Polietileno

Pedaço de PEAD

O polietileno (ou polieteno, de acordo com a denominação oficial da IUPAC) é quimicamente o polímero mais simples. É representado pela cadeia: (CH₂-CH₂)_n. Devido à sua alta produção mundial, é também o mais barato, sendo um dos tipos de plástico mais comuns. É quimicamente inerte. Obtém-se pela polimerização do etileno (de fórmula química CH₂=CH₂, e chamado de eteno pela IUPAC), de que deriva seu nome.

Este polímero pode ser produzido por diferentes reações de polimerização, como por exemplo a polimerização radicalar, polimerização aniônica, polimerização por coordenação ou polimerização catiônica. Cada um destes mecanismos de reação produz um tipo diferente de polietileno.

É um polímero de cadeia linear não ramificada, embora as ramificações sejam comuns nos produtos comerciais. As cadeias de polietileno se rompem sob a temperatura de arrefecimento Tg em regiões amorfas e semicristalinas.

Classificação e propriedades físicas

A abreviatura do polietileno geralmente usada é PE. Os polietilenos podem ser classificados em:

• PEBD (em inglês conhecido como LDPE ou PE-LD): Polietileno de Baixa Densidade;
  • Atóxico
  • Flexível
  • Leve
  • Transparente
  • Inerte (ao conteúdo)
  • Impermeável
  • Pouca estabilidade dimensional, mas com processamento fácil
  • Baixo custo

• PEAD (em inglês conhecido como HDPE ou PE-HD): Polietileno de Alta Densidade; densidade igual ou maior que 0,941 g/cm³. Tem um baixo nível de ramificações, com alta densidade e altas forças intermoleculares. A produção de um bom PEAD depende da seleção do catalisador. Alguns dos catalisadores modernos incluem os de Ziegler-Natta, cujo desenvolvimento rendeu o Prêmio Nobel
  • Resistente a altas temperaturas;
  • Alta resistência à tensão; compressão; tração;
  • Baixa densidade em comparação com metais e outros materiais;
  • Impermeável;
  • Inerte (ao conteúdo), baixa reatividade;
  • Atóxico
  • Pouca estabilidade dimensional

• PELBD (em inglês conhecido como LLDPE): Polietileno linear de baixa densidade;

• UHWPE: Polietileno de massa molecular ultra-alta;

• PEX: Polietileno com formação de rede.

Características	PEBD	PEAD	PELBD
Grau de cristalinidade [%]	40 a 50	60 a 80	30 a 40
densidade [g/cm³]	0,915 a 0,935	0,94 a 0,97	0.90 a 0.93
Módulo [MPa] a 25 °C	~130	~1000	-
Temperatura de Fusão [°C]	105 a 110	130 a 135	121 a 125
estabilidade química	boa	excelente	boa
Esforço de ruptura [MPa]	8,0-10	20,0-30,0	10,0-30,0
Elongação à ruptura [%]	20	12	16
Módulo elástico E [MPa]	200	1000	-
Coeficiente de expansão linear [K−1]	1.7 * 10−4	2 * 10−4	2 * 10−4
Temperatura máxima permissível [°C]	80	100	-

Aplicações

• PEBD:
  • Sacolas de todo tipo: supermercados, boutiques, panificação, congelados, industriais, etc.;
  • Embalagem automática de alimentos e produtos industriais: leite, água, plásticos, etc.;
  • Stretch film;
  • Garrafas térmicas e outros produtos térmicos;
  • Frascos: cosméticos, medicamentos e alimentos;
  • Mangueiras para água;

• PEAD:
  • Frascos para: detergentes, shampoo, etc;
  • Sacolas para supermercados;
  • Caixotes para peixes, refrigerantes, cervejas;
  • Frascos para pintura, sorvetes, azeites;
  • Tambores;
  • Tubulação para gás, telefonia, água potável, lâminas de drenagem e uso sanitário;
  • Também é usado para recobrir lagoas, canais, fossas de neutralização, contratanques, tanques de água, lagoas artificiais, etc..

Copolímeros de Etileno

Além da polimerização com alfaolefinas, o etileno pode ser polimerizado através de um grande número de monômeros diferentes. Exemplos destes monômeros são o acetato de vinila, que resulta no copolímero de etilenovinil acetato, ou EVA, cujo uso é comum em sandálias e tênis. Também podem ser obtida uma grande variedade de acrilatos.

