Embalagens plásticas II

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<p>Taíla Veloso de Oliveira</p><p>Embalagens Plásticas</p><p>Sumário</p><p>• Fontes de Matérias-Primas</p><p>• Processos de produção das</p><p>embalagens</p><p>Fontes de Matérias-Primas dos Polímeros</p><p>• O custo de um polímero resulta basicamente de seu processo de polimerização e disponibilidade</p><p>de monômero</p><p>• Principais fontes de matéria-prima</p><p>• Produtos naturais: encontrado na natureza, na forma in natura ou com modificações</p><p>• Hulha ou Carvão mineral</p><p>• Petróleo</p><p>Fontes de Matérias-Primas dos Polímeros - Produtos Naturais</p><p>• Celulose (C6H10O5)</p><p>• Carboidrato presente em quase todos os vegetais- mais abundante em toda a natureza</p><p>• É um dos constituintes da parede celular das plantas 33%</p><p>• União de moléculas de ß-glicose por ligação glicosídica</p><p>• Os 3 grupos OH formam fortes ligações secundárias entre as cadeias, impedindo a fusão da celulose</p><p>• Para se obter capacidade de fluxo, esse grupos devem ser eliminados ou reduzidos - derivados da</p><p>celulose</p><p>Derivados de</p><p>Celulose</p><p>Grupos</p><p>Substituintes Características</p><p>Metilcelulose -CH3 GRAS, filmes inodoros, sem sabor, flexíveis, moderadamente fortes,</p><p>transparentes, boa barreira ao O2, CO2, lipídeos e aromas, senível à água</p><p>Hidroxipropilcelulose -(CH2)3-OH Cadeia polimérica semirrígida, não é citotóxica, solúvel em água, quantum</p><p>satis</p><p>Hidroxietilcelulose -(CH2)2-OH Espessante, gelificante, solúvel em água</p><p>Hidroxipropilmetilcelulose -CH3 e -CH2-CH(OH)CH3 GRAS, termoplástico, comestível, sensível a água</p><p>Acetato de Celulose -O-CO(CH3) Larga aplicação, importância comercial, custo de processamento elevado</p><p>Celulose</p><p>Acetato de Celulose</p><p>Acetilação da celulose</p><p>Fontes de Matérias-Primas dos Polímeros - Produtos Naturais</p><p>• Outras fontes naturais:</p><p>• Amido</p><p>• Quitina - Quitosana (Desacetilação da Quitina)</p><p>• Pectina</p><p>• Gelatina</p><p>• Proteínas (Peixe, Leite, Soja)</p><p>• Origem microbiana</p><p>Fontes de Matérias-Primas dos Polímeros - Hulha ou Carvão Mineral</p><p>Canevarolo 2017</p><p>• Destilação Seca - produz gases hulha, amônio, alcatrão da hulha e coque (resíduo) - nesta ordem de saída</p><p>• Gás Hulha: separa etileno - PE e metano (oxidação produz formaldeído) - formação de resinas (fenol-</p><p>formaldeído, ureia-formaldeído, melamina-formaldeído)</p><p>• Alcatrão da Hulha - mistura complexa que por destilação produz benzeno (produção de fenol, isocianatos e</p><p>estireno)</p><p>• Coque - obtém-se acetileno (por reação com ácido clorídrico produz cloreto de vinila)</p><p>Fontes de Matérias-Primas dos Polímeros - Petróleo</p><p>• Fonte mais importante</p><p>• Destilação fracionada do óleo cru - GLP, nafta, gasolina, querosene, óleo Diesel, graxas parafínicas, óleos</p><p>lubrificantes, piche</p><p>• Fração de interesse para polímeros - NAFTA</p><p>• Cracking Térmico (pirólise a 800 ºC e catálise) - gera várias frações gasosas contendo moléculas</p><p>saturadas e insaturadas (etileno, propileno, butadieno, butano, isobutileno) - separadas para síntese dos</p><p>polímeros</p><p>Processos de Transformação</p><p>• Casting</p><p>• Extrusão</p><p>• Tubular - Resfriamento (ar)</p><p>• Plana - Resfriamento (água, cilindros refrigerados)</p><p>• Recipientes</p><p>• Injeção - Sopro</p><p>• Extrusão - Sopro</p><p>• Injeção - Estiragem - Sopro</p><p>• Termoformação</p><p>• Laminação</p><p>• Coextrusão</p><p>• Metalização</p><p>Casting</p><p>• Processo não-contínuo</p><p>• Maior custo</p><p>• Menor uniformidade</p><p>• Método a frio</p><p>• Modelo KTF-B, Werner Mathis</p><p>AG, Suíça</p><p>• Pré-secagem com radiação</p><p>infravermelha (30 cm) a 45 ºC</p><p>• dois estágios de secagem