Introdução e aplicações do polipropileno
O polipropileno (PP) é um polímero de elevado peso molecular produzido através da polimerização de monómeros de propileno. Com base no processo de polimerização utilizado, a produção de PP pode ser dividida em cinco métodos principais: polimerização em solução, polimerização em suspensão (slurry), polimerização em massa, polimerização em fase gasosa e polimerização combinada em massa/fase gasosa. De acordo com a sua estrutura molecular, o polipropileno é geralmente classificado em três tipos: polipropileno isotático, polipropileno sindiotático e polipropileno atático. O polipropileno isotático é o tipo mais amplamente utilizado, representando mais de 90% do consumo total. O polipropileno atático é principalmente utilizado em aditivos, adesivos e materiais modificados. Quando utilizado como suporte para masterbatches modificados, oferece elevada viscosidade, boa fluidez e excelente desempenho de encapsulamento.
Propriedades do Polipropileno
① Propriedades Mecânicas
Em comparação com o polietileno, o polipropileno geralmente proporciona melhores propriedades mecânicas, incluindo maior resistência, rigidez e dureza, bem como melhor brilho superficial. No entanto, estas propriedades continuam a ser relativamente moderadas em comparação com as de outros plásticos de engenharia. Requisitos de maior resistência podem ser alcançados utilizando polipropileno altamente cristalino ou incorporando cargas e materiais de reforço.
A resistência ao impacto do polipropileno é influenciada por fatores como a massa molecular, a cristalinidade e o tamanho dos cristais, e depende também fortemente da temperatura. A sua resistência ao impacto tende a diminuir a temperaturas mais baixas. Ao mesmo tempo, o polipropileno possui excelente resistência à flexão e à fadiga. À temperatura ambiente, os produtos de polipropileno podem suportar flexão repetida — até aproximadamente um milhão de ciclos — sem falhar.
② Propriedades elétricas
Como polímero não polar, o polipropileno possui excelentes propriedades de isolamento elétrico. O seu desempenho elétrico é relativamente insensível às variações da humidade ambiente e da frequência do campo elétrico, permitindo-lhe funcionar eficazmente como dielétrico e material isolante, incluindo em aplicações de alta frequência.
O polipropileno também apresenta excelente resistência ao arco elétrico, com um tempo de resistência ao arco de aproximadamente 130–180 segundos, o que é considerado elevado entre os materiais plásticos. No entanto, a sua tendência para a fragilidade a baixas temperaturas limita a sua utilização em certas aplicações de isolamento em comparação com o polietileno e o policloreto de vinilo (PVC). É, por isso, utilizado principalmente para o isolamento de cabos de comunicação e para invólucros de aparelhos elétricos.
③ Propriedades térmicas
O polipropileno demonstra boa resistência ao calor e pode geralmente ser utilizado a temperaturas superiores a 100 °C, atingindo aproximadamente 120 °C em condições de carga ligeira. A sua temperatura máxima de serviço contínuo é de cerca de 120 °C, enquanto a sua temperatura de serviço de curta duração pode atingir aproximadamente 150 °C.
Oferece também excelente resistência à água a ferver e ao vapor, tornando-o particularmente adequado para produtos médicos que requerem esterilização por alta pressão. Com uma condutividade térmica de aproximadamente 0,15–0,24 W/(m·K), que é inferior à do polietileno, o polipropileno pode também proporcionar um isolamento térmico eficaz.
④ Resistência química
O polipropileno é um polímero não polar, cristalino e de base alcano, com boa resistência à corrosão química. À temperatura ambiente, é insolúvel em solventes, embora possa inchar quando exposto a determinados solventes.
O PP resiste geralmente a ácidos, álcalis, sais e à maioria dos solventes orgânicos, incluindo álcoois, fenóis, aldeídos, cetonas e a maioria dos ácidos carboxílicos. No entanto, é suscetível a agentes oxidantes fortes, ácido sulfúrico concentrado e ácido nítrico concentrado. Também possui excelente resistência à fissuração sob tensão ambiental.
Os hidrocarbonetos aromáticos e os hidrocarbonetos clorados podem provocar o inchaço do polipropileno, tornando-se este efeito mais pronunciado à medida que a temperatura aumenta. A temperaturas elevadas, o polipropileno pode dissolver-se em solventes como tetrahidronaftaleno, decahidronaftaleno e 1,2,4-triclorobenzeno.
⑤ Propriedades ambientais
O polipropileno tem uma resistência climática relativamente fraca. Os átomos de hidrogénio ligados aos seus átomos de carbono terciários são suscetíveis à oxidação, tornando o PP particularmente sensível à radiação ultravioleta (UV) e propenso à degradação sob exposição prolongada ao oxigénio e à luz UV.
