30.2.1.
Classificação das dispersões de resinas de PVC
Plastissóis
Plastisol é a denominação dada às dispersões de resinas de PVC, obtidas pelos processos de polimerização em emulsão ou micro- suspensão, em líquidos orgânicos, notadamente plastificantes que, de acordo com a aplicação, podem ser formulados para se obter características como atoxicidade, resistência à água, óleos, fungos, dentre outras.
Plastissóis podem exibir um amplo comportamento reológico, dependendo das características da resina de PVC utilizada em sua formulação. Características como tamanho médio, distribuição de tamanho e formato das partículas determinam qual o tipo de com- portamento reológico apresentado pelo plastisol.
Organossóis
Organosol é a denominação dada à dispersão de resinas de PVC em meio líquido orgânico, consistindo em uma mistura de plastifi- cantes e solventes. Os solventes geralmente são utilizados na forma de misturas de solventes fracos e fortes, sendo denomina- dos, respectivamente, diluentes e dispersantes.
Dispersantes são compostos polares que possuem forte atração pelas partículas de resina, ajudando em sua dispersão. Cetonas e ésteres de glicóis são dispersantes comumente utilizados em organossóis. Diluentes são geralmente hidrocarbonetos aromáticos ou alifáticos, de natureza apolar, utilizados no balanço e modificação das caracte- rísticas de molhamento e dissolução dos dispersantes, podendo tam- bém reduzir o custo e a viscosidade do meio líquido do organosol. Existem muitas vantagens na utilização de organossóis em relação a resinas solubilizadas em solvente como meio de recobrimento de superfícies:
(a) para uma mesma viscosidade, a concentração de sólidos do organosol é muito maior que a da resina dissolvida;
(b) resinas de alto peso molecular podem ser utilizadas, uma vez que não se lida com viscosidade de soluções de polímeros em solventes;
(c) o uso de solventes de menor custo é possível;
(d) a taxa de evaporação do organosol é mais rápida devido à menor afinidade do solvente com o polímero.
O ponto de menor viscosidade de um organosol é alcançado com o balanço ideal entre diluentes e dispersantes. O excesso de dis- persantes na mistura pode provocar solvatação parcial da resina, com conseqüente aumento da viscosidade, enquanto o excesso de diluentes provoca floculação da resina.
Os organossóis podem ser aplicados por vários métodos de reco- brimento para formar filmes sobre substratos, seguidos de aque- cimento para fusão da resina e evaporação dos solventes.
Rigissóis
Rigisol é a denominação dada a plastissóis de alto teor de resina e, conseqüentemente, alta dureza final, formulados especialmente para se conseguir baixa viscosidade no processamento. Alguns fatores são importantes para se conseguir esse resultado:
(a) seleção do tipo de resina de PVC (emulsão ou micro-suspen- são), bem como mistura com resinas blending para redução da viscosidade do sistema;
(b) seleção de plastificantes que promovam baixa viscosidade do sis- tema e características tixotrópicas, de modo que seu teor possa ser reduzido ao mínimo. Alguns plastificantes do tipo éster alifático, para uso em baixas temperaturas, são apropriados para esse caso; (c) atenção especial à escolha dos estabilizantes e das cargas. Os estabilizantes devem ser preferencialmente líquidos, sem nenhum efeito espessante sobre os plastificantes, e a quanti- dade de carga não deve ser alta a ponto de comprometer a vis- cosidade do sistema;
(d) o uso de redutores de viscosidade é recomendado. Diluentes podem ser utilizados como auxiliares de redução da viscosida- de do sistema.
Plastigéis
Plastigéis podem ser definidos como compostos vinílicos de altís- sima pseudoplasticidade, ou seja, plastissóis aos quais são adicio- nados agentes espessantes. Esses agentes formam uma estrutu- ra que é facilmente quebrada por cisalhamento, sendo o material facilmente moldado na forma desejada, seja manualmente, aplica- do na forma de spray ou por outro método de processamento. São empregados principalmente na indústria automobilística em revestimentos protetores contra ruído e choques, e ainda como elemento de vedação.
30.2.2.
Mistura, homogeneização e desaeração
Uma série de tipos de misturadores são utilizados na preparação de pastas de PVC, baseando-se nos seguintes princípios:
(a) misturadores de alta velocidade: possuem uma só hélice, que pode ser levantada e abaixada conforme a necessidade. Sua desvantagem principal é que convertem grande parte do cisalha- mento aplicado na pasta em calor, o que pode provocar envelhe- cimento prematuro da pasta ou, até mesmo, pré-gelificação. (b) misturadores de baixa velocidade, com movimento planetá-
rio ou com duplas pás em Z (ou sigma): esses misturadores conseguem uma eficiente homogeneização da pasta sem pro- vocar aquecimento excessivo. Necessitam de tempos de mis- tura maiores que os conseguidos com misturadores de alta velocidade. Os misturadores com movimento planetário permi- tem fabricar pastas medianamente viscosas, enquanto os mis- turadores de dupla pá em Z ou sigma são mais indicados para mistura de pastas de alta viscosidade.
As figuras 40, 41 e 42 mostram esquematicamente esses três tipos de misturadores.
Figura 40 Representação esquemática de um misturador de alta velocidade: (a) disco de agitação, (b) aleta
Figura 41 Representação esquemática de um misturador de baixa velocidade com movimento planetário
30. Preparação de misturas de resinas de PVC com aditivos
Adaptado de Titow, W. V. (1984). PVC Technology.
