Aula 04 Incorporação de Aditivos

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Universidade Federal do Cariri
Centro de Ciência e Tecnologia 
Engenharia de Materiais
Incorporação de Aditivos
Prof. André Wesley Barbosa Rodrigues
Introdução
A incorporação de aditivos é um dos mais importantes aspectos na tecnologia dos polímeros, uma vez que o desempenho do produto final está intimamente associado ao grau de dispersão e homogeneidade dos aditivos presentes. 
A importância da homogeneização é especialmente crítica nos casos de estabilizantes e de cargas. 
Problemas na dispersão 
O problema de má dispersão é acentuado com os estabilizantes de alto ponto de fusão, não fundindo durante a mistura e processamento. 
Pigmentos não uniformemente dispersos levam à alteração de cor, enquanto aglomerados de cargas concentram tensões, podendo reduzir a vida útil do produto. 
Quando estabilizantes são mal dispersos, poderá haver degradação intensa nos locais onde estão ausentes, podendo levar à falha prematura.
Introdução
A etapa de composição (incorporação dos aditivos) é baseada em: condições de uso e de processamento, custo, efeitos sinérgicos entre os aditivos. 
Polimerização 
Modificador
Desenvolvimento da formulação e composição 
Granulação 
Processamento 
Composto
Grânulos 
Artigo Final
Sistema de produção e processamento
Alguns tipo de aditivos são incorporados ao polímero pelo próprio fabricante, com grades fornecidos podendo conter aditivos gerais como estabilizantes térmicos, lubrificantes ou aditivos específicos como agentes de expansão ou retardante de chama.
Sinergia - ação coordenada, ou seja o somatório de esforços em prol do mesmo fim.
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Introdução
Atenção especial no caso de aditivos ou polímeros higroscópicos, que podem levar a produtos com baixa qualidade superficial ( formação de bolhas). 
Esses materiais exigem etapas cuidadosas de secagem antes de se efetuar a mistura ou processamento. 
Tipos de processos de mistura
Em principio são três os métodos de incorporação de aditivos:
 Os aditivos adicionados ao monômero, antes ou durante a polimerização – operação feita pelo fabricante do polímero;
 Os aditivos são incorporados em uma etapa separada de fabricação – pode ser feita pelo fabricante do polímero, pelo fabricante dos compostos ou mesmo pelo transformador;
 Os aditivos são incorporados diretamente durante o processamento do polímero – utilizado pelos transformadores para incorporar pigmentos, cargas, nucleantes, etc. 
Composição
A operação geral de composição compreende as seguintes etapas:
Armazenagem dos materiais de partida (polímeros e aditivos) em silos;
Dosagem: volumétrica ou gravimétrica; 
Pré-mistura ( mistura distributiva, mistura simples, blendagem);
Mistura intensiva;
Cominuição;
Armazenagem dos pós ou grânulos obtidos. 
Essas etapas são gerais e podem não coincidir em alguns sistemas no caso dos polímeros termofixos onde não se tem a cominuição 
Pré-mistura e mistura intensiva 
A pré-mistura consiste essencialmente em agitar os ingredientes juntos. 
Os aditivos, pós ou líquidos, são misturados com o pó ou grânulo do polímero sem haver a fusão;
A pré-mistura pronta deve sofrer aquecimento e intenso cisalhamento para se conseguir uma íntima dispersão dos aditivos no polímero:
Mudança física dos componentes;
Grandes forças de cisalhamento;
Exige que o polímero esteja no estado de melt ou borrachoso. 
Após a mistura intensiva espera-se que todos os grânulos do composto tenham a mesma composição. 
Mal distribuído Mal disperso
Bem distribuído mal disperso
Mal distribuído bem disperso
Bem distribuído bem disperso
Distribuição refere-se à uniformidade de concentração em uma escala mais ampla; Dispersão está relacionada com a separação física das partículas e aditivos na massa polimérica.
Distribuição e Dispersão dos aditivos. 
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Mal distribuído Mal disperso
Bem distribuído mal disperso
Mal distribuído bem disperso
a
b
c
 Se o aditivo se aglomerar durante o processamento teremos a situação (A);
 Se esses aglomerados se distribuírem pela matriz, teremos a situação (B), onde os aglomerados estão bem distribuídos, mas o aditivo está mal disperso;
 O contrario ocorre quando não se formam os aglomerados situação (C), ou seja, o aditivo está bem disperso, mas fica mais concentrado em uma região da peça e mal distribuído. Nesta situação particular, a distribuição vai depender da migração dos aditivos depois do processamento.
 
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Quando a mistura simples é usada:
Quando o processo de fabricação oferece alguma ação de mistura dispersiva, como na incorporação de pigmentos em polímeros a serem injetados ou extrudados;
Na fabricação de pós de moldagem, para processamento por rotomoldagem;
Como uma etapa anterior à mistura dispersiva para produzir um composto ou concentrado.
Quando é necessário a mistura intensiva 
Se requer uma dispersão e distribuição adequada dos componentes;
Se utiliza grandes quantidades de aditivos;
O processo de fabricação oferece pouca ou nenhuma ação dispersiva.
Equipamentos para mistura simples
O sistema mais simples é por tamboreamento, consistindo basicamente de um recipiente em que é colocado o polímero com os aditivos e posto para girar por tempo determinado (15 min. a 1 hora), promovendo a mistura distributiva dos materiais.
Tamboreamento
Equipamentos para mistura simples
O Misturador de banda helicoidal consiste de um cilindro contendo em seu interior uma peça helicoidal que promove a mistura e o arraste do polímero e aditivos. Esse sistemas podem ser dotados de sistemas de aquecimento para facilitar a absorção do aditivo. 
Misturador helicoidal 
Equipamentos para mistura simples
Outro mais sofisticado e mais rápido é o misturador de alta velocidade. Consiste em um recipiente de parede circular contendo em seu interior pás que giram em alta velocidade, jogando pó contra as paredes, provocando aumento da temperatura devido aquecimento por fricção.
Misturador de alta velocidade
Equipamentos para mistura simples
A pré-mistura de líquidos é melhor realizada com misturador de imersão, onde uma hélice é mergulhada no líquido contendo os aditivos, ocorrendo a mistura com pouco cisalhamento.
Misturador de imersão 
Equipamentos para mistura dispersiva em borrachas
O equipamento mais simples de mistura de aditivos em borrachas é o misturador aberto de cilindro ( moinho de rolos), que consiste em dois cilindros metálicos girando em sentido contrário, geralmente com velocidades diferentes.
Moinhos de rolos
Equipamentos para mistura dispersiva em borrachas
Misturadores tipo Banbury, nesse equipamento os componentes são adicionados pelo canal de alimentação e um pistão comprime a massa junto aos rotores.
Misturador tipo Banbury
Misturador tipo Banbury
A incorporação de aditivos em termoplásticos é mais simples do que em borrachas, pois em geral os aditivos são adicionados em pequenas quantidades e muitas vezes durante o processamento.
A maneira mais rápida e fácil de se realizar a composição em termoplásticos é por meio de uma extrusora.
A mistura dispersiva é muito mais eficiente quando se usa roscas duplas ao invés de roscas simples.