Post on 29-Jun-2015
Professora: Natália Magalhães Ganga
Bibliografia :
Aditivação de polímeros - Autor: Marcelo Rabello
INTRODUÇÃO
• Os polímeros vem substituindo rapidamente materiais tradicionais como vidro, metais, madeira nos mais variados campos de aplicação.
• A síntese de novos polímeros com estrutura química diferenciada e a modificação dos polímeros já existentes, ampliaram muito a faixa de aplicação dos materiais poliméricos.
• Os aditivos tanto podem ser orgânicos ou inorgânicos bem como líquidos, sólidos ou borrachosos e são geralmente adicionados aos polímeros (não sempre) em pequenas quantidades e com as mais diversas finalidades.
INTRODUÇÃO
INTRODUÇÃO
Os aditivos devem atender aos seguintes requisitos :
• Eficientes em sua função: Quanto menor a quantidade necessária para que o aditivo confira às propriedades necessárias, melhor.
INTRODUÇÃO
• Estáveis nas condições de processamento: Os polímeros normalmente são processados em temperaturas elevadas, o que pode provocar decomposição térmica dos aditivos sensíveis.
INTRODUÇÃO
• Fácil dispersão: O desempenho do produto diminui muito em composições com dispersão deficiente.
• Estáveis nas condições de serviço: O efeito do tempo pode provocar
alterações químicas ou físicas nos aditivos.
INTRODUÇÃO
• Não migrar: Os aditivos, como são substâncias de baixo PM, podem ter mobilidade acentuada na massa polimérica, difundindo para a superfície do produto.
Esta migração é normalmente indesejável pois o aditivo perde a sua eficiência no interior da peça e provoca efeitos negativos na aparência do material (esbranquiçamento, descoloração, pegajosidade).
INTRODUÇÃO
• Ser atóxicos e não provocar gosto ou odor: Condição especial para quando o material for utilizado em contato com alimentos, medicamentos ou brinquedos.
• Não afetar negativamente as propriedades do polímeros: Condição difícil de ser alcançada se o aditivo for utilizado em quantidades elevadas.
Tipos de aditivos
Pode-se dizer que todos os polímeros comerciais recebem aditivos, seja quando da síntese, durante o processamento ou etapa anterior (etapa de mistura). Os mais comumente utilizados são:
Plastificantes
Estabilizantes
Cargas
Antiestático
Nucleantes
Lubrificante
Pigmentos
Espumante
Retardante de chama
Modificadores de impacto
TIPOS DE ADITIVOS
• Os tipos e as quantidades de aditivos a serem adicionados dependem do polímero, do processo de transformação a ser utilizado e da aplicação a que se destina o produto.
TIPOS DE ADITIVOS
• A adição de determinado aditivo para se atingir certo objetivo pode alterar de forma negativa outras propriedades do polímero ou ainda ter efeito positivo sob vários aspectos. Por exemplo, o negro de fumo além de aumentar a resistência à tração e o módulo elástico das borrachas, ainda confere coloração preta e atua como estabilizante da radiação UV.
TIPOS DE ADITIVOS
Existem 02 razões básicas para a necessidade de se introduzir aditivos na
massa polimérica:
1- Alterar as propriedades do material tornando-o, por exemplo, mais rígido ou mais flexível, ou até mesmo mais barato.
2- Necessidade de conferir estabilidade ao material durante o serviço e/ou durante o processamento.
Classificação dos aditivos
Duas categorias gerais:
Aditivos protetores: Estabilizantes, lubrificantes e antiestáticos
Aditivos modificadores: Plastificante, cargas,
nucleantes, pigmentos, espumantes, retardantes de chamas,
modificadores de impacto
Outra classificação trata os aditivos em 04
categorias:
a) Auxiliares de polimerização:Catalisadores: Alteram a velocidade das reações de polimerização e de reticulação sem serem modificados quimicamente.
Iniciantes: Atuam como fontes de radicais livres para iniciar as reações de polimerização ou reticulação.
• Agentes de reticulação: Conferem estrutura reticulada aos termofixos e elastômeros.
• Outro auxiliares: Como Solventes, emulsificantes
b) Auxiliares de processamento
Lubrificantes: São utilizados para facilitar o processamento. De acordo com a miscibilidade com o polímero pode ser classificado como lubrificantes internos ou externos.
