenientes, inclusive baixa resistência a tração e também baixa resistência ao calor (KOUNTOU e NIAOINAKIS, 2006). Este trabalho apresenta a importância da substituição de alguns materiais que possuem curto tempo de utilização por materiais mais baratos, com maior tempo de vida útil e de fácil reciclabilidade, de forma que proporcione a redução dos impactos ambientais provocados com os resíduos gerados devido à frequente substituição de peças confeccionadas com materiais de qualidade inferior. Diante do contexto apresentado esse trabalho traz uma revisão bibliográfica que tem como objetivo apresentar as características do Polietileno de Ultra Alto Peso Molecular (PEUAPM), suas propriedades e principais aplicações, visando mostrar algumas das possíveis áreas de aplicação desse polímero, assim como sua aplicação em substituição de outros materiais de forma que seja possível a redução de custos, resíduos e dos impactos ambientais devido a sua utilização ou seu processo produtivo. O segundo capítulo descreve esse estudo bibliográfico com os fundamentos das propriedades de interesse, apontando os principais fatores que alteram essas propriedades, assim como as aplicações do PEUAPM e também os benefícios ambientais da utilização desse polímero em substituição a outros materiais de engenharia.

13 Capítulo 1 Introdução 13 E por fim têm-se as referências bibliográficas utilizadas para o desenvolvimento deste trabalho.

14 Capítulo 2 Propriedades do PEUAPM PROPRIEDADES DO PEUAPM 2.1. Introdução Os polímeros são compostos orgânicos com estruturas moleculares muito grandes, constituídas principalmente, por átomos de carbono e de hidrogênio. Possuem aplicações em uma variada gama de situações, desde as bastante simples, como em embalagens, até as altamente sofisticadas, como na área biomédica, passando por diversos outros campos, industriais e/ou comerciais, com baixa ou elevada tecnologia. O Polietileno (PE) é um termoplástico abundante, barato que possui uma excelente resistência química e elétrica, baixo coeficiente de fricção, alta resistência à umidade, além de fácil processamento. A faixa de trabalho para processamento desta resina varia de 40 ºC a 93 ºC. O PE é um polímero semicristalino, pois em sua estrutura molecular têm-se regiões tanto amorfas (desordenadas) quanto cristalinas (ordenadas) (ISLABÃO, 2005). O PE está disponível em uma larga variedade de tipos e de faixa de propriedades, tais como densidade (d), massa molar (MM), distribuição de massa molar (DMM), entre outras. A MM, o tipo de cadeia e o comportamento mecânico de um polímero são características importantes do mesmo e influenciam a sua conformação, que depende, também, da linearidade, ramificação e reticulação das cadeias presentes nos diversos tipos de polímeros. Os PE s classificam-se em famílias de polímeros podendo ser: polietileno de baixa densidade linear (PEBDL) (0,900 < d < 0,915), polietileno de baixa densidade (PEBD) (0,910 < d < 0,925), polietileno linear de média densidade (PELMD) (0,926 < d < 0,940), polietileno de alta densidade (PEAD) (0,941 < d < 0,959) e polietileno de ultra alto peso molecular (PEUAPM) (d 0,930). Cada um desses tipos apresenta suas características especificas como morfologia, flexibilidade, transparência, resistência ao impacto entre outras (RUBIN, 1990). Algumas outras propriedades dos PE s podem ser observadas na Tabela 1:

15 Capítulo 2 Propriedades do PEUAPM 15 Tabela 1: Algumas propriedades de diferentes tipos de Polietileno Fonte: Adaptado de Ferreira, (2007). O Polietileno linear possui normalmente massas molares numa faixa de g mol -1 a g mol -1, mas pode ser maior. No caso do PEAUPM, que é um polímero linear de alta densidade este possui uma massa molar de três a oito milhões g.mol -1 (DOMINIGHAUS, 1993). O PEAUPM é definido pela ASTM D (ASTM D 256, 2000) como aquele que tem viscosidade relativa no mínimo igual a 2,3, usando uma solução de decahidronaftaleno de concentração igual a 0,05% a temperatura de 135 ºC e apresenta cristalinidade em torno de 45% a 50%. É um polímero semicristalino que por difração da luz visível sobre a lamela à temperatura ambiente, apresenta-se branco, com aparência opaca. Porém à temperatura acima da temperatura de fusão (T m 133 ºC), apresenta-se translúcido. A polimerização do eteno ocorre em processos à baixa pressão utilizando catalisador Ziegler-Natta na presença de haletos metálicos e compostos alquilalumínio. Esta rota permite que sejam produzidas cadeias com até doze milhões de grama mol, isto é, aproximadamente quinze vezes maiores que as cadeias de PEAD. Ao fim do processo é adicionado estearato de cálcio, evitando-se assim a aglomeração dos grânulos de resina, geralmente comercializada em forma de pó. O PEUAPM pode ser empregado em uma ampla gama de aplicações industriais desde que a temperatura de trabalho não exceda a 80 ºC. As características de resistência à abrasão, ao impacto e a produtos químicos, baixo coeficiente de atrito, absorção de ruídos tornam o PEUAPM particularmente adequado para diversas aplicações na área biomédica, na mineração, nas indústrias química, alimentícia, têxtil e de bebidas. Por ser biocompatível e apresentar boa resistência química e qualidade mecânica, o

16 Capítulo 2 Propriedades do PEUAPM 16 PEUAPM tem sido usado em aplicações médicas, em especial, próteses ortopédicas de juntas totais ou parciais, com resultados clínicos satisfatórios (FERREIRA, 2007) Características do PEUAPM A variação da densidade é resultante da estrutura cristalina, a qual afeta as propriedades mecânicas, térmicas e químicas. Desta forma reduzindose a cristalinidade do PE, reduz-se a densidade, ocorre o aumento da resistência ao impacto, fluência a frio, resistência ao stress cracking entre outras, contundo diminui a dureza, contração e resistência química. Para a determinação do tipo de processamento e das propriedades do produto final três características básicas dos PE s devem ser levadas em consideração: densidade, índice de fluidez (IF) e massa molar (MM). A influência destes parâmetros sobre algumas propriedades mecânicas pode ser observada na Tabela 2. Tabela 2: Influência do aumento da densidade, do índice de fluidez e da massa molar nos PE s Fonte: ISLABÃO, (2005). As resinas de PEUAPM são consideradas polímeros de engenharia devido as suas propriedades diferenciadas e são amplamente utilizadas em aplicações como placas de revestimento, componentes de equipamentos que trabalham com líquidos corrosivos, revestimentos de pisos esportivos, blindagens balísticas, componentes biomédicos etc. Na área biomédica é empregado como um biomaterial na fabricação, principalmente, de

17 Capítulo 2 Propriedades do PEUAPM 17 componentes de implantes ortopédicos. Apresentam também propriedades atrativas como alta resistência ao impacto, baixo coeficiente de atrito e alta resistência a abrasão, alta resistência química e ao stress cracking, alta absorção de ruído, além de atenderem as normas sanitárias para contato com alimentos (POLIETILENO, 2010). Algumas propriedades do PEUAPM em relação aos outros polietilenos podem ser comparadas na Tabela 3, onde é possível confirmar a melhor aplicação do PEUAPM em substituição aos polietilenos convencionais. Tabela 3: Comparação das propriedades do PEUAPM em relação aos demais PE s e outros Fonte: Coutinho e outros, (2003). Através da Tabela 3 pode-se observar que a longa cadeia molecular, e alta densidade e a ausência de ramificações conferem ao PEUAPM propriedades, tais com: resistência à abrasão, boa resistência à corrosão, alta resistência à fadiga cíclica, alta resistência à fratura por impacto, alta resistência ao tenso-fissuramento, alta resistência química, alta dureza e baixo coeficiente de atrito em relação aos outros tipos de PE s.