Sem estabilização, o polipropileno pode sofrer uma deterioração rápida do desempenho após apenas quatro meses de armazenamento em ambiente interior. Também pode tornar-se quebradiço após envelhecimento a alta temperatura a 150 °C durante aproximadamente 0,5–3,0 horas ou após cerca de 12 dias de exposição atmosférica.
Por conseguinte, são geralmente adicionados antioxidantes e estabilizadores de luz à resina de polipropileno para melhorar a sua resistência à oxidação e à degradação por UV. Na presença de cobre, a taxa de degradação oxidativa pode aumentar várias centenas de vezes. Consequentemente, é necessário incorporar inibidores de cobre, como a salicilideno etilenodiamina, a benzo-hidrazida ou o benzotriazol, para ajudar a proteger o polipropileno contra a degradação acelerada.
Aplicações
O polipropileno oferece excelentes propriedades de processamento, permitindo a sua transformação numa grande variedade de produtos através de diferentes métodos de processamento. Os produtos de polipropileno moldados por injeção são amplamente utilizados, sendo que o polipropileno convencional se destina principalmente a aplicações de consumo diário. O polipropileno modificado, por sua vez, é amplamente utilizado em componentes automóveis, eletrodomésticos e industriais. Por exemplo, o polipropileno modificado para resistência ao impacto é comummente utilizado em para-choques e tampas de rodas, enquanto o polipropileno reforçado é adequado para painéis de instrumentos, volantes, pás de ventoinha, puxadores e outros componentes.
Os produtos extrudidos de polipropileno representam também uma parte significativa do consumo de polipropileno, particularmente as fibras e os filamentos. A sua utilização generalizada deve-se à excelente resistência mecânica, resistência ao desgaste, resistência química e custo relativamente baixo do polipropileno. Os produtos de filamento e fibra de polipropileno incluem monofilamentos, fios planos (fios de fita) e fibras descontínuas.
Os monofilamentos caracterizam-se pela baixa densidade, elevada tenacidade e boa resistência à abrasão, o que os torna adequados para a produção de cordas, redes de pesca e produtos semelhantes. Os fios planos oferecem elevada resistência à tração e são amplamente utilizados no fabrico de sacos tecidos para embalagem de fertilizantes, cimento, cereais e matérias-primas químicas. Podem também ser transformados em tecidos para materiais promocionais, lonas e produtos relacionados.
As fibras de polipropileno são amplamente utilizadas na produção de tapetes, cobertores, vestuário, relva artificial, tecidos filtrantes, materiais não tecidos, cortinados e outros produtos. O processamento por extrusão é também amplamente empregado para fabricar filmes de polipropileno. Os filmes de polipropileno biorientados oferecem maior resistência e transparência, tornando-os adequados para aplicações como fitas de máquina de escrever, embalagens de cigarros e sacos de embalagem de alimentos.
Outros produtos de polipropileno extrudido incluem tubos, chapas, tiras estreitas, fios de filme fendido e cintas de embalagem. Os produtos ocos de polipropileno proporcionam excelente transparência, desempenho mecânico e propriedades de barreira à humidade. Por conseguinte, são amplamente utilizados como recipientes de embalagem para detergentes, cosméticos, produtos farmacêuticos, combustíveis líquidos, reagentes químicos e outros produtos.
O polipropileno é também a principal resina sintética utilizada na produção de masterbatches modificados. No início do desenvolvimento desta tecnologia, os técnicos da Beijing Plastics Industry Company utilizaram polipropileno atático (APP), um subproduto da produção de polipropileno isotático na Yanshan Petrochemical, juntamente com carbonato de cálcio pesado e aditivos adequados, para produzir masterbatches modificados de enchimento. Estes masterbatches foram incorporados em produtos de polipropileno, como fios planos e cintas de embalagem, para melhorar a imprimibilidade, reduzir a retração do produto e aumentar a eficiência económica global.
Esta abordagem também proporcionou uma forma eficaz de utilizar um subproduto petroquímico. Ao identificar uma aplicação para o polipropileno atático, o processo ajudou a aumentar o valor deste material que, de outra forma, seria subutilizado. No entanto, com o desenvolvimento contínuo das tecnologias de produção de resina sintética, a isotaticidade do polipropileno aumentou, enquanto o rendimento e a qualidade do polipropileno atático diminuíram gradualmente. À medida que o volume de produção e a gama de aplicações dos masterbatches modificados com carga se expandiram rapidamente, menos fabricantes continuaram a utilizar o polipropileno atático como resina transportadora.
Hoje, o polipropileno isotático representa a maioria das resinas transportadoras utilizadas em masterbatches modificados com carga. O polipropileno em pó produzido através de processos de polimerização em massa de pequena escala também continua a desempenhar um papel importante nesta aplicação.
