Caracterização de poli(cloreto de vinilo) de elevado peso molecular

Abstract

O presente trabalho teve como objetivo a caracterização de homopolímeros de cloreto de vinilo de elevado peso molecular, obtidos pelo processo de polimerização em suspensão. A utilização destes tipos de poli(cloreto de vinilo) (PVC) confere uma melhoria das propriedades dos produtos finais, designadamente em aplicações flexíveis com maior exigência termomecânica. A CIRES, sendo a única empresa produtora de PVC em Portugal, dispõe de uma determinada gama de produtos de suspensão, que obriga a uma constante atualização do grau de conhecimento sobre o comportamento e desempenho desses mesmos produtos nas diversas aplicações finais no mercado. Neste estudo foram utilizados cinco tipos de PVC comerciais de elevado peso molecular. De modo a estabelecer uma comparação, foi também incluído um tipo de PVC comercial de menor peso molecular. Numa primeira fase caracterizaram-se os polímeros virgens, isto é, na sua forma final após o processo de polimerização. Foram determinados os seguintes parâmetros: viscosidade relativa (valor K), distribuição granulométrica, densidade aparente, absorção de plastificante a frio, matérias voláteis, cor da resina e tempo de mistura seca. Adicionalmente, foi determinada a distribuição de pesos moleculares através de cromatografia de permeação de gel (GPC). Uma segunda fase consistiu na etapa de processamento de cada amostra de acordo com duas formulações (mistura de aditivos ao polímero) representativas de ensaios laboratoriais e industriais. Após esta fase foram determinadas a estabilidade térmica e a cor inicial através dos métodos internos da CIRES e, paralelamente, foram efetuadas análises termogravimétricas (TGA) em atmosfera de O2. Numa fase final do estudo, as amostras processadas foram sujeitas a alguns ensaios para caracterização do comportamento mecânico, nomeadamente a determinação da dureza shore e através de ensaios de tração, alongamento e tensão até à rotura do material. Este estudo demonstrou que os tipos de PVC de elevado peso molecular podem proporcionar uma melhoria nas propriedades térmicas e mecânicas comparativamente com a amostra de menor peso molecular. No entanto, foi possível verificar que estas mesmas propriedades são afetadas pela formulação utilizada, na medida em que a utilização de certos aditivos, nomeadamente a carga (filler), conferem menor flexibilidade e maior dureza shore ao material. Ou seja, o tipo de formulação é indissociável do desempenho requerido pela aplicação final.

The present study aimed to characterize high molecular weight vinyl chloride homopolymers, obtained by the suspension polymerization process. The uses of these polymers improve the properties of final products, especially in applications with higher thermo and mechanical requirements. In Portugal, CIRES is only producer of poly(vinyl chloride) (PVC) that offers a specific range of suspension products which constantly demands an upgrade on the knowledge of their behavior and performance for final market applications. In this study, five commercial grades of high molecular weight PVC were used. In order to establish a comparison, a grade of lower molecular weight was used. In a first stage, the so called virgin polymers in its final form (obtained after the polymerization process), were characterized. The following parameters were determined: relative viscosity (K value), particle size distribution, bulk density, cold plasticizer absorption, volatile matter and color of the resin and dry-uptime. Additionally, it was also determined the distribution of molecular weights by gel permeation chromatography. Following to the processing stage of each polymer sample, two formulations (polymer additives) were adopted from lab and industrial standards. In this stage several items were studied using industrial standards (from CIRES), namely: the thermal stability and initial color. Simultaneously, thermogravimetric analysis (TGA) were carried out under an atmosphere of O2. Furthermore, some mechanical properties were also determined as the Shore hardness and, through tensile tests, the elongation and stress at break. This study demonstrated that the high molecular weight PVC grades can provide an improvement in thermal and mechanical properties comparing with the lower molecular weight grade used as reference. It was also possible to conclude that these same properties are affected by the formulation used, to the extent that the use of certain additives such as fillers gives less flexibility and greater shore hardness to the final article. In fact, the type of formulation adopted can correlate directly with the final performance aimed for the polymer application.