Desenvolvimento e caracterização de especialidade de S-PVC para mistura em plastisóis - “Extender”

Abstract

O Poli(cloreto de vinilo) produzido pelo processo de emulsão (E-PVC) é amplamente utilizado em dispersões com plastificantes, para diversas aplicações, como por exemplo, revestimentos. Um plastisol consiste numa suspensão de E-PVC num plastificante, na qual podem ser incorporados diferentes aditivos de acordo com as propriedades desejadas do produto final. Por esse motivo, a caracterização dos polímeros de E-PVC, dos seus plastisóis e dos produtos resultantes é de extrema importância. A gama especial de produtos denominada geralmente como extender, quando utilizada em conjunto com produtos de emulsão, resulta na melhoria das propriedades reológicas e performance do produto final. A CIRES, por ser a única empresa em Portugal a produzir PVC, necessita constantemente de atualizar o seu conhecimento acerca do comportamento e do desempenho relativamente aos seus produtos nas mais variadas aplicações finais do mercado. Assim, o objetivo principal desta dissertação envolveu o desenvolvimento e caracterização de uma especialidade de PVC produzido pelo processo de polimerização em suspensão (S-PVC) para mistura posterior em composições de plastisóis. Este estudo visou comparar polímeros produzidos nas Instalações da CIRES (amostras PAS 026/23, PAS 028/23 e PAS 037/23) com um polímero semelhante disponível no portfólio da empresa Inovyn (Inovyn 266EF). Inicialmente, os polímeros selecionados foram objeto de caracterização por intermédio da realização de ensaios de absorção de plastificante, distribuição granulométrica, cor do polímero (pó), matérias voláteis e monómero de cloreto de vinilo (VCM) residual. A segunda parte do estudo envolveu a incorporação destes polímeros (extenders) em composições de plastisóis contendo um polímero de emulsão produzido na CIRES e um plastificante, o Ftalato de di-isononilo (DINP). O objetivo deste estudo foi analisar o efeito da substituição de parte do polímero de emulsão pelo homopolímero extender, principalmente ao nível do seu comportamento reológico (viscosidade e envelhecimento). A realização de ensaios reológicos em modo rotacional, permitiu o estudo das propriedades de fluxo dos plastisóis, ao qual se concluiu que a viscosidade dos plastisóis é afetada pelo teor de plastificante e pelo tempo decorrido desde a sua preparação. Já as propriedades viscoelásticas foram analisadas por intermédio da realização de ensaios reológicos em modo oscilatório. Seguidamente, foi feito o estudo da redução de plastificante nas composições dos plastisóis. Foi também analisado o efeito da adição de extender na temperatura de gelificação. Este ensaio é de extrema importância, dado que na preparação dos plastisóis, a composição sofre um préaquecimento devido à aplicação de elevadas velocidades de agitação. Para além disso, os plastisóis são submetidos a um processo de gelificação e fusão na etapa de processamento com vista à obtenção do artigo final. Por fim, foi observado o comportamento do polímero aquando da transformação no produto final, designadamente no efeito no brilho (“mate”) e na qualidade global do acabamento.

Emulsion Poly(vinyl chloride) (E-PVC) is widely used in dispersions with plasticizers, for various applications, such as coatings. A plastisol consists of a suspension of E-PVC in a plasticizer and different additives can be incorporated, according to the desired properties of the final product. For this reason, the characterization of E-PVC polymers, their plastisols and the resulting products is extremely important. The extender, when used with the emulsion products, result in improved properties and performance of the final product. CIRES, being the only company in Portugal producing PVC, needs constantly to update its knowledge about the behavior and efficiency of its products in the most varied final applications of the market. Thus, the main objective of this dissertation is the development and characterization of a specialty PVC produced by suspension polymerization (S-PVC) for mixing in plastisol compositions. This study aimed to compare polymers produced in CIRES (samples PAS 026/23, PAS 028/23 and PAS 037/23) with a similar polymer available in the Inovyn company's portfolio (Inovyn 266EF). Initially, the selected polymers were characterized by performing tests for plasticizer absorption, particle size distribution, polymer color, volatile matter and residual vinyl chloride monomer (VCM). The second part of the study involved incorporating these polymers (extenders) into plastisol compositions containing an emulsion polymer produced in CIRES and a plasticizer, di-isononyl phthalate (DINP). The objective of this study was to analyze the effect of replacing part of the emulsion polymer by the extender homopolymer, mainly on its rheological behavior (viscosity and aging). By performing rheological tests in rotational mode, the flow properties of plastisols were studied. It was possible to conclude that the viscosity of plastisols is affected by the plasticizer content and by the time since their preparation. The viscoelastic properties were analyzed by performing rheological tests in oscillatory mode. Then, the reduction of plasticizer in the plastisols formulations was studied. The effect of the addition of extender on the gelling temperature was also analyzed. This test is extremely important since in the preparation of plastisols, the composition is preheated due to the application of high stirring speeds. Furthermore, the plastisols are often subjected to a gelling process in the processing stage in order to obtain the final article. Lastly, the behavior of the polymer when processed into the final product was observed, in particular, the desired "matt" effect and the overall quality.