Modificação inorgânica de produtos de polietileno soprados por extrusão

No processamento de produtos plásticos ocos, a adição adequada de cargas inorgânicas pode aumentar a rigidez e a dureza dos produtos ou reduzir o custo das matérias-primas.

Primeiro: reduzir o custo do material.

Nos últimos anos, a modificação com cargas nas fábricas chinesas de produtos plásticos ocos tem tido, em geral, nível técnico baixo. O custo do produto cai muito, mas a qualidade também cai bastante e dificilmente atende ao cliente. Isso se deve à falta de estudo aprofundado sobre materiais, produtos e relação custo-desempenho.

Hoje, ainda há muito a explorar na modificação do HDPE com cargas. A maioria dos fabricantes usa masterbatch de carga à base de carbonato de cálcio, misturado em determinada proporção. Como esse masterbatch geralmente usa polietileno de baixo peso molecular como veículo da carga inorgânica, quando a dosagem é alta a resistência do fundido cai muito, prejudicando a qualidade do produto — com queda da resistência ao impacto e espessura de parede irregular —, o que cria problemas técnicos difíceis de resolver na produção. Além disso, o carbonato de cálcio é uma substância amorfa que não contribui para a resistência mecânica do plástico.

Como aumentar a proporção de masterbatch de carga de baixo custo sem alterar demais o desempenho mecânico geral do produto? A solução pode vir dos seguintes pontos.

1. Usar carbonato de cálcio ultrafino como base do masterbatch de carga. Quanto mais fino o pó, melhor sua dispersão no plástico, o que melhora muito as propriedades do material. Porém, com o aumento da finura, o custo do pó também sobe, o que não compensa em produtos cujo objetivo principal é reduzir custos.

2. Ajustar a formulação do material base. Como o masterbatch de carbonato de cálcio recebe muitas ceras de baixo peso molecular como lubrificante, sua temperatura de fusão é mais baixa. Adicioná-lo ao material de extrusão aumenta o índice de fluidez geral, reduzindo a resistência do fundido e gerando espessura de parede irregular no sopro. Nesse caso, o índice de fluidez geral pode ser ajustado alterando o material base: adicionar uma proporção de HDPE de menor índice de fluidez ao material original melhora bastante a situação. Como os preços de matérias-primas de diferentes pesos moleculares não variam muito, isso melhora a qualidade e reduz custos.

3. Além de ajustar a formulação do material base, adicionar uma pequena quantidade de polietileno enxertado ou de copolímero polar de polietileno, como EVA ou EAA. Isso melhora a afinidade do masterbatch de carga e, junto com o item 2, à medida que aumenta a quantidade de polietileno enxertado e de copolímero polar, a resistência do fundido, as propriedades mecânicas e, principalmente, a tenacidade do material melhoram muito.

Melhorar o desempenho

Nos produtos ocos de polietileno, há em geral dois indicadores importantes: o desempenho na queda e a resistência à compressão. O primeiro representa o uso básico do produto oco e depende da tenacidade e da resistência do material; o segundo representa a altura de empilhamento e depende da rigidez do material. A melhoria do desempenho dos produtos ocos de HDPE geralmente parte desses dois aspectos.

1. Aumentar a rigidez do material, ou seja, a resistência à flexão e o módulo, é um uso importante da modificação inorgânica. Em geral, cargas lamelares como mica, talco e nanomontmorilonita melhoram bastante essas propriedades. Como é difícil adicionar o pó diretamente, muitos fabricantes usam masterbatches desses materiais; mas é importante notar que esses masterbatches não podem levar tantas ceras de baixo peso molecular quanto o de carbonato de cálcio, pois isso prejudicaria o produto e poderia reduzir a resistência ao mesmo tempo em que aumenta a rigidez.

2. O aumento da tenacidade vem principalmente da adição de elastômeros como o SBS ou de LDPE ou LLDPE. Porém, o SBS prejudica a resistência química, e o efeito do LDPE e do LLDPE não é muito expressivo. Hoje, um método de tenacificação inorgânica é popular na China: por exemplo, adicionar 4% em massa de nanomontmorilonita n-02 aumenta a tenacidade em cerca de 5%. Também se usa a tecnologia de blenda ternária, que combina tenacificação inorgânica e orgânica, como o masterbatch de nanomontmorilonita n-30, que contém nanomontmorilonita inorgânica e polietileno metaloceno, unindo tenacificação e reforço para melhorar ainda mais o desempenho dos produtos ocos de HDPE.