História

O polietileno foi sintetizado pela primeira vez pelo químico alemão Hans von Pechmann, que, acidentalmente, o preparou em 1898 enquanto aquecia diazometano. Quando seus colegas Eugen Bamberger e Friedrich Tschirner caracterizaram a substância gasosa e branca criada, descobriram grandes cadeias compostas por -CH₂- e o denominaram "polietileno".

Em 27 de Março de 1933, o polietileno foi sintetizado tal como o conhecemos atualmente, por Reginald Gibson e Eric Fawcett, na Inglaterra, que trabalhavam para os Laboratórios ICI. Isto foi possível aplicando-se uma pressão de cerca de 1400 bar e uma temperatura de 170 °C, onde foi obtido o material de alta viscosidade e cor esbranquiçada que se conhece atualmente.

A pressão requerida para conseguir produzir a polimerização do etileno era muito alta, e por isso a investigação sobre catalisadores realizada pelo alemão Karl Ziegler e pelo italiano Giulio Natta, que originou o catalisador Ziegler-Natta, rendeu-lhes o prêmio Nobel em 1963 por sua contribuição científica à química. Com estes catalisadores, é possível a polimerização sob pressão normal.

Aplicações modernas

O polietileno pode formar uma rede tridimensional quando é submetido a uma reação covalente de vulcanização (cross-linking). O resultado é um polímero com efeito de memória. Tal efeito consiste na estabilidade ou permanência do material em uma certa temperatura, podendo sua forma ser modificada simplesmente ao aquecer o polímero a essa temperatura. O efeito térmico de memória nos polímeros é diferente do efeito térmico de memória nos metais, encontrado em 1951 por Chang e Read, no qual ocorre uma mudança na estrutura cristalina por meio de uma transformação martensíticaPredefinição:Esclarecer. No caso dos polímeros este efeito se baseia em forças de entropia e pontos vulcanizados de estabilidade física ou química.

No caso do polietileno com efeito térmico de memória, os usos mais comuns são películas termoencolhíveis e isolantes.

Outros polímeros que apresentam o efeito térmico de memória são: Poli(norborneno), poliuretanos, poliestireno modificado e quase qualquer polímero ou copolímero que seja cristalino ou amorfo que possa formar uma rede tridimensional.

Polímeros com problemas para o efeito térmico de memória: Polipropileno.

Outras novas aplicações de PE incluem o composto de serragem e PE em percentuais que vão desde 10% a 70% de madeira. O resultado é um composto estável e de maior densidade que o PE. Um equipamento especial para seu processamento é recomendado, assim como aditivos de acoplamento e auxílios de processo. Em peças grandes, também se usam os espumantes para reduzir a densidade da peça.

Processamento

O polietileno é usado para diferentes tipos de produtos finais, e para cada um deles são utilizados processos diferentes. Entre os mais comuns, estão:

• Extrusão: Película, cabos, fios, tubulações.
• Moldagem por injeção: Partes em terceira dimensão com formas complexas
• Injeção e sopro: Garrafas de tamanhos diferentes
• Extrusão e sopro: Bolsas ou tubos de calibre fino
• extrusão e sopro de corpos ocos: Garrafas de tamanhos diferentes
• Rotomoldagem : Depósitos e formas ocas de grandes dimensões

O polietileno é um material translúcido, podendo ser modificado com três procedimentos comuns:

• Acrescentar pigmento em pó ao PE antes de seu processamento
• Colorir todo o PE antes de seu processamento
• Usar um concentrado de cor (masterbatch), que representa a forma mais econômica e fácil de colorir um polímero.

São importantes os aditivos para o uso final. Dependendo da função final, são recomendáveis, por exemplo: antioxidantes, antichama, antiestáticos, antibactérias.

Polietileno verde ou renovável

Obtido da cana-de-açúcar, ou seja da biomassa vegetal matéria-prima renovável. O Brasil é o primeiro país a desenvolver o produto.[1]

Blenda Polimérica: Polietileno Comum e Polietileno Verde em Embalagens de Shampoo

Durante os últimos anos, uma grande tendência que pôde ser observada foi o aumento do uso de cosméticos no mundo todo, bem como a variedade de produtos utilizados. No entanto, o enfoque sustentável ainda não é colocado em prática pela grande maioria das empresas e, com o aumento no consumo de cosméticos, um problema que se agrava é o esgotamento das reservas de petróleo.