18 Capítulo 2 Propriedades do PEUAPM Resistência ao Impacto A resistência ao impacto é uma das propriedades mais requisitadas para a especificação do comportamento mecânico dos polímeros. Isto ocorre devido ao fato de que durante seu emprego os polímeros muitas vezes são submetidos a solicitações mecânicas de impacto, aplicadas em tempos muito curtos, ou seja, de forma repentina e brusca. A resistência ao impacto depende de um número significativo de variáveis, dentre elas a temperatura do ensaio, a velocidade de impacto durante o teste, a sensibilidade a entalhes padronizados, a força com que o corpo de prova sofre o impacto, a geometria, as condições de fabricação desses corpos de prova e as condições ambientais do ensaio. O principal parâmetro para quantificar a resistência ao impacto é a energia de impacto. Métodos de ensaio utilizam o principio da absorção de energia a partir de uma energia potencial de um pêndulo ou da queda de peso sobre a amostra. Vários modos de impacto podem ser utilizados: teste de impacto IZOD ou CHARPY; teste de impacto por queda livre de dardo, e teste de impacto sob tração. No primeiro caso, a amostra é entalhada e submetida ao impacto de um pêndulo. A queda de dardo usa a amostra na forma de placas e um peso ajustável é deixado cair sobre elas de uma altura fixa. O peso que quebrar 50% dos corpos de prova pode ser considerado como a resistência ao impacto. O teste de impacto sob tração faz com que o pêndulo deforme a amostra como se fosse um ensaio de tração a elevadas velocidades (CANEVAROLO JR, 2002). Devido à elevada resistência ao impacto o PEUAPM é um bom substituto para materiais que são submetidos a atividades com impactos repentinos, golpes fortes, freqüentes ou constantes. Os materiais mais tradicionais se agridem, ou simplesmente apresentam fadiga. O PEUAPM é o único plástico de engenharia que, quanto mais se golpeia, fica mais duro (ROSARIO, 2006). Na Figura 1 pode-se observar a comparação do PEAUPM e outros plásticos de engenharia em relação à resistência ao teste de impacto IZOD.

19 Capítulo 2 Propriedades do PEUAPM 19 PEAUPM Figura 1: Resistência ao Impacto IZOD (ASTM D 256): PEUAPM em relação aos outros materiais (Fonte: HAPER, CHARLES A. Modern Plastics Handbook, (1999)). A principal aplicação do PEUAPM devido à sua elevada resistência ao impacto é como chapa na parte superior dos feixes de mola das carretas para reduzir o impacto devido aos terrenos irregulares das estradas, e ao absorver os impactos o PEUAPM ajuda a prolongar a vida útil de todo o conjunto da suspensão Resistência à Abrasão Abrasão pode ser definida como a operação de remoção de partículas de um material pelo seu atrito com outro material, que deverá ser, quase sempre, mais duro do que o primeiro. As ferramentas utilizadas neste processo de abrasão são: óxido de alumínio, carbeto de silício e óxido de alumínio e zircônio. Os grãos abrasivos, no processo de abrasão, realizam a remoção de material da peça em trabalho, mas se desgastam durante o trabalho e perdem a sua capacidade de remoção. A principal consequência da abrasão é o desgaste que, de uma forma geral, pode ser definido como sendo a degradação superficial de um material submetido à uma força de atrito, levando à perda não desejada e à geração de partículas (ABNT- MB3379). O desgaste de um componente é governado por três leis fundamentais: a) o aumento de carga normal sobre o mesmo aumenta o volume desgastado; b) o aumento da distância de deslizamento aumenta o desgaste; e

