Principais tipos de aditivos para termoplásticos e suas funções

Principais tipos de aditivos para termoplásticos e suas
funções:
!estabilizantes,
! plastificantes,
!lubrificantes,
!agentes antiestáticos,
!retardantes de chama,
!pigmentos e corantes,
!agentes de expansão e espumantes,
!nucleantes
!modificadores de impacto,
!agentes de reforço.
Prof. Marco-A. De Paoli
Principais tipos de aditivos para termoplásticos e suas
funções:
!plastificantes,
Melhoram a processabilidade e a flexibilidade de
produtos acabados. Reduzem a viscosidade do sistema
aumentando
a
mobilidade
das
macromoléculas.
Provocam um deslocamento da Tg para temperaturas
mais baixas.
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Plastificantes:
A plastificação altera a viscosidade do sistema polimérico
usado, ou seja aumenta a mobilidade das macromoléculas
melhorando a sua processabilidade e dando um produto
mais flexível.
O efeito de plastificação também é detectado pela redução
da temperatura de transição vítrea. Sua concentração na
formulação pode chegar a 10% m/m.
O polímero que aceita maior concentração de plastificante
é o PVC.
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Características que devem ser observadas nos plastificantes:
•Pureza.
•Comportamento no processamento.
•Alta permanência, ou baixa migração.
•Baixa toxicidade.
•Propriedades conferidas ao polímero em função do teor.
•Não alterar a cor do polímero, ausência de cor.
•Estabilidade térmica e à luz.
•Não ser extraível por água.
•Insípidos e inodoros.
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Características
plastificantes:
que
devem
ser
observadas
nos
•Permanência, ou baixa migração.
Depende da volatilidade do aditivo, da sua susceptibilidade
à migração na massa polimérica durante o processamento
e durante o uso da peça (exsudação) e da possibilidade de
extração por solventes (lixiviação).
Propriedades importantes nos plastificantes usados em
embalagens de bebidas não carbonatadas e alimentos:
•Não ser extraível por água ou óleos.
•Insípidos e inodoros.
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Como escolher o plastificante?
1. Tipo de polímero a ser plastificado e seu desempenho.
2. Tipo de produto a ser produzido, propriedades mecânicas
almejadas.
3. Tipo de processamento.
4. Propriedade,
viscosidade,
cor,
odor,
toxicidade,
volatilidade,
temperatura
solubilidade,
de
ebulição,
temperatura de decomposição, estabilidade, resistência a
ataque de microorganismos.
5. Permanência.
6. Cu$to.
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Tipos de plastificantes e propriedade alterada:
Propriedade desejada
Plastificante recomendado
Baixa temp. gelificação
Butil benzil ftlato, butil octil
ftalato
Baixa viscosidade
N-octil e n-decil ftalatos
Alta viscosidade
Butil benzil ftalato, tricresil
ftalato, poli ésteres
Retardamento de chama Fosfatos, parafinas cloradas
Estabilidade, luz e calor
Epoxídicos
Baixa volatilidade
Ftalatos de cadeia longa
Baixa migração
Trimelitatos e poliméricos
Baixa Tg
Adipatos, sebacatos, ftlatos
lineares.
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Tipos de plastificantes : ésteres do ácido ftálico, ftalatos.
Os mais usados e mais baratos.
O
C
OR1
OR
2
C
O
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Tipos de plastificantes : ésteres do ácido ftálico, ftalatos.
Os mais usados e mais baratos.
Característica
Alta massa
molar
Alto número
de
ramificações
Aromaticidade
compatibilidade diminui
aumenta
aumenta
solvência
diminui
aumenta
aumenta
eficiência
variável
diminui
independe
Proprs. em
baixas temps.
independe
diminui
diminui
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Tipos de plastificantes : trimetilatos.
Menos usados, mais caros.
O
C
R3O
OR1
C
C OR2
O
O
Propriedades:
•Baixa volatilidade
•Menor extração com água.
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Tipos de plastificantes: epoxídicos.
Óleos vegetais epoxidados.
O
CH2 CH CH
H3C CH2
CH2
O
C
OR
CH2
8
Óleo de soja epoxidado é usado em PVC, em até 10% em
massa.
•Vantagem: baixo custo, baixa toxicidade e baixa migração.
•Desvantagem: susceptível ao ataque por microorganismos,
biodegradação com perda de propriedades.
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Tipos de plastificantes: poliméricos.
Poliésteres termoplásticos lineares.
O
C
R1 O
O
C
R2
O
n
As massas molares variam de 8.000 a 6.000 e são usados
em combinação com os ftalatos. Quanto maior a Mm,
menor a migração e piores as propriedades à baixas
temperaturas.
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Tipos de plastificantes: poliméricos lineares.
R1
O
O
O
C
C
CH2
n
n
tipo
2
Sucinato
3
Glutarato
4
Adipato
7
Azelato
8
Sebacato
O
R2
Vantagens:
•Baixa viscosidade.
•Alta estabilidade à luz.
Desvantagem:
•Volatilidade elevada.
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Principais tipos de aditivos para termoplásticos e suas
funções:
!estabilizantes,
! plastificantes,
!lubrificantes,
!agentes antiestáticos,
!retardantes de chama,
!pigmentos e corantes,
!agentes de expansão e espumantes,
!nucleantes
!modificadores de impacto,
!agentes de reforço.
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Lubrificantes,
Reduzem a viscosidade da massa polimérica durante o
processamento reduzindo a fricção interna e externa.
Diminuem a aderência do material fundido às paredes
do equipamento e à rosca.
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Lubrificantes:
São aditivos usados para auxiliar o processamento pela
redução da fricção interna e externa. Com isso pode-se
aumentar a produtividade do equipamento com menor
cisalhamento, menor desgaste e menor consumo de
energia, sem usar um polímero de menor massa molar ou
maior MFI.
São muito usados para processar PVC, devido ao mecanismo
de degradação térmica deste polímero.
Geralmente são compostos orgânicos com Tm<150 ºC, no
estado líquido ou na forma de pós e entram na formulação
na concentração de 0,3 a 3,0 % m/m.
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Como escolher o lubrificante?
•Deve reduzir a temperatura de processamento.
•Deve ser estável durante o processamento.
•Não afetar as propriedades mecânicas e elétricas.
•Não prejudicar a estabilidade térmica e/ou fotoquímica.
•Não migrar para a superfície do plástico ou exsudar.
•Ser atóxico.
•Melhorar o brilho e o acabamento superficial.
•Não atuar como plastificante.
•Não provocar turbidez ou opacidade.
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Lubrificantes para PVC, relação entre o tamanho da cadeia
alifática e o efeito no processamento.
O
C
O
R
C O
R
O
R
efeito
CH3
Solvente
C8H17
Plastificante
C18H37
lubrificante
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Lubrificantes internos e externos:
Interno quando o lubrificante é razoavelmente solúvel no
polímero, molécula polar em PVC.
Externo, quando ele atua sobre as partículas de polímero
sem dissolve-lo, cera de polietileno em PVC ou molécula
polar em poliolefinas apolares.
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Tipos de lubrificantes:
tipo
atuação
aplicação
Ácidos graxos
e álcoois
Internos
PVC
Amidas de
ácidos graxos
Interno, com algum efeito
externo, indicados para
alimentos
ABS, PE, PS,
PVC
Ésteres de
ácidos graxos
Internos e externos, baixa
toxicidade, desmoldantes
ABS, PE, PS,
PVC
Estearatos
metálicos
Desmoldantes com ação
estabilizante
PE, PVC
Ceras
parafínicas
Externos ou internos,
desmoldantes
PE, PVC
Poliméricos
Silicones e fluorados,
desmoldantes
PA. PE. PS
Inorgânicos
desmoldantes
PA , PE, PS,
PVC
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Avaliação do lubrificante:
É feita em um medidor de MFI. O aumento da fluidez indica
efeito lubrificante.
Pode ser feita diretamente na extrusora, avaliando o
aumento de produtividade e o tempo e residência do
material na mesma.
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Medidor de MFI: plastômetro DSM.
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Medidor de MFI: plastômetro DSM.
peso
pistão
resistências
polímero
orifício
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Extrusora:
Alimentação
Picotador
Matriz
Aquecimento
Painel de contrôle
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Extrusora:
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Lubrificantes e agentes desmoldantes:
Alguns lubrificantes podem atuar como desmoldantes
internos, ou seja desmoldantes que fazem parte da
formulação. Sua concentração é da ordem de 0,1 % m/m.
Desmoldantes externos são aplicados diretamente na
superfície do molde para facilitar a extração da peça
processada.
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Lubrificantes e agentes desmoldantes:
Processo
Tipo de lubrificante
interno
externo
Extrusão
X
X
Injeção
X
X
Compressão
Calandragem
desmoldante
X
X
X
Termoformagem
X
Extrusão e sopro
X
X
X
Injeção e sopro
X
X
X
Rotomoldagem
X
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!estabilizantes,
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!lubrificantes,
!agentes antiestáticos,
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!nucleantes
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