Introdução às Poliolefinas e Extrusão de Filmes
Poliolefinas, uma classe de materiais macromoleculares sintetizados a partir de monômeros de olefinas como etileno e propileno, são os plásticos mais amplamente produzidos e utilizados globalmente. Sua prevalência decorre de uma combinação excepcional de propriedades, incluindo baixo custo, excelente processabilidade, excelente estabilidade química e características físicas personalizáveis. Entre as diversas aplicações de poliolefinas, os filmes ocupam uma posição de destaque, atendendo a funções críticas em embalagens de alimentos, revestimentos agrícolas, embalagens industriais, produtos médicos e de higiene e bens de consumo diário. As resinas poliolefínicas mais comuns empregadas na produção de filmes incluem polietileno (PE) – abrangendo Polietileno Linear de Baixa Densidade (PEBDL), Polietileno de Baixa Densidade (PEBD) e Polietileno de Alta Densidade (PEAD) – e polipropileno (PP).
A fabricação de filmes de poliolefina depende principalmente da tecnologia de extrusão, sendo a extrusão de filme soprado e a extrusão de filme fundido os dois principais processos.
1. Processo de extrusão de filme soprado
A extrusão de filme soprado é um dos métodos mais comuns para a produção de filmes de poliolefina. O princípio fundamental envolve a extrusão de um polímero fundido verticalmente para cima através de uma matriz anular, formando um parison tubular de paredes finas. Posteriormente, ar comprimido é introduzido no interior deste parison, fazendo com que ele se infle em uma bolha com um diâmetro significativamente maior que o da matriz. À medida que a bolha sobe, ela é resfriada e solidificada à força por um anel de ar externo. A bolha resfriada é então colapsada por um conjunto de rolos de pressão (geralmente por meio de uma estrutura colapsável ou estrutura em A) e posteriormente puxada por rolos de tração antes de ser enrolada em um rolo. O processo de filme soprado normalmente produz filmes com orientação biaxial, o que significa que eles exibem um bom equilíbrio de propriedades mecânicas tanto na direção da máquina (DM) quanto na direção transversal (DT), como resistência à tração, resistência ao rasgo e resistência ao impacto. A espessura do filme e as propriedades mecânicas podem ser controladas ajustando a taxa de expansão (BUR – razão entre o diâmetro da bolha e o diâmetro da matriz) e a taxa de retração (DDR – razão entre a velocidade de recolhimento e a velocidade de extrusão).
2. Processo de extrusão de filme fundido
A extrusão de filmes fundidos é outro processo vital de produção para filmes de poliolefina, particularmente adequado para a fabricação de filmes que exigem propriedades ópticas superiores (por exemplo, alta transparência, alto brilho) e excelente uniformidade de espessura. Nesse processo, o polímero fundido é extrudado horizontalmente através de uma matriz T plana, do tipo ranhura, formando uma teia fundida uniforme. Essa teia é então rapidamente trefilada sobre a superfície de um ou mais rolos de resfriamento de alta velocidade, resfriados internamente. A massa fundida solidifica rapidamente ao entrar em contato com a superfície do rolo de resfriamento. Os filmes fundidos geralmente possuem excelentes propriedades ópticas, toque macio e boa selagem a quente. O controle preciso da abertura da borda da matriz, da temperatura do rolo de resfriamento e da velocidade de rotação permite a regulação precisa da espessura do filme e da qualidade da superfície.
Os 6 principais desafios da extrusão de filmes de poliolefina
Apesar da maturidade da tecnologia de extrusão, os fabricantes frequentemente enfrentam uma série de dificuldades de processamento na produção prática de filmes de poliolefina, especialmente quando buscam alto rendimento, eficiência, espessuras mais finas e ao utilizar novas resinas de alto desempenho. Esses problemas não apenas afetam a estabilidade da produção, mas também impactam diretamente a qualidade e o custo do produto final. Os principais desafios incluem:
1. Fratura por fusão (pele de tubarão): Este é um dos defeitos mais comuns na extrusão de filmes de poliolefina. Macroscopicamente, manifesta-se como ondulações transversais periódicas ou uma superfície irregularmente rugosa no filme ou, em casos graves, distorções mais pronunciadas. A fratura por fusão ocorre principalmente quando a taxa de cisalhamento do polímero fundido que sai da matriz excede um valor crítico, levando a oscilações de aderência e deslizamento entre a parede da matriz e a massa fundida, ou quando a tensão extensional na saída da matriz ultrapassa a resistência do fundido. Este defeito compromete gravemente as propriedades ópticas do filme (claridade, brilho), a lisura da superfície e também pode degradar suas propriedades mecânicas e de barreira.
2. Gotejamento/Acúmulo de Resina: Refere-se ao acúmulo gradual de produtos de degradação do polímero, frações de baixo peso molecular, aditivos mal dispersos (por exemplo, pigmentos, agentes antiestáticos, agentes de deslizamento) ou géis da resina nas bordas da borda da matriz ou dentro da cavidade da matriz. Esses depósitos podem se desprender durante a produção, contaminando a superfície do filme e causando defeitos como géis, listras ou arranhões, afetando a aparência e a qualidade do produto. Em casos graves, o acúmulo de resina na matriz pode bloquear a saída da matriz, levando a variações de espessura, rompimento do filme e, por fim, forçando paradas da linha de produção para limpeza da matriz, resultando em perdas significativas na eficiência da produção e desperdício de matéria-prima.
