Palavras-chave : poli(tereftalato de etileno) ; PET ; poli(naftalato de etileno) ; PEN ; blendas poliméricas PET/PEN ; comportamento mecânico.
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- Thomas Bugalho Nobre
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1 Comportamento Mecânico do PET, do PEN e das blendas poliméricas PET/PEN Trombini, R. C., Agnelli, J. A. M., Tafuri, R. M. Departamento de Engenharia de Materiais Universidade Federal de São Carlos prej@iris.ufscar.br Resumo O comportamento mecânico do PET, do PEN e das blendas poliméricas PET/ PEN foi estudado através dos ensaios de tração, de flexão e de impacto. A principal finalidade destes ensaios foi verificar a compatibilidade de tais blendas poliméricas, as quais foram empregadas nas composições 70/30 e 85/15, respectivamente, e passaram por processos de injeção e também por processos de extrusão seguido de injeção. Os ensaios foram todos realizados com corpos-de-prova na temperatura ambiente e constatouse uma melhora no comportamento das blendas poliméricas s com relação ao PET puro, observando-se também que as blendas PET/PEN que passaram por um processo de extrusão seguido por injeção apresentaram comportamento inferior ao das mesmas apenas s. Abstract The mechanical behavior of PET, PEN and of the PET/PEN polymer blends was studied using tensile, flexure and impact tests. The special finality of this tests were of determine the compatibility of this blends, whose were utilized at the PET/PEN compositions: 70/30 and 85/15. The PET/PEN polymer blends were prepared by two process: extrusion following of injection and injection only. All of the tests were realized with samples at the room temperature and found out that the mechanical behavior of the injected polymer blends were better than PET. Found out that the polymer blends that were done by extrusion following injection showed mechanical behavior worst than the same only injected. Palavras-chave : poli(tereftalato de etileno) ; PET ; poli(naftalato de etileno) ; PEN ; blendas poliméricas PET/PEN ; comportamento mecânico. CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA E CIÊNCIA DOS MATERIAIS, 14., 2000, São Pedro - SP. Anais 54101
2 Introdução Atualmente, há um grande interesse no desenvolvimento científico e tecnológico de materiais poliméricos destinados à área de embalagens de alimentos. Particularmente, existe uma especial tendência para as embalagens dos vários segmentos de bebidas, incluindo refrigerantes carbonatados e cervejas, além de água mineral sem e com gás, sucos, molhos, óleos comestíveis, defensivos agrícolas e de outros produtos diversos. Na maioria dos trabalhos, o PET é geralmente citado sem a indicação se o polímero usado é um homopolímero ou um copolímero. Neste segmento de mercado, o PET, especificado industrialmente como PET grau garrafa, normalmente possui viscosidade intrínseca entre 0,78 (para garrafas descartáveis) e 0,84 dl/g (para garrafas retornáveis). [1] O grande interesse no desenvolvimento dos produtos de PET advém de suas propriedades intrínsecas, que favorecem a sua aplicação, substituindo outros materiais, tais como: metais, vidros, alguns termoplásticos de engenharia e termofixos. Nos últimos anos surgiu um novo polímero, o poli(naftalato de etileno), freqüentemente designado como poli(etileno naftalato) PEN, com desempenho superior ao PET, isto é, podendo ser utilizado em aplicações que exigem maiores requisitos técnicos. Entretanto, o PEN apresenta custo elevado. [1] O poli(etileno-2,6-naftaleno dicarboxilato) - PEN é um poliéster aromático, que pode ser transparente, e tem uma estrutura semelhante a do poli(tereftalato de etileno) PET, com a exceção de que o PEN tem anéis naftalênicos em sua cadeia principal no lugar dos anéis benzênicos. Os anéis naftalênicos enrijecem a cadeia (aumentando a Tg do polímero para 123 C) e melhoram as propriedades mecânicas e o comportamento geral do polímero (ver Tabela 1). Tabela 1: Comparação entre o comportamento do PET e do PEN [2]. a ASTM D1434 Propriedade ou Característica PET PEN Temperatura de Transição Vítrea ( C) Temperatura de Fusão ( C) Densidade (g/cm 3 ) Temperatura máxima de uso contínuo (Tg +40) C Permeabilidade ao O 2 (ccmm/m 2 dia atm) a Resistência à Tração (MPa) b Alongamento na ruptura (%) b Módulo em flexão (kg/mm 2 ) Resistência à hidrólise c b ASTM D638 c Tempo para perda de 40% da elongação em água a 130 C CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA E CIÊNCIA DOS MATERIAIS, 14., 2000, São Pedro - SP. Anais 54102