em</p><p>forno convectivo a 120 ºC (92</p><p>cm cada)</p><p>Casting contínuo</p><p>Filmes comestíveis</p><p>Extrusão</p><p>• A extrusora é o equipamento responsável pelo amolecimento da resina,</p><p>através de temperatura e pressão, que é forçada para passar por uma fenda</p><p>na outra extremidade</p><p>Extrusão - Matriz Plana</p><p>• Maior controle da espessura</p><p>• Resfriamento mais rápido</p><p>• Maior transparência</p><p>• Menos cristais</p><p>• Maior produtividade</p><p>• Maior custo</p><p>Extrusão - Matriz Tubular• Melhores propriedades mecânicas</p><p>• Menor transparência</p><p>• Maior variação da espessura</p><p>• Resfriamento mais lento</p><p>• Menor custo</p><p>Extrusão</p><p>• Permite a termoplastificação de um material sólido pela</p><p>aplicação de calor e trabalho mecânico</p><p>• Emprega altas temperaturas (até 250 ºC) e altas</p><p>pressões (até 25 MPa)</p><p>• Curto tempo (1-2 min)</p><p>• Versátil</p><p>• Baixo custo</p><p>• Não forma efluentes</p><p>• Geometira variada</p><p>• pode ser seguido por moldagem</p><p>Extrusão - Sopro</p><p>• Mais comum</p><p>• Espessura desuniforme</p><p>• Baixa qualidade</p><p>(acabamentos)</p><p>• Processo contínuo</p><p>• Baixo custo (PEAD,</p><p>PEBD, PVC)</p><p>Injeção - Sopro</p><p>• Processo não contínuo</p><p>• Formação do parison</p><p>• Forma gargalo</p><p>• Qualidade intermediária</p><p>• Custo intermediário</p><p>Injeção - Estiramento - Sopro</p><p>• Processo não-contínuo</p><p>• Mais Recente</p><p>• Melhor qualidade</p><p>• Melhores propriedades</p><p>• Espessura mais</p><p>uniforme</p><p>• Forma gargalo</p><p>Termoformação</p><p>• Drape forming</p><p>• Cavity forming</p><p>• Reverse draw-forming</p><p>Termoformação - Drape Forming</p><p>• Recipientes “baixos”</p><p>• Vácuo elevado</p><p>Termoformação - Cavity Forming</p><p>• Mais simples</p><p>• Melhor acabamento externo</p><p>Termoformação - Drape Forming</p><p>• Menor custo</p><p>• Não requer bomba à vácuo</p><p>Processo por moldagem</p><p>Termoformação</p><p>Coextrusão</p><p>• Extrusão simultânea e união de dois ou mais</p><p>filmes</p><p>• Não há a necessidade de adesivo</p><p>• União das vantagens dos materiais</p><p>Laminação</p><p>• União de dois ou mais filmes previamente extrudados</p><p>• União das vantagens dos materiais</p><p>Laminação</p><p>• Via seca • Via úmida</p><p>• Qualquer tipo de material</p><p>• Adesivo de base aquosa ou outros solventes</p><p>• Cura antes da laminação</p><p>• Problemas com a cura</p><p>• Um dos suportes tem que se poroso</p><p>• Adesivo de base aquosa ou outros</p><p>solventes</p><p>• Cura após a junção dos substratos</p><p>Laminação</p><p>• Via extrusão</p><p>• O adesivo é um filme extremado</p><p>Metalização</p><p>• Pulverização de alumínio sobre o filme plástico</p><p>Comportamento Térmico do Polímeros</p><p>• A mobilidade de uma cadeia polimérica determina as características físicas</p><p>do produto</p><p>• Dureza: relacionado à resistência que um material apresenta ao risco ou</p><p>à deformação permanente quando pressionado por outro material ou por</p><p>marcadores padronizados</p><p>• Fragilidade: tendência natural para quebrar</p><p>• Borrachoso: deformação devido à ação de uma força e recuperação da</p><p>forma após remoção da força</p><p>• Fluido viscoso: resistência que um fluido apresenta ao escoamento</p><p>Comportamento Térmico do Polímeros</p><p>• A mobilidade de uma cadeia polimérica é função da:</p><p>• Agitação dos átomos nas moléculas - proporcional à temperatura</p><p>Portanto, o conhecimento das características físico-químicas inerentes</p><p>de um polímero é fundamental para a compreensão de seu desempenho</p><p>termodinâmico</p><p>Temperaturas de Transição em Polímeros</p><p>• De um modo geral, os polímeros podem apresentar pelo menos</p><p>três temperaturas de transição</p><p>• Transição Vítrea</p><p>• Fusão