Os produtos comercializados costumam utilizar o plástico em suas embalagens e derivado do petróleo na sua composição. Segundo estudos publicados pela British Petroleum e citados por Mendonça (2021)[2], as reservas podem acabar em 2067, o que reforça a necessidade de buscar por compostos renováveis para substituir o plástico, como os biopolímeros.

Visando diminuir o impacto que as embalagens de cosméticos geram, será analisado como fazer o processo de blendagem misturando o polietileno de origem fóssil ao polietileno verde. O Polímero Verde captura e fixa CO2 da atmosfera durante sua produção, colaborando na redução da emissão desse gás, o que é benéfico para o meio ambiente já que ele contribui para o efeito estufa.

Então, feito a partir de eteno obtido da cana-de-açúcar, o polietileno verde possui as mesmas características físicas do polietileno convencional, sendo uma boa opção para o processo de blendagem. Logo, também poderá ser utilizado na produção de embalagens de cosméticos, afinal, com a produção em escala seu custo tenderá a diminuir e se tornar mais acessível.

Outro ponto positivo apresentado, é que por serem materiais termoplásticos eles podem ser moldados, fundindo-se ao serem aquecidos e se solidificando ao serem resfriados. Portanto, podem ser facilmente reciclados, transformando-os em um novo formato, sendo aplicado em diversas propostas e tipos de embalagem.

Para o processo de blendagem do polietileno comum, O polímero PEAD facilita a possibilidade de moldá-los devido ao fato de se fundirem quando estão aquecidos e se solidificarem ao serem resfriados, outra característica é a praticidade em poder serem reciclados, transformando-os em um novo formato, sendo aplicado em diversas propostas e tipos de embalagem. O Polietileno oferece ótima processabilidade e os frascos produzidos apresentam ótima rigidez e excelente resistência ao impacto.

"O polietileno é muito utilizado por empresas na fabricação de embalagens por conta da sua alta resistência mecânica, química e térmica. Além do mais, também possuem como vantagens o fato de não ser inerte a ácidos oxidantes, baixa resistência mecânica e de impacto, baixa permeabilidade e baixa resistência aos raios ultravioletas e ozônio." (OLIVEIRA, 2008).

Blendas Poliméricas

Blendas poliméricas são misturas mecânicas de diferentes plásticos, em que, na maioria dos casos, não há reação química entre eles. Elas são preparadas tendo como principal objetivo a obtenção de materiais com um balanço de propriedades mais equilibradas em casos que polímeros puros utilizados isoladamente não atendem aos requisitos necessários, sendo também uma alternativa econômica para o desenvolvimento de novos materiais, quando comparada à síntese de novos polímeros – ou copolímeros –, cujo custo é mais elevado, destacando assim a relação custo/benefício.

Os benefícios que a blenda trariam ao produto seriam:

• Redução do uso do Polietileno Convencional
• Custo inferior a só usar Polietileno Verde. O custo agregado ao Polietileno Verde é superior ao do Polietileno Convencional, o que acaba tornando isso um empecilho para a substituição completa

• Não impacta na qualidade do produto

• Absorve CO2 do meio ambiente

Sendo assim, os dois plásticos visualmente iguais, com as mesmas propriedades físicas, cor, aspecto e textura. Por terem as propriedades mecânicas e de processabilidade idênticas, não é necessário investimento em novos maquinários. Além do mais, é uma prática de inovação em sustentabilidade capaz de alavancar o uso de etanol de cana de açúcar e incentivar pesquisas e novas tecnologias de desenvolvimento sustentável.

Por ser uma matéria-prima renovável, a cana-de-açúcar captura e fixa CO2 na atmosfera a cada ciclo de crescimento, colaborando para a redução dos gases causadores do efeito estufa. E, por ter uma capacidade de produção de 200 mil toneladas por ano, torna-se uma alternativa viável para o processo de blendagem com o polietileno convencional.

Assim, o ciclo de vida útil deste produto deve recuperar a energia empregada para a produção do mesmo. Apesar de não serem biodegradáveis, os polímeros verdes sustentáveis são polímeros que durante sua síntese, processamento ou degradação produzem menor impacto ambiental que os de origem fóssil.

E por fim, conclui-se que um dos principais motivos para o uso da blendagem é o fato do polietileno convencional utilizar o petróleo na sua composição, que é um recurso finito. Assim, buscar novos materiais para substituir determinados plásticos e desenvolver novos ciclos é importante para a sustentabilidade da indústria.

Ver também

• Poliolefina