Solventes: Diminuem a viscosidade de resinas termofixos
c) Estabilizantes
• Antioxidantes: Inibem ou reduzem a velocidade de degradação oxidativa durante o uso ou no processamento
• Estabilizantes térmicos: Inibem ou retardam a degradação de polímeros halogenados termicamente sensíveis (PVC).
• Desativadores de metais: Desativam metais presentes como impurezas que catalisam a degradação.
• Estabilizantes de Ultravioleta: Inibem ou retardam a degradação resultante desta radiação, a mais prejudicial para os polímeros.
• Preservativos: Evitam degradação por microorganismos. São os fungicidas e bactericidas.
c) Estabilizantes
d) Modificadores de propriedades
• Antiestáticos: Aceleram a dissipação de cargas elétricas estáticas na superfície do produto.
• Retardantes de chama: Reduzem a combustibilidade dos plásticos. Importantes na indústria automobilística e na construção civil.
d) Modificadores de propriedades
• Pigmentos: Conferem tonalidades de cor e brilho. Podem ser solúveis ou insolúveis no polímero
• Plastificantes:Aumentam a flexibilidade de polímeros. Especialmente importante para o PVC.
d) Modificadores de propriedades
• Cargas: Atuam como reforçantes ou de enchimento, alteram um grande número de propriedades
• Agentes de reticulação: Utilizados para reticular polímeros termoplásticos aumentando a temperatura de uso e a resistência química.
d) Modificadores de propriedades
• Agentes de expansão: produzem plásticos porosos pela liberação de voláteis durante o processamento.Existem os agentes físicos e químicos de expansão.
• Nucleantes: Aplicados em polímeros cristalizáveis, aceleram a velocidade de cristalização e alteram a estrutura cristalina.
TIPOS DE ADITIVOS
• A escolha adequada dos tipos e quantidades de aditivos requer muitos experimentos em laboratório e em campo a fim de se obter as propriedades ótimas.
• O bom senso e fatores econômicos devem ser considerados na escolha do tipo de aditivo que o produto pode precisar.
TIPOS DE ADITIVOS
Por exemplo, na formulação de um composto de PVC para aplicação em assoalho, os aditivos recomendados seriam:
• Plastificantes – Para melhorar a processabilidade e aumentar a resistência ao impacto e a flexibilidade em temperaturas baixas.
TIPOS DE ADITIVOS
• Cargas de enchimento – Para reduzir os custos
• Pigmentos – Para conferir coloração• Agentes antiestáticos – Para
facilitar a remoção do pó• Estabilizantes térmicos – Para evitar
a degradação do PVC durante o processamento
TIPOS DE ADITIVOS
O uso correto de aditivos requer um amplo conhecimento dos seus efeitos no material em questão. Alguns parâmetros devem ser avaliados para evitar a falha prematura do produto:
TIPOS DE ADITIVOS
• A quantidade incorreta do aditivo, especialmente importante no caso dos estabilizantes, plastificantes e cargas.
• Escolha incorreta do aditivo, resultando em ineficiência, migração acentuada ou volatilidade. Ex: Pigmentos que migram de cabides de PP resultam em manchas no tecido.
TIPOS DE ADITIVOS
• Dispersão incompleta ou não uniforme do aditivo. Situação crítica para estabilizantes, onde ocorre degradação localizada, e no caso de cargas ou outros aditivos sólidos que concentrem tensões, resultando em fragilização.
Efeitos adversos
• Ás vezes, a utilização de um determinado tipo de aditivo implica em grandes alterações na formulação devido a efeitos adversos em outras propriedades do material. Ex: A adição de fibra de vidro ao PP pode requerer as seguintes alterações na composição:
Efeitos adversos1- Melhorar a eficiência do sistema antioxidante, já que a preparação de compósitos requer uma etapa extra de mistura , aumentando a história térmica do material e, como conseqüência, a degradação térmica.
2- Adição de lubrificantes, uma vez que a cargas aumentam a viscosidade da massa fundida.
3- Alteração na pigmentação. Normalmente apenas tonalidades escuras são conseguidas em PP reforçado com fibra de vidro.
4- Adição de modificadores de impacto para compensar a perda de ductilidade causada pelas fibras.
