Aplicação de técnica Rheotens® para avaliação de propriedades reológicas de polietilenos de baixa densidade

Abstract

Essa dissertação investiga o uso do equipamento Rheotens® para o estudo de distribuição massa molar, do conteúdo de ramificações de cadeia longa e da processabilidade de polietilenos de baixa densidade (PEBD) por técnicas que contam com puxamento do material por rolos. Através de execuções do teste no equipamento em questão com diferentes condições, em três PEBDs que se diferenciam em termos de Índice de Fluidez e reator utilizado na polimerização, este trabalho busca esclarecer a influência que os parâmetros aceleração, distância entre as roldanas e comprimento de filamento exercem nos resultados de extensibilidade crítica e força máxima, de modo a elucidar quais ajustes de método podem ser feitos para analisar materiais com características diferentes, como fluidez, por exemplo, que possam exigir condições de ensaio diferentes para alcançar a formação de uma curva completa, sem que a comparação entre as amostras seja prejudicada. Nesse sentido, concluiu-se que pequenos ajustes de aceleração e gap no método não causam uma diferença significativa nos resultados. Técnicas extensionais como o Rheotens® são conhecidamente sensíveis à microestrutura dos polímeros, mas para confirmar a assertividade das informações estruturais inferidas pelos resultados, outras técnicas reológicas foram utilizadas em conjunto, como varredura de frequência por DSR e medição de viscosidade extensional por EVF. Foi verificado que, ao executar os ensaios com filamentos gerados sob mesma pressão de extrusão, a inclinação das curvas do Rheotens® se relaciona de forma direta com a distribuição de massa molar dos materiais, e informações com relação a LCB podem ser obtidas por meio de comparação entre amostras. O estudo da viscosidade extensional de PEBDs é de grande relevância para diversos tipos de transformações de polímeros na indústria, e com essa motivação esse trabalho investigou a relevância dos resultados de viscosidade obtidos através do Rheotens® com tratamentos matemáticos, concluindo que esses resultados podem ser relacionados de forma mais coerente às características de processamento das amostras do que aos aspectos estruturais. Por fim, a potencialidade da técnica para simulações de performance foi estudada, identificando a facilidade das conclusões que podem ser retiradas de resultados de Rheotens® acerca do desempenho dos materiais em processamento e uma possível correlação entre o fenômeno Draw Resonance e o conteúdo de cadeias de baixo peso molecular dos materiais. Portanto, esse trabalho traz uma visão geral da técnica Rheotens®, da influência da estrutura molecular nas propriedades reológicas e da correlação dessas informações com o processamento de PEBD.

This dissertation investigates the use of the Rheotens® equipment for studying the molar mass distribution, long-chain branching content, and processability of low-density polyethylenes (LDPE) using techniques that involve pulling the material with rollers. By performing tests on the equipment under different conditions on three LDPEs that differ in terms of Melt Flow Index and the reactor used in polymerization, this work aims to clarify the influence of parameters such as acceleration, distance between rollers, and filament length on the results of critical extensibility and maximum force. The goal is to elucidate which method adjustments can be made to analyze materials with different characteristics, such as fluidity, which may require different test conditions to achieve the formation of a complete curve without compromising the comparison between samples. It was concluded that small adjustments in acceleration and gap in the method do not cause a significant difference in the results. Extensional techniques like Rheotens® are known to be sensitive to the microstructure of polymers, but to confirm the accuracy of the structural information inferred from the results, other rheological techniques were used in conjunction, such as frequency sweep by DSR and extensional viscosity measurement by EVF. It was found that performing the tests with filaments generated under the same extrusion pressure, the slope of the Rheotens® curves is directly related to the molar mass distribution of the materials, and information regarding LCB can be obtained by comparing samples. The study of the extensional viscosity of LDPEs is of great relevance for various types of polymer transformations in the industry, and with this motivation, this work investigated the relevance of the viscosity results obtained through Rheotens® with mathematical treatments, concluding that these results can be more coherently related to the processing characteristics of the samples than to the structural aspects. Finally, the potential of the technique for performance simulations was studied, identifying the ease of conclusions that can be drawn from Rheotens® results regarding the performance of materials in processing and a possible correlation between the Draw Resonance phenomenon and the content of low molecular weight chains in the materials. Therefore, this work provides an overview of the Rheotens® technique, the influence of molecular structure on rheological properties, and the correlation of this information with the processing of LDPE.