Influência dos parâmetros moleculares nas popriedades do polietileno de alta densidade

Abstract

O polietileno (PE) possui um amplo espectro de propriedades mecânicas sendo, portanto, empregado em uma infinidade de aplicações. As propriedades mecânicas do PE podem ser alteradas através dos parâmetros moleculares e das variáveis de processamento. A compreensão da influência dos parâmetros moleculares densidade, comonômero e índice de fluidez (IF) nas propriedades do polietileno de alta densidade (PEAD) é o objetivo principal deste trabalho. Além disso, comparou-se diferentes técnicas e condições de ensaio para análise da mesma propriedade. Para isso, foram produzidas cinco resinas de PEAD em planta piloto de polimerização em fase gás da tecnologia UNIPOL variando-se os 3 parâmetros chaves do PE: densidade, comonômero e IF. As características das amostras foram obtidas através das análises de densidade, IF, verificação do comportamento reológico e presença de LCB através da reometria rotacional, massas molares médias e polidispersão por GPC, teor de comonômero incorporado por RMN e temperaturas de fusão e grau de cristalinidade por DSC. E foram avaliadas as propriedades de tração, rigidez através do módulo de flexão secante a 1%, resistência ao tensofissuramento (ESCR) pelas técnicas do método das tiras dobradas e FNCT e tenacidade verificada pelas análises de impacto Charpy, impacto na tração e EWF (trabalho essencial da fratura). A densidade se correlacionou bem com o teor de comonômero incorporado, cristalinidade, temperatura de fusão, rigidez e tensão de escoamento dos PEADs. As propriedades de falha frágil, como o ESCR e a resistência ao impacto, mostraram influência de todos os parâmetros moleculares variados no estudo, sendo que elas, no geral, aumentaram com a redução da densidade (aumento do teor de comonômero), com o aumento do tamanho da cadeia do comonômero (de buteno para hexeno) e com a redução do IF (aumento da massa molar). Conclui-se que é possível alcançar resultados semelhantes de propriedades em PEADs com características moleculares distintas e que os parâmetros moleculares (densidade, comonômero e IF) influenciam as propriedades de diferentes formas e magnitudes, sendo, portanto, necessária uma boa avaliação e balanço das características e propriedades finais do material.

Polyethylene (PE) has a broad spectrum of mechanical properties and is therefore employed in a multitude of applications. The mechanical properties of PE can be changed through manipulation of molecular parameters and processing variables. The main objective of this work was to understand the influence of the molecular parameters: density, comonomer type and melt flow index (MI) on the properties of high-density polyethylene (HDPE). Furthermore, different techniques and analysis conditions were compared for the evaluation of the same property. For this purpose, five HDPE resins were produced in a gas phase UNIPOL technology pilot plant, varying the three key parameters of PE: density, comonomer type and MI. The samples characteristics were obtained through the analysis of density, MI, rheological behavior and presence of LCB by dynamic rheometry, average molar masses and polydispersity by GPC, comonomer content by NMR and melting temperatures and degree of crystallinity by DSC. It was analyzed the properties of tensile strength, stiffness through the 1% secant flexural modulus, environmental stress cracking resistance (ESCR) were evaluated by the bent strip test and FNCT techniques, and toughness were verified by Charpy impact test, tensile impact strength and EWF (essential work of fracture). The density correlated well with the incorporated comonomer content, crystallinity, melting temperature, stiffness and yield point of the HDPE. The brittle failure properties, such as ESCR and toughness, showed influence of all the varied molecular parameters in the study, and they generally increased as density decrease (comonomer content increase), as the size of the comonomer chain increase (from butene to hexene) and as the MI decrease (molar mass increase). It was concluded that it is possible to achieve similar properties for HDPE with different molecular characteristics and that the molecular parameters (density, comonomer type and MI) influence the properties in different ways and magnitudes, therefore, a good evaluation and balance of characteristics and final properties of the material is necessary.