3. Alta Pressão de Extrusão e Flutuação: Sob certas condições, particularmente no processamento de resinas de alta viscosidade ou na utilização de aberturas menores na matriz, a pressão dentro do sistema de extrusão (especialmente no cabeçote da extrusora e na matriz) pode se tornar excessivamente alta. A alta pressão não só aumenta o consumo de energia, como também representa um risco à longevidade do equipamento (por exemplo, rosca, cilindro, matriz) e à segurança. Além disso, flutuações instáveis na pressão de extrusão causam variações diretas na produção de fundido, resultando em espessuras de filme não uniformes.
4. Rendimento Limitado: Para prevenir ou mitigar problemas como fratura do fundido e acúmulo de matriz, os fabricantes são frequentemente obrigados a reduzir a velocidade da rosca da extrusora, limitando assim a produção da linha de produção. Isso impacta diretamente a eficiência da produção e o custo de fabricação por unidade de produto, dificultando o atendimento à demanda do mercado por filmes de grande escala e baixo custo.
5. Dificuldade no Controle de Calibre: Instabilidade no fluxo de fusão, distribuição não uniforme da temperatura na matriz e acúmulo de material na matriz podem contribuir para variações na espessura do filme, tanto transversal quanto longitudinalmente. Isso afeta o desempenho do processamento subsequente do filme e suas características de uso final.
6. Troca de Resina Difícil: Ao alternar entre diferentes tipos ou classes de resinas poliolefínicas, ou ao trocar masterbatches de cor, o material residual da operação anterior costuma ser difícil de remover completamente da extrusora e da matriz. Isso leva à mistura de materiais antigos e novos, gerando material de transição, prolongando os tempos de troca e aumentando as taxas de refugo.
Esses desafios comuns de processamento limitam os esforços dos fabricantes de filmes de poliolefina para aprimorar a qualidade do produto e a eficiência da produção, além de representarem barreiras à adoção de novos materiais e técnicas avançadas de processamento. Portanto, buscar soluções eficazes para superar esses desafios é crucial para o desenvolvimento sustentável e saudável de toda a indústria de extrusão de filmes de poliolefina.
Auxiliares de Processamento de Polímeros (APPs) são aditivos funcionais cujo valor principal está em melhorar o comportamento reológico de polímeros fundidos durante a extrusão e modificar sua interação com superfícies de equipamentos, superando assim uma série de dificuldades de processamento e melhorando a eficiência da produção e a qualidade do produto.
1. PPAs à base de fluoropolímeros
Estrutura Química e Características: Atualmente, estes são a classe de PPAs mais amplamente utilizada, tecnologicamente madura e comprovadamente eficaz. São tipicamente homopolímeros ou copolímeros baseados em monômeros de fluoroolefina, como fluoreto de vinilideno (VDF), hexafluoropropileno (HFP) e tetrafluoroetileno (TFE), sendo os fluoroelastômeros os mais representativos. As cadeias moleculares destes PPAs são ricas em ligações CF de alta energia de ligação e baixa polaridade, que conferem propriedades físico-químicas únicas: energia de superfície extremamente baixa (semelhante à do politetrafluoroetileno/Teflon®), excelente estabilidade térmica e inércia química. Criticamente, os PPAs de fluoropolímero geralmente apresentam baixa compatibilidade com matrizes de poliolefinas apolares (como PE e PP). Essa incompatibilidade é um pré-requisito fundamental para sua migração eficaz para as superfícies metálicas da matriz, onde formam um revestimento lubrificante dinâmico.
Produtos Representativos: As marcas líderes no mercado global de PPAs de fluoropolímero incluem a série Viton™ FreeFlow™ da Chemours e a série Dynamar™ da 3M, que detêm uma significativa participação de mercado. Além disso, certos graus de fluoropolímero da Arkema (série Kynar®) e da Solvay (Tecnoflon®) também são usados como, ou são componentes-chave em, formulações de PPA.
2. Auxiliares de Processamento à Base de Silicone (APPs)
Estrutura Química e Características: Os principais componentes ativos desta classe de PPAs são os polissiloxanos, comumente chamados de silicones. A estrutura principal do polissiloxano consiste em átomos alternados de silício e oxigênio (-Si-O-), com grupos orgânicos (tipicamente metil) ligados aos átomos de silício. Essa estrutura molecular única confere aos materiais de silicone baixíssima tensão superficial, excelente estabilidade térmica, boa flexibilidade e propriedades não adesivas a diversas substâncias. Semelhante aos PPAs de fluoropolímero, os PPAs à base de silicone funcionam migrando para as superfícies metálicas do equipamento de processamento, formando uma camada lubrificante.
Características da Aplicação: Embora os PPAs de fluoropolímero dominem o setor de extrusão de filmes de poliolefina, os PPAs à base de silicone podem apresentar vantagens únicas ou criar efeitos sinérgicos quando usados em cenários de aplicação específicos ou em conjunto com sistemas de resina específicos. Por exemplo, podem ser considerados para aplicações que exigem coeficientes de atrito extremamente baixos ou onde características de superfície específicas são desejadas para o produto final.
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Data de publicação: 15 de maio de 2025