20 Capítulo 2 Propriedades do PEUAPM 20 c) a maior dureza do componente reduz o seu desgaste. A resistência ao desgaste por abrasão é uma propriedade marcante do PEUAPM. Isto faz com que o mesmo seja adequado para substituir metais em aplicações que exijam uma alta resistência à abrasão, além disso, as peças de PEUAPM são mais leves do que as peças de metal (POLIETILENO, 2010). Como discutido anteriormente a resistência ao desgaste por abrasão faz com que o PEUAPM seja adequado para substituir metais em aplicações que exijam uma alta resistência à abrasão, tornando suas peças mais leves quando comparado com as peças construídas de metal (POLIETILENO, 2010). A Figura 2 compara o PEAUPM com outros materiais usados em aplicações de alta abrasão, nas indústrias em geral. PEUAPM Figura 2: Abrasão Relativa dos diferentes tipos de materiais em relação ao PEUAPM (Fonte: POLIETILENO, (2010)). Os materiais foram testados e avaliados pelo método de cimento e areia da Braskem S. A.. Analogamente o desgaste por abrasão do PEUAPM pode ser observado na Figura 3 em comparação com outros materiais de engenharia.

21 Capítulo 2 Propriedades do PEUAPM 21 Figura 3: Desgaste por Abrasão do PEAUPM versus outros materiais (Fonte: Braskem S.A., (2008)). E devido a sua alta resistência a abrasão ou ao seu baixo desgaste por abrasão o PEUAPM pode ser utilizado como revestimento de calhas, bicas, mesas de frigoríficos, tubulações, revestimentos de equipamentos, silos, contêineres, extrator de pedra para pneus (Figura 4) entre outros equipamentos. Figura 4: Extrator de Pedra de PEUAPM (Fonte: Agrax Com. e Serv. de Peças e Plásticos Ltda. (2009)). O PEUAPM é bastante utilizado para confecção de guias de corrente, sobretudo onde a lubrificação é insuficiente, ou quando o lubrificante pode contaminar os produtos manufaturados (alimentos, bebidas, tecidos, papéis, etc.), ou em casos em que a lubrificação é difícil devido a longos trechos ou quando o acesso é difícil. Além disso, outras propriedades como: resistência

22 Capítulo 2 Propriedades do PEUAPM 22 química, resistência ao impacto, redução de vibrações e ruídos, fazem do PEUAPM um material ideal para a confecção dessas guias. Na Indústria de Bebidas e Cerâmica tem-se aproximadamente 200 diferentes tipos de perfis guia de PEUAPM, guias laterais de PEUAPM, guias de tombo em PEUAPM e guias de correias feitas em PEUAPM. Sem falar que PEUAPM inibe a proliferação de bactérias (VEDAPAR, 2010). As aplicações deste material na área biomédica em próteses cirúrgicas sejam elas ortopédicas ou odontológicas estão sendo intensamente estudadas devido as suas excelentes propriedades de resistência ao desgaste. Este polímero cumpre com as regulamentações da FDA (Food and Drug Administration), para ser usado em processo de produtos alimentícios e farmacêuticos Coeficiente de Fricção O baixo coeficiente de fricção do PEUAPM se aproxima do teflon, sua superfície limpa e auto lubrificada permite que partes móveis como bandas de cadeias se movam facilmente prevenindo contra o desgaste prematuro ou tendo que agregar tensão excessiva sobre componente de muito valor. As superfícies recobertas de PEUAPM permitem o deslisamento suave e livre de materiais em pó ou aglomerados (ROSÁRIO, 2006). Devido ao seu baixo coeficiente de fricção o PEUAPM possui diversas aplicações onde é necessário o deslizamento, pois apresenta propriedades autolubrificantes. Na área biomédica o PEUAPM é empregado como um biomaterial na fabricação, principalmente, de componentes de implantes ortopédicos (EDIDIN e outros, 2000). Na mineração, nas indústrias química, alimentícia, têxtil e de bebidas, sendo que a temperatura de trabalho contínuo não deve ser superior a 80 ºC (Braskem S. A., 2010). O baixo coeficiente de fricção do PEUAPM se aproxima do teflon (PTFE) e sua comparação com outros termoplásticos de engenharia assim como com o teflon pode ser observado na Figura 5, sua superfície limpa e auto lubrificada permite que partes móveis se movam facilmente prevenido o desgaste prematuro das peças.

