Estudo de mecanismos de degradação do polietileno em reciclagem primária

Abstract

Este trabalho teve como objectivo final estudar, com base em diferentes técnicas experimentais, as alterações de propriedades que ocorrem durante o reprocessamento de peças moldadas em polietilenos, relacionando-as com as alterações químicas e microestruturais sofridas pelos respectivos polímeros. Para o efeito, foram utilizadas misturas de material virgem e reciclado de 5 variedades de polietileno: 4 de alta densidade (PEAD) e 1 de baixa densidade (PEBD). A gama de materiais utilizados permitiu considerar no estudo o efeito da massa molecular e do grau de ramificação nos mecanismos de degradação associados ao reprocessamento sucessivo em moldação por injecção. Os resultados obtidos baseiam-se em conjuntos de moldações correspondentes a 10 ciclos de reprocessamento com diferentes graus de incorporação de material virgem. Os provetes obtidos (ou amostras de material retiradas dos mesmos) foram posteriormente a um conjunto alargado de ensaios de avaliação comportamental (mecânicos, reológicos e térmicos), bem como caracterização química e microestrutural (incluindo espectroscopia de infra-vermelhos e ressonância magnética nuclear). As análises efectuadas permitiram comprovar a coexistência de dois mecanismos de degradação da estrutura polimérica, em resultado das reacções termooxidativas associadas ao ambiente termo-mecânico imposto durante o processo de moldação por injecção. De facto, os resultados obtidos evidenciam o desenvolvimento de reticulações e cisão de cadeias moleculares. O peso relativo destes dois mecanismos é dependente da estrutura do material e das condições de processamento utilizadas. Foi também possível verificar que os polietilenos de massa molecular mais elevada apresentam uma maior sensibilidade à degradação durante o processamento. Analogamente, verificou-se que o polímero mais ramificado, o PEBD é menos susceptível aos fenómenos termo-degradativos. O trabalho permitiu ainda concluir que a reciclagem primária de polietileno, quando efectuado de acordo com protocolos adequados, traduz -se numa diminuição pouco significativa das propriedades deste material.

This thesis envisaged the study of the dependence of the material properties on the continous reprocessing of injection moulded polyethylene. It is based on the use of a wide range of exprimental techniques and relates the observed changes in the material behaviour with the chemical and microstructural modifications developed in selected polymers. Five different grades were used for this purpose, including four types of high density polyethylene (HDPE) and one variety of low density polyethylene (LDPE), in the form of mixtures between virgin and recycled material. This range of polymers enabled the study of importance og the material molecular weight and degree of branching on the degradation mechanisms associated the reprocesing actions in injection moulding. The obtained results were based on mouldings collected from ten reprocessing cycles, with different levels of incorporation of virgem material. The respective moulded specimens (or the material samples got from them) were submited to an extensive list of tests in order to assess the the macriscopical behaviour (mechanical, rheological and thermal) and to evaluate chemical and microstructural modifications (among other techniques, infra-red sepctroscopy and nuclear magnetic ressonance were used). The developed studies allowed to prove the coexistence of two distinct degradation mechanisms, as a result of thermo-oxidative reactions associated to the thermo-mechanical environment resulting from the injection moulding process. It is evident from the obtained results, the development of both crosslinks and chain scissions in the polymer chains. The relative importance of these two mechanisms is dependent on the material structure and on the processing conditions used. It was also possible to confirm that the polyethylenes with higher melecular mass evidence a lower sensitivity to degradation during processing. Furthermore, higher branched polymers (as the LDPE) proved to be less sensitive to the studied thermo-degradative phenomena. This work also concluded that primary recycling of polyethylene, if performed under adequate procedures, leads to minor material property loss.