Blendas ternárias poliolefínicas em filmes para embalagens de pet food com propriedades de barreira

Abstract

A tecnologia avançada das matérias-primas utilizadas nas atuais embalagens de multicamadas é acompanhada por inovações, atualizações e automação dos equipamentos de produção, por coextrusão e/ou laminação. Um aumento considerável de custos se origina na aquisição e manutenção de equipamentos, e no aperfeiçoamento da mão-de-obra operacional. Também, a sofisticação das embalagens, cria a dificuldade de seu posterior reaproveitamento e reciclagem, devido à utilização dos muitos e distintos materiais nelas aplicados. O objetivo do presente trabalho foi o desenvolvimento de embalagens pet food com propriedades de barreira, que não necessitem de processos como coextrusão. Existem estudos e artigos publicados que se dedicam a estudar o comportamento de blendas binárias de poliolefinas no uso de embalagens, porém não se encontram informações acerca de blendas ternárias que, provavelmente, poderão agregar melhorias para as embalagens de pet food. O trabalho foi dividido em três etapas. Na primeira foram processados filmes por compressão térmica de oito blendas ternárias, quatro contendo (PEAD) e outras quatro, polipropileno (PP). As oito amostras foram caracterizadas por ensaios mecânicos e utilizouse a Análise de Variância de Fator Único – ANOVA para determinação das melhores composições, uma de PEAD e outra de PP. Na segunda etapa, as duas blendas ternárias anteriormente selecionadas foram aditivadas com dois agentes de barreira baseados em poliamida (PA) e processadas em extrusão de filme plano. Os oito filmes obtidos foram caracterizados por ensaios mecânicos, de absorção de vapor de água, de absorção de gordura de ração animal, térmicos, de difração de raios X e reológicos aplicando-se um Projeto e Análise de Experimento – DOE para definir as melhores composições, uma contendo PEAD e outra PP. Na terceira etapa, as blendas aditivadas com agente de barreira selecionadas, uma de PEAD e outra de PP, foram processadas em extrusão de filme tubular com espessura de parede de 180 μm, nas razões de sopro de 2,5:1 e 3,5:1. Os filmes da blenda contendo PP não demonstraram compatibilidade adequada e foram descartados. Os filmes da blenda com PEAD foram caracterizados por ensaios mecânicos, de absorção de vapor de água, de absorção de gordura de ração animal, permeabilidade ao O2, térmicos e ópticos. Conclui-se que o filme selecionado, da blenda ternária de PEAD com adição de aditivo de barreira baseado em PA, na razão de sopro de 3,5:1, possui propriedades mecânicas superiores as da embalagem comercial e que houve um decréscimo significativo na permeabilidade ao O2 desta blenda quando comparada aos seus constituintes básicos, entretanto, o valor de permeabilidade ao O2 da embalagem comercial é acentuadamente menor, o que é um indicativo para a continuidade experimental com aditivos que proporcionem melhores resultados de barreira ao O2.

The advanced technology of the raw materials used in current multi-layer packaging is accompanied by innovations, upgrades and automation of production equipment, by coextrusion and/or lamination. A considerable increase in costs comes from the acquisition and maintenance of equipment and improvement of operational hand labor. The sophistication of packaging also creates the difficulty of subsequent reuse and recycling due to the use of many different materials applied to it. The objective of this study is to develop pet food packaging with barrier properties, which do not require processes such as co-extrusion. There are studies and articles dedicated to studying the behavior of polyolefin binary blends in the use of packaging, but there is no information about ternary blends which could probably add enhancements to the packaging of pet food. The work was divided into three stages. In the first step, films were processed by thermal compression from eight ternary blends, containing four different ratios of HDPE and four of PP. The eight samples were characterized by mechanical testing and used a Single Factor Analysis of Variance – ANOVA to determine the best compositions of HDPE and PP. In the second step, the two previously selected ternary blends were doped with two barrier resins based on PA and processed in a flat film extrusion. The eight films obtained were characterized by mechanical testing, absorption of water vapor, absorption of fat from animal feed, thermal testing, X-ray diffraction studies and, as well as, rheological testing, applying a Design of Experiment - DOE to define the best compositions, one containing HDPE and the other PP. In the third step, the selected blends were doped with barrier resin, one of HDPE and the other PP, and processed into blown film extrusion with a wall thickness of 180 μm in the blowing ratios of 2.5: 1 and 3.5: 1. The films of the blends with PP was ruled out, because did not show adequate compatibility. The films of the blends with HDPE were characterized by mechanical testing, absorption of water vapor, absorption of fat from animal feed, O2 permeability, thermal, and, as well as, optical testing. It follows that the selected film, the ternary blend of HDPE with the addition of barrier based resin PA in the blow up ratio of 3.5: 1, has superior mechanical properties to the commercial package and that there was a significant decrease in this blend O2 permeability when compared to its basic constituent. However, the O2 permeability value for the commercial package is markedly lower, which is a target for experimental continuity with additives that provide improved barrier results O2.