Influência do sistema catalítico nas emissões voláteis de copolímeros de polipropileno

Abstract

O polipropileno (PP) é um commoditie de grande competitividade, que tem assumido funções atribuídas aos plásticos de engenharia com baixo custo e leveza. Algumas das suas principais aplicações estão vinculadas ao setor automotivo, que se preocupa cada vez mais com as emissões voláteis e semivoláteis provenientes dos materiais que utiliza no interior de veículos. Estas substâncias podem ser prejudiciais à saúde, conferir odor desagradável e provocar a redução da visibilidade ao embaçar sobre o para-brisa e gerar um efeito de névoa, chamado fogging. O teor e natureza dos compostos voláteis encontrados no PP dependem de uma série de fatores, atrelados a condições de produção e características da resina, como cristalinidade; heterogeneidade do material; massa molar dos compostos voláteis; distribuição da massa molar do polímero; orientação das cadeias poliméricas; temperatura e pressão de operação, entre outros. Parte destes fatores, especialmente os que tangem a microestrutura do polipropileno, são definidos pelo sistema catalítico utilizado durante a polimerização. Por isso, a presente pesquisa investigou amostras de copolímeros heterofásicos de eteno-propeno em matriz de polipropileno homopolímero produzidas com diferentes catalisadores Ziegler-Natta heterogêneos e doadores externos. Os polímeros obtidos foram submetidos a testes de quantificação de emissões voláteis e semivoláteis (conforme as normas PV 3341 e VDA 278) e de caracterização de microestrutura, buscando correlações entre estes parâmetros. Para os catalisadores estudados, observou-se que a amostra com menor adição de doador externo apresentou os maiores teores de emissões em todas as metodologias aplicadas. As técnicas de GPC IR5 e CRYSTAF indicaram que esta mesma amostra possuiu uma menor taticidade e uma distribuição de composição química mais heterogênea que as demais. O menor resultado de emissões relacionadas ao efeito fogging foi detectado na amostra que apresentou distribuição de massa molar mais estreita, podendo este ser um fator relevante nas emissões de moléculas semivoláteis. Embora tenham sido encontradas diferenças entre todas as amostras estudadas, tanto nos métodos de quantificação de emissões, quanto nos métodos de caracterização de microestrutura, ficou evidente que o tipo de doador externo exerceu uma baixa influência sobre os catalisadores empregados na pesquisa.

Polypropylene (PP) is a highly competitive commodity, which has assumed functions attributed to engineering plastics presenting low cost and lightness. Some of its main applications are linked to the automotive market, which is increasingly concerned with volatile and semi-volatile emissions from the materials used inside vehicles. These substances can be harmful to health, generate an unpleasant odor and cause reduced visibility by fogging on the windshield. The content and nature of volatile compounds found in PP depend on several factors, associated to production conditions and resin characteristics, such as crystallinity; material heterogeneity; molar mass of volatile compounds; polymer molar mass distribution; orientation of polymer chains; operating temperature and pressure, etc. Part of these factors, especially those related to the microstructure of polypropylene, are defined by the catalytic system used during polymerization. Therefore, the present research investigated samples of heterophasic ethylene-propene copolymers in polypropylene homopolymer matrix produced with different heterogeneous Ziegler-Natta catalysts and external donors. The obtained polymers were submitted to tests in order to quantify volatile and semivolatile emissions (according to PV 3341 and VDA 278 standards) and to characterize their microstructures, searching for correlations between these parameters. For the catalysts studied, it was observed that the sample with the lowest addition of external donor presented the highest levels of emissions in all applied methodologies. GPC IR5 and CRYSTAF analysis indicated that this same sample presented lower tacticity and a chemical composition distribution that was more heterogeneous than the others. The lowest result of emissions related to the fogging effect was detected in the sample that presented a narrower molar mass distribution, which may be a relevant factor in the emissions of semi-volatile molecules. Although differences were found between all the studied samples – both in the emissions quantification and in the microstructure characterization –, it was evident that the type of external donor exerted a low influence on the catalysts used in the research.