CONSUMO DE ADITIVOS
• Os aditivos representam cerca de 20% em peso do plástico colocado no mercado. As cargas representam a maioria do consumo, visto que são utilizados em grandes quantidades e empregados como redutores de custo.
CONSUMO DE ADITIVOS
TIPO CONSUMO (%)
Antiestáticos 0,1
Lubrificantes 1,0
Agentes de Expansão 1,4
Estabilizantes 1,5
Pigmentos 3,9
Antichama 4,6
Plastificantes 16,6
Cargas 70,6
CONSUMO DE ADITIVOS
CONSUMO DE ADITIVOS A indústria de aditivos para polímeros
cresce, em média, 10% ao ano. As indústrias tem investido em inovações
• Melhora no desempenho para resistir às condições severas de processamento e serviço.
• Produção de misturas de aditivos facilitando a incorporação.
• Redução na toxicidade e substituição de produtos químicos que causem impacto ao meio ambiente e aos trabalhadores.
• Melhora na compatibilidade das cargas com o polímero, melhorando seu desempenho e reduzindo custos.
ASPECTOS TOXICOLÓGICOS
• Os aditivos são geralmente substâncias de baixo PM e, em alguns casos, de baixa miscibilidade com os polímeros, acarretando problemas de migração durante o uso dos produtos.
• A migração de aditivos da massa polimérica para o ambiente torna-se perigosa no caso de substâncias com elevada toxicidade.
ASPECTOS TOXICOLÓGICOS
• Indústrias de brinquedos, nas aplicações médicas e na indústria alimentícia, as exigências de não toxicidade são críticas.
• Além do contato do consumidor com o produto polimérico, ocorre também o contato entre funcionários das indústrias de transformação de plásticos e de fabricação de aditivos.
ASPECTOS TOXICOLÓGICOS
• O contato pode ser por via oral, inalação ou absorção através da pele, sendo as duas últimas as formas mais comuns no ambiente industrial.
• A manipulação de aditivos em pó oferece grande risco de inalação pois permanecem em suspensão.
ASPECTOS TOXICOLÓGICOS
• Além das formas de contato, existe também o impacto ambiental gerado pelo descarte dos plásticos após sua utilização. Aditivos com elevada taxa de migração, como antiestáticos, lubrificantes e plastificantes podem provocar efeitos acentuados na contaminação de lençóis freáticos.
• A toxicidade de um aditivo específico geralmente é fornecida pelo fabricante, e sua utilização industrial deve ser aprovada por órgãos governamentais de saúde pública.
ASPECTOS TOXICOLÓGICOS
A migração do aditivo presente em uma massa polimérica depende dos seguintes fatores:
• Tipo de polímero
• Solubilidade e difusividade do aditivo no polímero
• Natureza do ambiente (exemplo, tipo de alimento)
• Tempo
• temperatura
ASPECTOS TOXICOLÓGICOS
• Tempo de contato• Temperatura
• A temperatura acelera muito a taxa de migração. Um produto alimentício pode ser exposto a temperaturas elevadas no interior de um automóvel.
Temperatura
ASPECTOS TOXICOLÓGICOS
• Caso o produto tenha sido projetado para ser aplicado a temperaturas moderadas (20-30ºC), haverá migração excessiva, podendo ocasionar riscos à saúde humana.
• A difusividade do aditivo está associada ao seu tamanho. Óleos lubrificantes e plastificantes aceleram a migração de aditivos ( volume livre), enquanto as cargas e outros componentes sólidos normalmente a reduzem.
TENDÊNCIAS FUTURAS
• Higiene industrial: Procura-se evitar formulações com pós de fácil suspensão e formulações contendo solventes.
• Toxicidade: Aditivos contendo metais pesados e outros elementos tóxicos estão sendo banidos não apenas em aplicações da indústria alimentícia.
• Desempenho: Procuram-se combinações entre vários tipos de aditivos, utilização de aditivos multifuncionais e a aplicação de tratamentos superficiais nos aditivos visando uma melhor interação com o polímero.
• Custo: Aditivos de baixa densidade e alto rendimento são preferidos. A quantidade requerida para a obtenção do objetivo desejado também deve ser avaliada.
• Reciclagem: Por questões econômicas e ambientais, os aditivos que favorecem a reciclagem do polímero serão mais utilizados.
TENDÊNCIAS FUTURAS