23 Capítulo 2 Propriedades do PEUAPM 23 Figura 5: Coeficiente de Fricção de diversos polímeros (Fonte: Braskem S.A., (2008)). As superfícies recobertas com PEUAPM, mesmo sem a presença de aditivos, permitem o deslizamento suave e livre dos materiais por esta razão esta é uma solução eficiente, em termos de custo e desempenho para aplicações de deslizamento. O recobrimento com este material também evita que se maltratem ou raiem objetos como vasilhames e outras embalagens. Outras aplicações do PEUAPM devido ao seu baixo coeficiente de atrito são: Transporte de materiais por correias transportadoras são amplamente utilizado na indústria de mineração, pois são mais leves que o aço, trabalha mais de 6000 horas, não há necessidade de lubrificação, não sofrem corrosão, visto que os roletes tradicionais necessitam de manutenção e lubrificação frequente (Braskem S. A., 2008); Confecção de guias e perfis de deslizamento de PEUAPM, material de alto desempenho e longa vida útil, possuindo excelente resistência ao desgaste, baixo coeficiente de atrito, auto lubrificação, propiciando uma excelente relação custo benefício em relação a outros tipos de PE s.

24 Capítulo 2 Propriedades do PEUAPM Resistência Química Devido a sua natureza não polar, os PE s possuem alta estabilidade a agentes químicos e outros meios, sendo resistentes a soluções aquosas de sais, ácidos inorgânicos (exceto aos agentes oxidantes fortes, como os ácidos nítrico e sulfúrico fumegante) e álcalis. Até 60 C, os PE s são estáveis a muitos solventes. Estas informações foram obtidas através de testes práticos, nos quais corpos-de-prova de PE moldados por compressão são imersos na respectiva substância pura durante 60 dias, na ausência de esforços mecânicos, sendo controladas as propriedades de tração (Braskem S. A., 2010). O PEUAPM é extremamente resistente a uma ampla gama de produtos químicos. O material é quase totalmente inerte, o que faz com que o mesmo seja indicado para uso em praticamente todos os tipos de ambientes agressivos ou corrosivos a temperaturas moderadas. Mesmo a temperaturas elevadas ele resiste a vários tipos de solvente, exceto os aromáticos, os hidrocarbonetos halogenados e os oxidantes fortes, como por exemplo, o ácido nítrico. Alguns testes de compatibilidade entre uma amostra do produto e o ambiente químico são fortemente recomendados para verificar o desempenho satisfatório da peça, nas mesmas condições, por um período igual ao da vida útil pretendida, a cada nova aplicação. Mesmo substâncias classificadas com ataque ou absorção acentuados frequentemente mostram bons resultados práticos (POLIETILENO, 2010). O PEUAPM possui uma boa resistência a uma ampla gama de produtos químicos (ácidos, álcalis, solventes, combustíveis, detergentes e oxidantes) e não absorve umidade. Esse polímero é quase totalmente inerte, desta forma este material pode ser indicado para uso em praticamente todos os tipos de ambientes agressivos ou corrosivos sob temperaturas moderadas. Mesmo em temperaturas elevadas, só é atacado por solventes aromáticos ou halogenados e por oxidantes fortes, como ácido nítrico (COUTINHO e outros, 2003). Assim como a maioria dos polímeros sintéticos, o PEUAPM também é sujeito a reações de degradação induzida por radiação ultravioleta e oxigênio. O material degradado mostra alterações no aspecto visual, aumento da

25 Capítulo 2 Propriedades do PEUAPM 25 densidade, e redução da resistência à abrasão, da resistência ao impacto e das propriedades de tração. Na Tabela 4 pode observar a perda de massa e a aparência de peças de teste de 0,40 x 1 x 2 polegadas, após a imersão em reagentes sob determinadas condições. Tabela 4: Perda de massa e aparência do PEUAPM a 22 ºC e 60 ºC em diferentes reagentes. Fonte: Rosário, (2006). A perda de massa de diversos tipos de polietilenos e do PEAUPM assim e sua aparência após o teste após a imersão em outros reagentes