3 Materiais e Métodos Para este estudo foram inicialmente pré-selecionados os seguintes polímeros: PET Eastman, código 9921W: copoliéster fabricado pela Eastman Chemical Company, viscosidade intrínseca (VI) igual a 0,80 dl/g (valor nominal). PEN Eastman, código P14991: homopolímero, fabricado pela Eastman Chemical Company, viscosidade intrínseca (VI) igual a 0,75 dl/g (valor informado pelo fabricante), na literatura é citada que a viscosidade inerente é 0,53 dl/g. [3] Foram preparadas blendas poliméricas em duas composições, como mostrado na Tabela 2. Tabela 2: Proporções de PET e PEN para as respectivas composições das blendas poliméricas. PET (%) PEN (%) Utilizou-se uma extrusora rosca-dupla Werner & Pfleiderer ZSK 30 nas condições iniciais obtidas em um estudo anterior. [4] Os corpos de prova para os ensaios mecânicos foram obtidos através da injeção, sendo empregada uma injetora Arburg 270V e utilizou-se molde na temperatura ambiente. Resultados e Discussão Para o estudo do comportamento mecânico dos materiais poliméricos estudados, utilizou-se os seguintes ensaios: tração, flexão e impacto. a) Ensaios de Tração Os ensaios de tração foram realizados em uma Máquina Universal Instron 5500R, a uma velocidade de 50mm/min, seguindo-se a norma ASTM D638. [5] A Tabela 3 apresenta todos os resultados dos ensaios de tração obtidos neste trabalho. CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA E CIÊNCIA DOS MATERIAIS, 14., 2000, São Pedro - SP. Anais 54103
4 Tabela 3: Resultados obtidos através dos ensaios de tração para o PET, para o PEN e para as blendas poliméricas PET/PEN 70/30 e 85/15. MATERIAL CARGA MÁXIMA (kgf) MÓDULO SECANTE A 1% (MPa) DEFORMAÇÃO NA RUPTURA (%) RESISTÊNCIA À TRAÇÃO (MPa) PET Lote 1 272,8 ± 0,9 1802,3 ± 68,0 36,1 ± 9,3 62,4 ± 0,2 PET Lote 2 273,7 ± 2,0 1804,2 ± 34,4 27,7 ± 14,8 62,6 ± 0,5 PEN 325,9 ± 25,7 1852,8 ± 82,2 13,6 ± 8,3 74,5 ± 5,9 70/30 70/30 extrudada e 85/15 85/15 extrudada e 264,4 ± 10,3 1755,7 ± 48,6 304,9 ± 143,3 60,4 ± 2,4 231,5 ± 18,0 1736,1 ± 32,3 3,8 ± 0,4 52,9 ± 4,1 262,4 ± 1,7 1736,7 ± 46,8 306,4 ± 64,0 60,0 ± 0,4 267,0 ± 16,5 1765,8 ± 26,3 14,0 ± 14,0 61,0 ± 3,8 Através dos resultados da Tabela 3 pôde-se verificar que o PEN foi o polímero que apresentou maior resistência à tração, quando comparado ao PET e às blendas PET/PEN 70/30 e 85/15. Porém, este mesmo polímero apresentou a menor deformação na ruptura, também quando comparado aos demais polímeros. As blendas PET/PEN, 70/30 e 85/15, s apresentaram maiores valores de deformação na ruptura. Já as blendas PET/PEN, 70/30 e 85/15, extrudadas/s apresentaram valores muito pequenos, menores mesmo que os dos polímeros puros. É importante salientar que durante os ensaios de tração, ocorreu um processo de delaminação superficial das blendas, ou seja, as mesmas apresentaram um processo de escorregamento das camadas, e a elongação das mesmas foi muito grande. [6] Houve também um aquecimento na região onde houve a formação do pescoço. b) Ensaios de Flexão Os ensaios de flexão em três pontos (Tabela 4) foram realizadas em uma Máquina Universal Instron 5500, seguindo-se a norma ASTM D 790. [7] CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA E CIÊNCIA DOS MATERIAIS, 14., 2000, São Pedro - SP. Anais 54104
