Nova abordagem para rápida estabilização do processo de plásticos

26 de abril de 2023

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por Sociedade Fraunhofer

Os materiais plásticos são propensos à degradação pelo oxigênio atmosférico. Essas reações de auto-oxidação ocorrem à temperatura ambiente, mas tornam-se especialmente relevantes durante o processamento de fusão. A adição de antioxidantes aos polímeros resulta em uma desaceleração pronunciada dos processos de oxidação. Só assim é possível a produção de peças plásticas por moldagem por injeção, por exemplo.

O desenvolvimento de novos graus de plástico é acompanhado por longos procedimentos experimentais para otimizar o conteúdo antioxidante. Para o Instituto Fraunhofer de Durabilidade Estrutural e Confiabilidade do Sistema, essas investigações reológicas online são um método promissor para acelerar o processo de desenvolvimento.

A matéria orgânica e, portanto, também os plásticos, degradam-se por auto-oxidação quando em contato com o ar. Essa degradação é iniciada por temperatura elevada ou luz e se propaga como uma reação em cadeia de radicais que causa a clivagem das cadeias poliméricas. Os últimos são atacados principalmente pelo radical OH, resultando na formação de porções de hidroperóxido. Isso desencadeia reações de acompanhamento que levam à regeneração do radical OH.

Para proteção ideal do polímero, dois tipos diferentes de antioxidantes devem ser adicionados. O antioxidante primário, muitas vezes contendo uma estrutura fenólica, extingue o radical OH. Os antioxidantes secundários consistem em derivados de alquilo estericamente impedidos de grupos funcionais, tais como fosfitos ou tioéteres. Estes reagem com o hidroperóxido sem formação de OH. Ambos os tipos de antioxidantes atuam, portanto, de forma sinérgica. Um pacote típico de estabilizador disponível comercialmente contendo ambos os antioxidantes em quantidades iguais foi usado nos experimentos descritos.

Os tipos de plástico virgem comercialmente disponíveis são normalmente equipados com pacotes de estabilizadores apropriados prontos para uso. Por uma questão de eficiência e economia de recursos, o conteúdo ideal do estabilizador de processo deve ser determinado durante o desenvolvimento de novos tipos de plástico. O processamento de plásticos usados ​​para reciclagem enfrenta o mesmo problema porque os estabilizadores foram regularmente esgotados durante o ciclo de vida anterior.

A composição da carga de laminação a recicláveis ​​a serem utilizados, por exemplo, na moldagem por injeção, requer a adição de estabilizadores adequados ao respectivo tipo de plástico e seu estágio de envelhecimento. A forma tradicional de otimizar o teor de estabilizantes baseia-se na composição de uma série contendo quantidades variáveis ​​de antioxidantes. Os compostos são então caracterizados off-line por meio de diferentes testes, como a taxa de volume de fusão (MVR, DIN 1133-1) ou o tempo de indução oxidativa (OIT, ASTM D3895-19). Os primeiros resultados confiáveis ​​são obtidos somente após a etapa de composição.

Pesquisadores do Fraunhofer LBF estão trabalhando para obter uma indicação sobre a eficácia do conteúdo real do estabilizador durante a etapa de composição. Para este fim, a viscosidade do fundido é usada como uma resposta registrada ao variar a receita. Isso é realizado pela incorporação de um reômetro on-line atrás das pontas de rosca de uma extrusora de rosca dupla para medir as curvas de fluxo do cisalhamento, bem como a viscosidade alongada.

Os primeiros experimentos foram realizados em um polipropileno virgem (PP) minimamente estabilizado.

A quantidade de estabilizador adicionada foi variada em velocidades de parafuso selecionadas. A redução da degradação relacionada ao processo é imediatamente refletida em um aumento da viscosidade nas curvas de fluxo. Acima de um certo nível de aditivo não há mais aumento na viscosidade. Isso significa que, para as condições reais de processamento, a concentração do estabilizador atingiu o limite acima do qual nenhuma melhoria adicional pode ser alcançada.