26 Capítulo 2 Propriedades do PEUAPM 26 podem ser encontrado em materiais publicados pela literatura técnica da Braskem S. A. (2008) e também no site da empresa DayBrasil (acesso em 27 de abril de 2011). Devido a esta excelente propriedade o PEUAPM possui diversas aplicações, como por exemplo: É comumente aplicado em ambientes cáusticos, água salgada, limpezas a vapor, entre outros; Rotores e carcaças de Bombas devido à resistência química e a abrasão. É usado como roscas e estrelas na área de envasamento, guias, buchas, rolamentos, cilindros anti-aderentes, placa formadora de hambúrguer PEUAPM versus outros Plásticos de Engenharia O PEUAPM é um material de engenharia de excelentes propriedades que o qualifica a ser empregado nas mais diversas operações onde são exigidos materiais de elevado desempenho. A comparação de algumas das propriedades do PEUAPM e outros plásticos de engenharia podem ser observadas na Tabela 5. Tabela 5: Comparação das propriedades do PEUAPM em relação aos outros plásticos de engenharia Fonte: Braskem S.A., (2008).

27 Capítulo 2 Propriedades do PEUAPM 27 Por esta razão, a utilização do PEUAPM está crescendo de maneira bastante acentuada sendo que, nos últimos anos houve um crescimento de mais de 600% em sua utilização em vários ramos industriais, pois o mesmo apresenta uma versatilidade muito grande de aplicações. De acordo com as propriedades do PEUAPM em relação aos outros polímeros indicadas na Tabela 5 tem-se o crescimento de sua utilização para confecções de peças de maquinários como mancais, roletes, roldana, arruelas de encosto, engrenagens, batentes, guias, válvulas, gaxetas, raspadores, bicos de enchimento e de jateamento, misturadores e uma infinidade de outras mais (ROSÁRIO, 2006). Na Tabela 5 pode-se observar outras propriedades do PEUAPM como, por exemplo, tensão de escoamento, temperatura de operação, alongamento de ruptura, absorção de água propriedades estas que ampliam as pesquisas em busca de novas formas de utilização deste material, visando à substituição de outros plásticos de engenharia ou até mesmo a substituição de outros materiais Aplicações Diversas do PEUAPM O PEUAPM é produzido por três fabricantes no mundo, sendo um brasileiro, a Braskem S. A.. Este polímero é utilizado para confecção de material de proteção balística, sendo processado na forma de tecido e mantas, aplicados na confecção de Equipamento de Proteção Individual (EPI s), e até mesmo coletes a prova de bala. A demanda mundial de tecido balístico é muito grande. No Brasil, atualmente são vendidos cerca de coletes/ano. A Braskem S. A. produz vários grades do PEUAPM e suas aplicações decorrem do tipo de propriedade que é demandada por cada tipo de processo. Como por exemplo, na fabricação de peças porosas, chapas processadas por moldagem por compressão que suas aplicações requerem alta resistência ao impacto deve-se utilizar o UTEC 5040, quando suas aplicações requerem alta resistência ao impacto e a utilização de pigmentos e/ou aditivos deve-se utilizar o UTEC 5041, quando suas aplicações requerem boa combinação entre alta resistência ao impacto e resistência ao desgaste por abrasão deve-se utilizar o UTEC 6540, e quando suas aplicações requerem boa combinação entre alta resistência ao impacto, resistência ao desgaste por abrasão e a utilização de

