Análise de tensofissuramento em frascos soprados de polietileno de alta densidade para a indústria de domissanitários via data visualization

Abstract

Com o avanço da tecnologia química e logística de distribuição de produtos, a manufatura de embalagens se tornou um negócio lucrativo. Para os produtos domésticos, o PEAD é amplamente utilizado devido às suas propriedades físicas, químicas e disponibilidade de matéria-prima. Embalagens são importantes não apenas para proteger produtos e facilitar o transporte, mas também como ferramenta de marketing e para proteger usuários de produtos tóxicos. No entanto, as embalagens podem sofrer problemas de stress cracking, comprometendo sua estrutura e causando perda de produto ou contaminação. Para avaliação desse problema e mapeamento de fragilidades em frascos de polietileno, foi utilizado o teste de tensofissuramento, no método de tiras dobradas (bent strip test). Com relação aos fluídos no teste, foram utilizados o Igepal CO-630, etilenoglicol, detergente, hipoclorito de sódio e o peróxido de hidrogênio. Ainda foram realizadas caracterizações através das análises de DSC, TGA e FTIR. Também foram utilizadas técnicas de modelagem utilizando data analytics (análise de dados) e data visualization (visualização de dados). Os resultados demonstram discrepâncias entre os comportamentos de fratura entre os fluídos padronizados para análise, como igepal e etilenoglicol, e os fluídos domissanitários. A categoria de fluídos padronizada e não-padronizada apresentaram diferenças significativas, seja no tipo de dano, velocidade, intensidade ou região afetada. Internamente, as próprias categorias de fluido não se comportam de maneira similar. O etilenoglicol tem dano mais extensivo e generalizado nas amostras, enquanto o igepal é mais concentrado e lesivo. Em contrapartida, o peroxido de hidrogênio é o mais rápido dos domissanitários a apresentar danos, seguido pelo hipoclorito de sódio e depois pelo detergente. Sendo o detergente o fluído mais danoso, considerando que causou fraturas completas na estrutura do frasco. Segundo resultados das análises instrumentais, o TGA demonstrou que houve alterações na degradação das amostras após teste quando comparadas com amostras virgens. Já o DSC demonstrou pequenas alterações de cristalinidade e o FTIR confirmou o entendimento dos resultados dos comportamento destacados nas outras caracterizações e detalhou como cada amostra reagiu em cada fluido. O dano predominante foram as microfissuras na região de linha de fechamento do molde. Finalmente, foi obtido um mapeamento completo das fragilidades dos frascos em todos fluídos utilizados e o comportamento do ataque deles as estruturas.

With advances in chemical technology and product distribution logistics, packaging manufacturing has become a lucrative business. For household products, HDPE is widely used due to its physical and chemical properties and the availability of raw materials. Packaging is important not only to protect products and facilitate transportation, but also as a marketing tool and to protect users from toxic products. However, packaging can suffer from stress cracking problems, compromising its structure and causing product loss or contamination. In order to assess this problem and map fragility in polyethylene bottles, the Bent Strip Test was used. The fluids used in the test were Igepal CO-630, ethylene glycol, detergent, sodium hypochlorite and hydrogen peroxide. Characterizations were also carried out using DSC, TGA and FTIR analyses. Modeling techniques using data analytics and data visualization were also used. The results show discrepancies between the fracture behavior of standard fluids for analysis, such as igepal and ethylene glycol, and household fluids. The standardized and non-standardized fluid categories showed significant differences, whether in the type of damage, speed, intensity or region affected. Internally, the fluid categories themselves do not behave in a similar way. Ethylene glycol has more extensive and generalized damage in the samples, while igepal is more concentrated and damaging. On the other hand, hydrogen peroxide is the fastest of the household cleaning fluids to show damage, followed by sodium hypochlorite and then detergent. Detergent was the most damaging fluid, as it caused complete fractures in the structure of the bottle. According to the results of the instrumental analyses, the TGA showed that there were changes in the degradation of the samples after testing when compared to virgin samples. DSC showed small changes in crystallinity and FTIR confirmed the understanding of the behavioral results highlighted in the other characterizations and detailed how each sample reacted in each fluid. The predominant damage was microcracks in the region of the mold closing line. Finally, a complete mapping of the fragility of the bottles in all the fluids used and the behavior of their attack on the structures was obtained.