Caracterização das propriedades físicas, mecânicas e térmicas de formulações de poli (cloreto de vinila) com diferentes massas molares

Abstract

O poli (cloreto de vinila) (PVC) é um material ambientalmente correto, pois sua estrutura é composta de 57% de insumos provenientes do sal marinho e 43% de fontes não renováveis, petróleo e gás natural, sendo que atualmente existe tecnologia para substituir as fontes não renováveis pelo álcool vegetal, proveniente da cana-de-açúcar. O PVC é um dos polímeros termoplásticos mais versáteis no mercado, em termos das suas aplicações, devido à possibilidade da resina ser formulada mediante a incorporação de diversos aditivos, como por exemplo: estabilizantes, lubrificantes, pigmentos, antioxidantes, plastificantes, entre outros. No desenvolvimento de uma formulação de PVC, além do emprego dos aditivos, é primordial a escolha da resina com valor K adequado à especificação do material e o processo de moldagem a ser utilizado na aplicação final. O valor K da resina de PVC tem relação com sua massa molar, sendo determinado por meio de técnicas de viscosimetria capilar. A massa molar das resinas de PVC é determinada no momento da sua polimerização, e depende dos parâmetros utilizados durante o processo, sendo a temperatura de polimerização um parâmetro imprescindível para o controle da massa molar, onde maiores temperaturas de polimerização geram menores massas molares, por consequência, menor valor K da resina polimerizada. Por isto, é importante conhecer a influência que o valor K exerce sobre as propriedades mecânicas e térmicas dos compostos de PVC. O objetivo deste trabalho foi avaliar a influência do valor K nas propriedades físico-químicas, mecânicas e térmicas de formulações de PVC. Para isto foi elaborada uma formulação padrão para todas as misturas, variando-se somente o tipo de resina de PVC, as quais possuem dois diferentes valores K. As formulações obtidas foram caracterizadas quanto as suas propriedades físicas, mecânicas e térmicas considerando os aspectos densidade, estabilidade térmica e comportamento reológico, dureza Shore D, resistência ao impacto Izod, resistência à tração, alongamento, temperatura de amolecimento Vicat e temperatura de deflexão. Este estudo tem como aplicação, uma formulação desenvolvida para perfis rígidos, utilizados para conformar molduras de freezers horizontais. Neste tipo de aplicação as propriedades mecânicas e térmicas são muito importantes para a montabilidade e desempenho das molduras acopladas aos freezers horizontais. Os resultados obtidos neste estudo mostraram que com a redução da massa molar, houve perda de mais de 30% da resistência ao impacto, mais de 90% de queda no alongamento, em torno de 10% de perda da resistência a tração, 25% de perda na temperatura de deflexão térmica, 25% de perda na temperatura de amolecimento Vicat, e ganho de aproximadamente 30% na estabilidade térmica, redução em 50% do torque de gelificação, redução de 30% no torque de plastificação e aumento de aproximadamente 5% na temperatura de gelificação e fusão. Esses dados nos mostram a relevância do estudo, pois em quase todas as propriedades caracterizadas sofreram grandes alterações, apenas com uma pequena variação no valor K da resina PVC utilizada como base nos compostos.

Abstract: Poly (vinyl chloride) (PVC) is an environmentally friendly material, as its structure is composed of 57% of inputs from sea salt and 43% of non-renewable sources, oil and natural gas, and currently there is technology to replace non-renewable sources of vegetable alcohol from sugar cane. PVC is one of the most versatile thermoplastic polymers on the market, in terms of its applications, due to the possibility of the resin being formulated through the incorporation of various additives, such as: stabilizers, lubricants, pigments, antioxidants, plasticizers, among others. In the development of a PVC formulation, in addition to the use of additives, it is essential to choose the resin with K value appropriate to the material specification and the molding process to be used in the final application. The K value of PVC resin is related to its molar mass, being determined using capillary viscometry techniques. The molar mass of PVC resins is determined at the time of their polymerization, and depends on the parameters used during the process, the polymerization temperature being an essential parameter for the control of molar mass, where higher polymerization temperatures generate lower molar masses, for example. consequently, lower K value of the polymerized resin. For this reason, it is important to know the influence that the K value has on the mechanical and thermal properties of PVC compounds. The objective of this work was to evaluate the influence of the K value on the physical-chemical, mechanical and thermal properties of PVC formulations. For this, a standard formulation was prepared for all mixtures, varying only the type of PVC resin, which have two different K values. The formulations obtained were characterized in terms of their physical, mechanical and thermal properties considering the density, thermal stability and rheological behavior, Shore D hardness, Izod impact resistance, tensile strength, elongation, Vicat softening temperature and deflection temperature. This study has as application, a formulation developed for rigid profiles, used to shape frames of horizontal freezers. In this type of application, the mechanical and thermal properties are very important for the assemblability and performance of the frames attached to the horizontal freezers. The results obtained in this study showed that with the reduction of molar mass, there was a loss of more than 30% of the resistance to impact, more than 90% of drop in elongation, around 10% of loss of tensile strength, 25% loss in thermal deflection temperature, 25% loss in Vicat softening temperature, and approximately 30% gain in thermal stability, 50% reduction in gelling torque, 30% reduction in plasticization torque and an increase of approximately 5% in the gelling and melting temperature. These data show us the relevance of the study, because in almost all the properties characterized, they underwent major changes, with only a small variation in the K value of the PVC resin used as a base in the compounds.