5 Tabela 4: Resultados obtidos através dos ensaios de flexão para o PET, para o PEN e para as blendas poliméricas PET/PEN 70/30 e 85/15. MATERIAL CARGA MÁXIMA (kgf) TENSÃO MÁXIMA (MPa) LARGURA (mm) ESPESSURA (mm) DISTÂNCIA ENTRE APOIOS (mm) PET Lote 2 19,09 ± 0,97 101,63 ± 5,17 13,00 ± 0,05 3,40 ± 0,05 54,40 ± 0,05 PEN 22,48 ± 0,33 122,54 ± 1,79 12,70 ± 0,05 3,40 ± 0,05 54,40 ± 0,05 70/30 70/30 extrudada e 85/15 85/15 extrudada e 21,09 ± 1,20 106,05 ± 6,04 13,00 ± 0,05 3,60 ± 0,05 57,60 ± 0,05 17,04 ± 2,72 90,73 ± 14,50 13,00 ± 0,05 3,40 ± 0,05 54,40 ± 0,05 18,27 ± 0,23 99,60 ± 1,24 12,70 ± 0,05 3,40 ± 0,05 54,40 ± 0,05 18,25 ± 0,31 97,16 ± 1,65 13,00 ± 0,05 3,40 ± 0,05 54,40 ± 0,05 A partir da Tabela 4 pôde-se verificar que o PEN foi o polímero que suportou maior tensão máxima, mas é importante verificar também que os resultados obtidos para as blendas não foram muito satisfatórios, uma vez que estas apresentaram valores de carga e tensão máximas inferiores aos dos polímeros puros. Estes ensaios foram realizados por um método comparativo com a norma ASTM, visto que os corpos-de-prova não estavam nas dimensões especificadas pela respectiva norma. c) Ensaios de Impacto Os ensaios de impacto (Tabela5) foram realizados em uma Máquina de Impacto Ceast, utilizando-se um martelo de 2,75J, na temperatura ambiente, seguindo-se a norma ASTM D256 para o cálculo da Resistência ao Impacto IZOD com entalhe frontal. [8] CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA E CIÊNCIA DOS MATERIAIS, 14., 2000, São Pedro - SP. Anais 54105
6 Tabela 5: Resultados obtidos para o PET, para o PEN e para as blendas poliméricas PET/PEN através dos ensaios de impacto. Material Espessura do corpo de prova (mm) Valor médio da Energia perdida no impacto (J) Valor médio da Resistência ao Impacto Izod com entalhe (J/m) PET Lote 1 3,425 ± 0,005 0,109 31,6 PET Lote 2 3,425 ± 0,005 0,102 29,8 PEN 3,450 ± 0,005 0,087 24,5 70/30 70/30 extrudada e 85/15 3,475 ± 0,005 0,108 31,0 3,450 ± 0,005 0,052 14,9 3,400 ± 0,005 0,106 31,3 85/15 extrudada e 3,500 ± 0,005 0,084 23,4 Conclusões 1. As blendas poliméricas PET/PEN s apresentaram melhores comportamentos comparadas aos polímeros puros, fato este verificado por meio dos ensaios mecânicos de impacto e de tração. 2. As blendas extrudadas/s apresentaram comportamentos inferiores aos das blendas s, fato este que pode estar relacionado ao perfil de rosca da extrusora ser muito cisalhante ou também devido ao tempo de residência no processo ser muito elevado para os respectivos polímeros, tendo provavelmente excedido o nível ótimo de transesterificação para as blendas poliméricas PET/PEN. CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA E CIÊNCIA DOS MATERIAIS, 14., 2000, São Pedro - SP. Anais 54106
7 Bibliografia. [1]. NUNES, E. C. D.; AGNELLI, J. A. M.; ROSSI, R. A. - Poli(etileno naftalato) PEN: Uma Revisão e as Principais Tendências de sua Aplicação Mundial. Polímeros: Ciência e Tecnologia. Abr/Jun, (1998). [2]. SCHEIRS, J.; GARDETTE, J. L. Photo-oxidation and Photolysis of Poly(ethylene naphthalate) Polym. Degrad. and Stability, 56, (1997). [3]. MORIKAWA, J.; HASHIMOTO, T. Study on Thermal Diffusivity of Poly(ethylene terephthalate) and Poly(ethylene naphthalate) Polymer, 38, (21), (1997). [4] NUNES, E. de C. D. Desenvolvimento e caracterização de blendas de polietileno tereftalato PET/polietileno naftalato - PEN Tese de Doutorado, PPG CEM, DEMa UFSCar, São Carlos, [5] ASTM D a: Standard Test Methods Determining the Pendulum Impact of Notched Specimens of Plastics - Annual Book of ASTM Standards, Philadelphia (1993). [6]. CAKMAK, M.; KIM, J. C. Necking Mechanism and its Elimination in Uniaxially Drawn Films of Poly(ethylene naphthalate) (PEN)/Polyetherimide (PEI) Blends J.Appl. Polym. Sci., 65, (1997). [7] ASTM D 790M 93: Standard Test Methods for Flexural Properties of Unreinforced Plastics and Electrical Insulanting Materials [Metric] - Annual Book of ASTM Standards, Philadelphia (1993). [8] ASTM D a: Standard Test Methods for Determining the Pendulum Impact Resistance of Notched Specimens of Plastics - Annual Book of ASTM Standards, Philadelphia (1993). CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA E CIÊNCIA DOS MATERIAIS, 14., 2000, São Pedro - SP. Anais 54107
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