28 Capítulo 2 Propriedades do PEUAPM 28 pigmentos e/ou aditivos deve-se utilizar o UTEC 6541, logo o tipo do polímero a ser empregado depende das propriedades que são exigidas em cada aplicação. (Braskem S. A., 2010) Uma avaliação que vem sendo realizada é a exposição do PEUAPM quando o mesmo é submetido a doses de radiação. O escurecimento de corpos-de-prova quando submetido a diferentes doses de radiação deve-se, principalmente, a oxidação do PEUAPM durante a irradiação devido ao fato de que as irradiações são realizadas em presença de oxigênio, indicando que houve a degradação do polímero quando submetido a radiação (BARRON E BIRKINSHAW, 2009). Devido a sua baixa temperatura de transição vítrea (T g ) que é próximo de 160 ºC, o emprego do PEAUPM em aplicações a baixas temperaturas sem que haja prejuízos em suas propriedades mecânicas (SUZUKI, 2009). Diante de todas essas melhorias de propriedades do PEUAPM em relação aos outros polímeros de engenharia este material pode ser utilizado submergido em água (plantas de tratamentos de águas, processos químicos, entre outros), como também a temperaturas de aplicação de 30 º C Benefícios Ambientais Segundo Rosário (2006), a substituição de alguns materiais de engenharia pelo PEUAPM além de aumentar a relação custo x benefício devido à eliminação da necessidade de manutenção e também do maior tempo de vida útil do material, a sua utilização traz alguns benefícios ambientais como: A eliminação do uso de graxas para lubrificação que é necessário em sistemas de aço, bronze, cobre ou latão; O PEUAPM é um material que pode ser totalmente reciclado o crescimento da utilização deste polímero na confecção de peças para maquinários gera um grande desperdício. No momento, o material descartado é transformado em matéria-prima, reintegrandoo ao processo produtivo. Com isto tem-se o reaproveitamento do material que, além da recuperação da matéria-prima diminui as quantidades a serem encaminhadas aos aterros ou lixões

29 Capítulo 2 Propriedades do PEUAPM 29 minimizando os impactos, deste material descartado, no meio ambiente; A reciclagem do PEUAPM pode ser realizada pelo método de fundição, ou seja, o material é moído, depois prensado para se obter placas e por usinagem os corpos-de-prova são retirados. Portanto, não ocorre uma fusão intermolecular robusta, motivo pelo qual existem perdas, por exemplo, nas propriedades de tração; Este polímero é fácil de usinar, porque se reduz os tempos ociosos por reposição de partes do equipamento ao ser usinado. Desta forma seu trabalho é tão fácil como a madeira, logo podendo ser feita essa substituição reduzindo o emprego da madeira e consequentemente o desmatamento; Por suas características de absorver impacto o PEUAPM torna o maquinário mais silencioso, e reduzindo a poluição sonora dentro de uma unidade industrial e proporcionando um maior conforto aos funcionários durante sua jornada de trabalho Considerações Finais A literatura especializada mostra diversos estudos para a aplicação do PEUAPM, pois este material é de interesse de diversos tipos de vários segmentos, como por exemplo, industrial, oftalmológico, ortopédico e odontológico. Neste trabalho foi realizado uma pesquisa e seleção de artigos, dissertações e teses de forma a construir um material compacto e acessível necessário para a utilização do PEUAPM de acordo com os testes que foram realizados por pesquisadores para cada uma das propriedades estudadas. Desta forma contribuindo para o aumento da aplicabilidade do material, em diversos ramos de atividades. O estudo das propriedades do PEUAPM é de grande importância, pois faz com que esse material substitua diversos materiais de engenharia em atividades que exijam materiais com elevadas resistência abrasão, baixo coeficiente de atrito elevada resistência química e ao impacto dentre outras.

30 Capítulo 2 Propriedades do PEUAPM 30 De acordo com a extensa aplicação desse material se faz necessário aprofundamento dos estudos para sua reciclagem, pois esta ainda é complexa, devido a não utilização de métodos convencionais.