Figura 42 Exemplo de um misturador de baixa velocidade com duplas pás em Z ou sigma. A foto inferior mostra o detalhe da câmara de mistura e as pás
Os misturadores são normalmente equipados com vácuo, de modo a facilitar a desaeração da pasta e reduzir a ocorrência de defeitos nos produtos moldados. Tanto a cuba quanto as ferra- mentas de mistura devem ser preferencialmente de aço inoxidável ou cromadas, de modo a facilitar a limpeza nas trocas de formula- ção e evitar a degradação do PVC.
O procedimento recomendado para mistura dos componentes da pasta pode ser assim resumido:
(a) os componentes líquidos da formulação, ou seja, plastificantes, estabilizantes e outros são colocados na cuba de mistura. (b) é aconselhável acrescentar os pigmentos e os agentes de
expansão sob a forma de concentrado ou masterbatch (pasta homogênea constituída dos aditivos sólidos dispersos em plas- tificante), antes que os constituintes secos da formulação sejam incorporados à massa pelo movimento da hélice.
(c) no caso de formulações com grande quantidade de plastifican- tes, é conveniente que os mesmos sejam adicionados em duas etapas: metade da quantidade total do plastificante em toda quantidade de resina constituinte da formulação no início da mistura, de modo a promover alto cisalhamento e boa homoge- neização da pasta. Uma vez que a resina encontra-se bem dis- persa, o restante do volume dos plastificantes é incorporado e homogeneizado na dispersão inicialmente formada.
(d) a mistura é interrompida enquanto a pasta apresenta viscosida- de relativamente baixa, em temperaturas da ordem de 40oC,
uma vez que a aplicação de agitação por maiores períodos de tempo poderia aumentar excessivamente a temperatura da pasta, provocando solvatação prematura das partículas de PVC e aumento excessivo da viscosidade.
Pode ocorrer que a dispersão dos constituintes não seja suficien- te, restando grumos na pasta. Se a viscosidade da mesma permi- tir, pode-se eliminá-los por meio de filtração a vácuo ou a pressão normal. É possível também reduzir os aglomerados presentes na pasta pela passagem da mesma em moinho de rolos.
Esse tipo de moinho pode ter dois ou três rolos, sendo que nesse último caso um gradiente de torque é formado pelas diferentes velocidades dos rolos. A distância entre os rolos diminui na saída, reduzindo os aglomerados da pasta por quebra. Os rolos podem ainda ser resfriados com água, para evitar sobreaquecimento da pasta por efeito do cisalhamento.
Figura 43 Representação esquemática de um moinho de três rolos
Alguns pigmentos tendem a formar aglomerados, como por exem- plo alguns pigmentos orgânicos, particularmente os azuis e verdes de ftalocianina. Nesse caso, devem ser obrigatoriamente homoge- neizados em moinho de três rolos, com a máxima redução de dis- tância possível entre os rolos, de modo a garantir a quebra de todos os aglomerados do pigmento. Em alguns casos, pode ser até mesmo necessário passar a pasta duas vezes pelo moinho para conseguir o grau de dispersão e homogeneização necessários. Durante a preparação do plastisol, grande quantidade de bolhas de ar ficam retidas, podendo causar porosidade no produto final ou mesmo prejudicar seu acabamento, suas propriedades mecânicas e sua transparência. Por esse motivo, na maioria dos casos faz-se necessária a desaeração da pasta. A retenção de ar depende das condições de mistura e da viscosidade do plastisol, além do tipo e teor de emulsificantes presentes na resina. A liberação das bolhas de ar depende das propriedades dinâmicas de tensão superficial da interface bolhas–pasta, sendo que a incorporação de pequenas quantidades de surfactantes não-iônicos na formulação, tais como alguns óleos de silicone, podem auxiliar o processo de desaeração. Pastas de baixa viscosidade podem ter o ar removido deixando-se que fiquem em repouso por algum tempo e, eventualmente, pro- movendo-se pequena agitação antes de serem utilizadas. O méto- do mais rápido e eficiente é, no entanto, submeter a pasta ao vácuo, simultânea ou posteriormente à mistura da mesma.
Tecnologia do PVC
31.
Moldagem por extrusão
O processo de moldagem por extrusão é uma das técnicas de pro- cessamento mais úteis e das mais utilizadas para converter compos- tos de PVC em produtos comerciais. Considera-se que entre 45 e 50% de todos os produtos de PVC são obtidos por meio do proces- so de moldagem por extrusão. A capacidade do PVC de aceitar várias modificações por meio da incorporação de aditivos permite seu uso numa ampla diversidade de produtos, dentre os quais filmes para embalagens, fios e cabos elétricos, chapas, perfis diversos e tubos. O processo de extrusão consiste basicamente em forçar a passagem do material por dentro de um cilindro aquecido de maneira controlada, por meio da ação bombeadora de uma ou duas roscas sem fim, que promovem o cisalhamento e homogeneização do material, bem como sua plastificação. Na saída do cilindro o material é comprimido contra uma matriz de perfil desejado, a qual dá formato ao produto, podendo o mesmo em seguida ser calibrado, resfriado, cortado ou enrolado. Os principais componentes de uma extrusora são: motor elétrico (responsável pelo acionamento da rosca), conjunto de engrenagens redutoras (responsável pela capacidade de transferência de energia por meio de torque do motor para a rosca), cilindro, rosca, matriz, carcaça, painel de comando, resistências de aquecimento, ventila- dores de resfriamento e bomba de vácuo. A figura 44 mostra, esquematicamente, os principais componentes de uma extrusora.
Quanto ao comportamento reológico do composto de PVC no pro- cesso de extrusão, pode-se considerar como aspectos relevantes: