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metadata.dc.type: Dissertação
Title: Dispersão em polietileno de masterbatch de PE/PA seletivamente reticulado: Influência de propriedades reológicas e condições de extrusão
metadata.dc.creator: Sanson, Murilo Lauer
metadata.dc.contributor.advisor1: Carvalho, Benjamim De Melo
metadata.dc.contributor.advisor-co1: Farah, Marcelo
metadata.dc.contributor.referee1: Sowek, Adriane Bassani
metadata.dc.contributor.referee2: Santos, João Paulo Ferreira
metadata.dc.contributor.referee3: Silva, Jorge Manuel Jardim da
metadata.dc.description.resumo: O presente trabalho avaliou a influência de parâmetros reológicos de diferentes matrizes de polietileno de alta densidade (PEAD), juntamente às condições de processamento em extrusão dupla-rosca, na capacidade de mistura de um masterbatch que consiste na blenda compatibilizada de PEAD e PVA seletivamente reticulado, assim como nas propriedades mecânicas e reológicas dos produtos diluídos, que contemplavam 5 e 10%p de PVA. No ensaio de tração, ficou claro que parâmetros como teor de PVA, assim como seleção de resina e condição de processamento afetaram diretamente as propriedades das misturas, especialmente tensão e alongamento na ruptura, que foram as melhores métricas para o presente estudo. De modo geral, melhores condições de dispersão, resinas mais viscosas e menores teores de PVA levaram às melhores propriedades em tração, onde o polietileno de maior viscosidade apresentou quedas de tensão e alongamento na ruptura até 2x menor em termos percentuais que o PE com a menor viscosidade. Algumas poucas exceções observadas, especialmente para as propriedades no escoamento. O ensaio de impacto na tração demonstrou que a adição de partículas de PVA não levou a uma característica de tenacificação do PEAD e sim à redução da resistência ao impacto, com queda de até 30% para o PE mais viscoso, onde os resultados apresentaram tendência contrária ao esperado e ao observado na análise de tração uniaxial e de reometria, quando relacionando às condições de processamento e seleção de resina. Estes resultados podem estar relacionados com maior degradação proporcionada por condição mais severas de processamento, ou ainda pela adição de um veículo de PEAD de massa molar diferente. Ensaios reológicos de placas paralelas em regime de cisalhamento oscilatório de baixo ângulo (SAOS) demonstram que no geral, propriedades como viscosidade complexa, módulos de perda e armazenamento, e tan δ, variaram de maneira mais intensa para as matrizes de menor viscosidade, para melhores condições de mistura, e por fim, para maiores teores de PVA, assim como previsto – onde foi considerado que melhor dispersão, e portanto, maior área superficial exposta entre partícula-matriz levaria a maiores alterações das propriedades reológicas. Por exemplo, aumentos de mais de 100% em módulo de armazenamento em relação à referência foram observados para o PE menos viscoso, enquanto aumentos na casa dos 13% para o PE de maior viscosidade foram obtidos. Por fim, em termos de avaliação visual de dispersão por microscopia óptica para 5%p de PVA, há a percepção que os polietilenos de maior e menor viscosidade tiveram melhor mistura dispersiva e distributiva de partículas para a condição de processamento mais severa, enquanto que os PEs de viscosidade intermediária, apresentaram aspectos basicamente equivalentes entre perfis. O polietileno mais viscoso parece ter apresentado características de mistura superior às demais, os de viscosidades intermediárias apresentaram microestruturas bem semelhantes, e o PE menos viscoso apresentou o pior aspecto, como previsto.
Abstract: The present work evaluated the influence of rheological parameters of different matrices of high-density polyethylene (HDPE), along with processing parameters (screw design) in twin-screw extrusion, over the dispersion and distribution of a masterbatch consisting of a compatibilized blend of HDPE and selectively crosslinked PVA, as well as the mechanical and rheological properties of the diluted products, which contained 5 and 10 wt% of PVA. In the tensile test, it was clear that PVA content, as well as HDPE rheological properties and processing parameters directly affected the properties of the mixtures, especially stress and elongation at break, which were the best metrics in the tensile test. In general, better dispersion conditions, more viscous HDPEs and lower PVA contents led to better tensile properties, where the polyethylene with the highest viscosity showed decreases in stress and elongation at break up to 2x lower in percentage terms compared to the PE with the lowest viscosity. Few exceptions were noted, especially for yield stress and strain. The tensile impact test demonstrated that the addition of PVA particles have not led to increase in toughness of HDPE but to a reduction of impact strength, with a drop of up to 30% for the more viscous PE. The results presented opposite trends to what was expected and observed in uniaxial tensile and rheological analysis, when comparing processing conditions and polymer selection. These results might be related to greater degradation due to a more severe processing condition, or even by the addition of a HDPE vehicle of different molar mass. Rheological tests (parallel plates in small angle oscillatory shear (SAOS)) demonstrate that properties such as complex viscosity, loss and storage modulus and tan δ, varied more intensely for lower viscosity matrices, better dispersion conditions, and finally, for higher PVA contents, as predicted by the theoretical foundation, where it was considered that better dispersion and distribution, therefore, larger exposed surface area of matrix-particle interface would lead to a higher shift in rheological properties. For example, increases of more than 100% in storage modulus compared to the neat polymer were observed for the less viscous PE, while increases around 13% for the higher viscosity PE were obtained. Finally, in terms of visual evaluation of dispersion via optical microscopy for 5 wt% of PVA, there is a perception that the tested polyethylenes with highest and lowest viscosities presented better dispersion and particle distribution for the more severe processing condition, meanwhile the PEs of intermediate viscosity presented basically equivalent aspects between different screw designs. The more viscous polyethylene displayed better mixture characteristics than the others, the PEs with intermediate viscosities had very similar microstructures, and the less viscous PE presented the worst aspect, as expected.
Keywords: poliolefinas
blenda de polietileno e pva
compatibilizante
extrusão reativa
mistura
dispersão
blenda polimérica
reometria oscilatória
resistência à tração
resistência ao impacto na tração
microscopia óptica
polyolefins
polyethylene and PVA blend
compatibilizer
reactive extrusion
mixture
dispersion
polymer blends
rheology
oscillatory rheometry
tensile strength
tensile impact strength
optical microscopy
metadata.dc.subject.cnpq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA
metadata.dc.language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Estadual de Ponta Grossa
metadata.dc.publisher.initials: UEPG
metadata.dc.publisher.department: Departamento de Engenharia de Materiais
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciências de Materiais
Citation: SANSON, Murilo Lauer. Dispersão em polietileno de masterbatch de PE/PA seletivamente reticulado: Influência de propriedades reológicas e condições de extrusão. 2021. Dissertação (Mestrado em Engenharia e Ciências dos Materiais) - Universidade Estadual de Ponta Grossa. Ponta Grossa. 2022.
metadata.dc.rights: Acesso Aberto
Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil
metadata.dc.rights.uri: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
URI: http://tede2.uepg.br/jspui/handle/prefix/3632
Issue Date: 6-Dec-2021
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