Cristalina</p><p>• Cristalização</p><p>Temperaturas de Transição Vítrea ou Tg</p><p>• Valor médio da faixa de temperatura, durante o aquecimento do</p><p>polímero, que permite que as cadeias poliméricas da fase amorfa</p><p>adquiram mobilidade e, ou mudança de conformação</p><p>• Transição de segunda ordem, isto é, que afeta as variáveis</p><p>termodinâmicas secundárias</p><p>• T (ºC) < Tg</p><p>• O polímero não tem energia interna suficiente para permitir o</p><p>deslocamento de uma cadeia com relação a outra por</p><p>mudanças conformacionais</p><p>• G de Glass: no estado vítreo caracterizado por se apresentar</p><p>duro, rígido e quebradiço como vidro</p><p>Temperaturas de Transição Vítrea ou Tg</p><p>Temperaturas de Fusão Cristalina ou Tm</p><p>• Valor médio da faixa de temperatura em que, durante o</p><p>aquecimento do polímero, ocorre o desaparecimento das regiões</p><p>cristalinas com a fusão dos cristalitos</p><p>• M de Melt: fusão</p><p>• A energia do sistema atinge o nível necessário para vencer as</p><p>forças intermoleculares secundárias entre as cadeias da fase</p><p>cristalina - ocorrem só em polímeros semicristalinos</p><p>• Acarreta mudanças termodinâmicas de 1ª ordem, afetando variáveis tais como:</p><p>• Volume específico - aumento da T(ºC) causa expansão térmica (geralmente</p><p>linear)</p><p>• Entalpia</p><p>Temperaturas de Fusão</p><p>Cristalina ou Tm</p><p>Temperaturas de Fusão Cristalina ou Tm</p><p>• Durante o resfriamento de um polímero semicristalino a partir do seu</p><p>estado fundido, a uma dada temperatura e em um dado ponto dentro da</p><p>massa, um número de cadeias pol iméricas se organizam</p><p>espacialmente de forma regular</p><p>• Forma-se cristalinos ou lamelas ao longo da massa polimérica</p><p>• Cristalização pode ocorrer de duas formas: isotérmica ou dinâmica</p><p>Temperaturas de Cristalização ou Tc</p><p>• Presença de Plastificantes (Líquido ou Sólido de Baixa</p><p>Massa Molar) intencionalmente adicionados ou</p><p>naturalmente absorvidos pelo polímero</p><p>• Normalmente se alojam entre as cadeias poliméricas,</p><p>afastando-as</p><p>• Redução da força de atração intermolecular secundária</p><p>• Aumento da mobilidade das cadeias</p><p>• Reduz o nível energético para dar mobilidade à cadeia</p><p>• Reduz a Tg do polímero</p><p>Influência de Fatores Externos sobre Tg e Tm</p><p>Ex: água em Náilon</p><p>Tg = 87 ºC - 0% UR</p><p>Tg = 0 ºC - 6,4% UR</p><p>Depende:</p><p>Tempo de exposição</p><p>Área de exposição</p><p>Umidade Relativa</p><p>Ex: PVC plastificado</p><p>Tg = 80 ºC - 0% de [ ]</p><p>Tg = -30 ºC - 50% de dioctil ftalato</p><p>Propriedades Mecânicas dos Polímeros</p><p>• A estrutura molecular dos polímeros proporciona um:</p><p>• Comportamento Viscoso: líquidos</p><p>• Comportamento Elástico: sólidos Hookeanos</p><p>Fenômeno Viscoelasticidade</p><p>Viscoelasticidade de Polímeros</p><p>• Fenômeno pelo qual o polímero apresenta características de um</p><p>fluido e de um sólido elástico ao mesmo tempo</p><p>• Fração elástica da deformação: variações do ângulo e da</p><p>distância de ligação entre os átomos da cadeia polimérica</p><p>• Fração plástica: atrito entre as cadeias poliméricas</p><p>Defasagem entre a solicitação e a resposta</p><p>Viscoelasticidade de Polímeros</p><p>• Comportamento físico-mecânico depende:</p><p>• Massa molar</p><p>• Tg e Tm</p><p>• T da medida</p><p>Variedade de comportamentos físico-mecânicos de um polímero</p><p>Vítreo</p><p>Não energia suficiente para</p><p>apresentar mobilidade</p><p>Responde de forma elástica às</p><p>solicitações</p><p>Cadeias poliméricas altamente móveis</p><p>Capacidade de mudança de conformação</p><p>Alto nível energético</p><p>Resposta plástica</p><p>Plásticos x Alimentos</p><p>Estireno</p><p>Plásticos x Alimentos</p><p>Novos plásticos</p><p>Plásticos x Importância Política</p>