Caraterização do comportamento mecânico de filmes flexíveis de polietileno de baixa densidade

Abstract

Os requisitos mecânicos das embalagens de plástico alimentares são críticos para assegurar a capacidade de armazenamento. Para garantir o bom desempenho dos produtos e a satisfação dos seus clientes, a Danipack tem que preparar fichas técnicas para os seus produtos. Nesse contexto, esta dissertação consistiu na caraterização do comportamento mecânico de dois filmes contendo polietileno de baixa densidade (PEBD) e polietileno linear de baixa densidade (PELBD), podendo este ser catalisado por catalisadores do tipo Ziegler-Natta (filme I) ou do tipo metaloceno (filme II). A avaliação dos filmes foi realizada através de procedimentos implementados na empresa nomeadamente: medição do coeficiente de atrito, testes de tração e ensaios de Hot Tack, tendo os resultados obtidos sido tratados estatisticamente. De modo a compreender o efeito do tipo de polímero sobre o desempenho mecânico dos filmes, foram selecionadas amostras representativas que foram analisadas por microscopia eletrónica de varrimento (SEM), análise mecânica dinâmica (DMA) e calorimetria diferencial de varrimento (DSC). A determinação do coeficiente de atrito dinâmico foi inconclusiva uma vez que a preparação das amostras consideradas previa que este valor ficasse compreendido numa gama específica. Pelos ensaios de tração concluiu-se que há uma variação reduzida do valor médio da tensão de rutura em função da razão de sopro no sentido longitudinal, enquanto que no sentido transversal se regista uma tendência crescente tanto no filme I como no filme II. Através dos ensaios em Hot-Tack, para as mesmas condições de espessura e composição, verificou-se que o filme II apresenta uma temperatura do pico de selagem inferior e uma força máxima de rutura do selo quente superior ao filme I. A análise de um conjunto de amostras por SEM, do lado sem tratamento, sugeriu que nas amostras preparadas com zPELBD a superfície é mais heterogénea. As mesmas amostras foram estudadas por DMA, onde as diferenças entre as réplicas sugeriram a heterogeneidade das amostras. Essa heterogeneidade foi confirmada por comparação de resultados obtidos para amostras preparadas com razões de sopro semelhantes, mas que apresentavam erros superiores nos ensaios de tração, tendo-se verificado uma reprodutibilidade dos resultados de DMA ainda pior, nomeadamente para filmes do tipo I. Dado o comportamento díspar registado por DMA na zona de fusão, recorreu-se ao DSC para avaliar a percentagem de cristalinidade e o intervalo de fusão de amostras de filme I e de filme II, confirmando-se que se tratam de amostras que apresentam grande heterogeneidade ao nível das estruturas cristalinas. Este trabalho permitiu caraterizar as propriedades mecânicas de filmes flexíveis dos tipos, zPELBD/PEBD (filme I) e mPELBD/PEBD (filme II), contribuindo para a elaboração das fichas técnicas do produto

The mechanical requirements of plastic food packaging are critical to ensure storage capacity. To guarantee the good performance of its products and the satisfaction of its customers, Danipack has to prepare technical data sheets for its products. This dissertation consisted in characterizing the mechanical behavior of two films containing low density polyethylene (PEBD) and linear low density polyethylene (PELBD), prepared using Ziegler-Natta (film I) or metallocene (film II) type catalysts. The performance of the films was assessed using procedures implemented in the company namely friction coefficient measurements, tensile tests and Hot Tack tests, and the results obtained were statistically treated. In order to understand the effect of the type of polymer on the mechanical performance of the films, representative samples were selected and further analyzed using scanning electron microscopy (SEM), dynamic mechanical analysis (DMA) and differential scanning calorimetry (DSC). The determination of the coefficient of dynamic friction was inconclusive since the preparation of the samples considered had been adjusted to ensure that this value was within a specific range. From the results of tensile tests it was concluded that there is a reduced variation in the mean value of the stress at break as a function of the blow ratio in the longitudinal direction, while in the transverse direction there is a growing tendency in both films I and films II. As regards the Hot-Tack tests, using the same thickness and composition, it was found that film II exhibits a lower sealing peak temperature and a hot seal strength higher than the film I. The analyses of a set of samples by SEM, on the untreated side, suggested that the surface of zPELBD samples was more heterogeneous. The same samples were studied by DMA, where the differences between the replicates suggested the heterogeneity of the samples. This was verified by comparison with results obtained for samples prepared using similar blow ratios but which presented higher levels of error in the tensile tests. Indeed, in the latter case the lack of reproducibility of DMA results was even worse namely for type I films. In view of the disparity of results observed in the melting region registered by DMA, DSC was used to evaluate the percentage of crystallinity and the melting range of one sample of film I and another of film II which confirmed that the crystalline structures of these samples are rather heterogeneous. With this work the mechanical properties of flexible films of both types, zLLDPE/LDPE (film I) and mLLDPE/LDPE (film II) have been fully characterized, contributing to the elaboration of the technical datasheets of the product