Estudo das propriedades reológicas de PEBDs de diferentes tecnologias alta-pressão

Abstract

Os primeiros polietilenos de baixa densidade (PEBDs) foram produzidos em reatores de alta-pressão de tecnologia autoclave, resultando em materiais com boas propriedades ópticas e facilmente processáveis em injeção, extrusão de filmes plano ou balão e revestimento por extrusão, tanto na forma pura quanto em misturas com polietilenos de baixa densidade linear (PEBDLs). No entanto, as plantas autoclave têm se tornado cada vez mais escassas no mundo, já que novos investimentos têm sido realizados em unidades industriais maiores e mais produtivas de tecnologia tubular. Assim, a compreensão das diferenças físicas, estruturais e principalmente reológicas entre PEBDs destas duas tecnologias é o objetivo principal deste trabalho. Além disso, pretende-se estudar o comportamento reológico destes PEBDs no processo de revestimento por extrusão, que é um dos mais críticos em termos de reologia. Para isso, foram selecionados três PEBDs de tecnologia autoclave (A1, A2 e A3) e um de tecnologia tubular (T1) e foram preparadas misturas de T1 e A1. As amostras foram caracterizadas em relação à densidade, temperaturas de fusão e cristalização e grau de cristalinidade por calorimetria diferencial de varredura (DSC), massas molares médias (Mn, Mw, Mz) e polidispersão (PD) por cromatogradia de permeação de gel (GPC); e com relação ao comportamento reológico, tendo sido avaliadas quanto ao índice de fluidez, reometria rotacional, reometria capilar, resistência do fundido e análise dinâmico-mecânica (DMA). Os resultados indicam que as amostras de PEBDs de tecnologia autoclave avaliadas foram produzidos em condições de reação distintas, cada qual resultando em determinada polidispersão e quantidade de cadeias de alta massa molar, responsáveis pelo aumento da elasticidade e resistência do fundido. O PEBD de tecnologia tubular apresentou menor PD, refletindo em menor grau de elasticidade e pseudoplasticidade. O acréscimo de diferentes teores de A1 (mais ramificado) em T1 (menos ramificado) resultou em uma interessante combinação entre as características reológicas das duas amostras de PEBDs. Finalmente, conclui-se que diferenças significativas de propriedades físicas, térmicas, estruturais e reológicas entre os PEBDs podem influenciar o desempenho de neck-in e draw-down em processamento e também no produto final.

The first low density polyethylenes (LDPEs) were produced in high-pressure reactors and autoclave technology, resulting in materials with good optical properties and easily processed in injection, cast and blown film extrusion and extrusion coating, either pure or blended with linear low density polyethylene (LLDPEs). However, autoclave plants have become increasingly scarce in the world, as new investments have been made in larger and more productive plants based on tubular technology. Thus, understanding the physical, structural and rheological differences between LDPEs of these two technologies is the main objective of this work. Furthermore, this work aims to study the rheological behavior of the LDPEs in the extrusion coating process, which is one of the most critical in terms of rheology. For this purpose, three autoclave LDPEs (A1, A2 and A3) and one tubular LDPE (T1) were selected and some blends were prepared with different proportions of A1 and T1. The samples were characterized with respect to density, melting/crystallization temperatures and degree of cristalinity by differential scanning calorimetry (DSC), average molecular weight distribution (Mn, Mw, Mz) and polydispersity (PD) by gel permeation chromatography (GPC), and also the rheological characterization was performed by assessing melt index, rotational rheometry, capillary rheometry, melt strength and dynamic-mechanical analysis (DMA). The results indicate that the autoclave LDPEs were produced at distinct reaction conditions, each one resulting in particular polydispersity and level of long chain branching, which are responsible for elasticity and melt strength. The tubular LDPE presented lower PD, reflecting a lower degree of elasticity and shear thinning. The addition of A1 (more branched) in hot blends with T1 (less branched) resulted in an interesting combination of rheological characteristics of the two LDPEs. Finally, it was concluded that distinct physical, thermal, structural and rheological properties between the LDPEs may influence neck-in and draw-down performance during processing and also the final product characteristics.