31 Referências Bibliográficas 30 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNTMB 3379) Materiais Inorgânicos Determinação do desgaste por abrasão Método de ensaio, ABNT NBR 12042: AGRAX Comércio e Serviços de Peças e Plásticos Ltda. Disponível em: Acesso em 28 de abril de ASTM D 256, Standard test methods for determinig the IZOD pedulum impact of plastics, AUTROTRAVI BORRACHAS E PLÁSTICOS LTDA. Aplicações do PE-ULTRA. Disponível em: Acesso em 28 de abril de BARRON, D., e BIRKINSHAW, C. On the morphology of some irradiated ultra high molecular polyethylenes. Polymer Degradation and Stability, v. 94, p , Braskem S. A., Propriedades Gerais (2008). Disponível em: Acesso em 28 de abril de Braskem S. A., Literatura Técnica: Resistência Química do Polietileno. Junho, CANEVAROLO JR, S. V. - Ciência dos Polímeros: Um texto básico para tecnólogos e engenheiros, Artliber Editora Ltda., (2002). COUTINHO, F. M. B., MELLO, I. L., SANTA MARIA, L. C., Polietileno: Principais tipos propriedades e aplicações, Polímeros: Ciência e Tecnologia, v. 13, nº 1, p. 1-13, DAY BRASIL, Boletins Técnicos Disponível em: Acesso em 28 de abril de 2011.

32 Referências Bibliográficas 31 DOMINIGHAUS, H. Plastics for Engineers: materials, properties, aplications, Minich, Vienna, NY, Barcelona: Hanser Publishers, EDIDIN, A. A., JEWETT, C. W., KALINOWSKI, A., KWARTENG K., KURTZ, S. M. Degradation of mechanical behavior in UHMWPE after natural and accelerated aging, Biomaterials, v. 21, p , FERREIRA, Flavio Cid Muniz. Comportamento sob abrasão em polietileno de ultra-alto peso molecular (UHMWPE) irradiado, 2007, 137 f. Dissertação (Mestrado), Instituto Militar de Engenharia, Rio de Janeiro. ISLABÃO, Genizia Islabão de. Blendas de Polietileno de Ultra Alto Peso Molar (PEUAPM) com Polietileno Linear de Média Densidade (PELMD) para Rotomoldagem f. Dissertação (Mestrado) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre. KOUNTOU, E., NIAOINAKIS, M.- Thermo-mecanical properties of LLPDE/SiO 2 nanocomposites, Polymer v. 47, p , POLIETILENO. Disponível em: s/pdf_catalogos/utec.pdf. Acesso em 08 de novembro de QUENTAL, A. C., FELISBERT, M. I. Blendas de polietileno linear de baixa densidade e poli(propeno co-eteno-co-1-buteno), In: XIV Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais, 14., 2000, São Pedro SP. Anais... p RUBIN, I. I. Handbook of Plastics Materials and Technology, New York, Ed. Jonh Wiley & Sons Inc., (1990). ROSÁRIO, Salmo Cordeiro. Estudo do Efeito da Radiação Ionizante por Feixe de Elétrons sobre o Polietileno de Ultra Alto Peso Molecular Virgem e Reciclado Industrial. 2006, 62 f. Dissertação (Mestrado), Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - USP, São Paulo. SUZUKI, Katia Cellise. Investigação do uso de polietileno de ultra alto peso molecular como matriz em compósitos reforçados com fibras de

33 Referências Bibliográficas 32 vidro. 2009, 35 f. Trabalho de Conclusão de Curso de Engenharia de Materiais, Universidade Federal do Rio Grande do Sul UFRGS, Porto Alegre. Vedapar Vedações Paraná Ltda. Disponível em: Acesso em 26 de novembro de HARPER, Charles A. Modern Plastics Handbook. New York, Mc-Graw- Hill, 1999.

34 UFBA UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA ESCOLA POLITÉCNICA PROGRAMA DE PÓS GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA INDUSTRIAL - PEI Rua Aristides Novis, 02, 6º andar, Federação, Salvador BA CEP: Telefone: (71) pei@ufba.br Home page: