Desmistificando o polipropileno

OO mundo dos polímeros às vezes pode ser confuso, com todos os diferentes tipos de plástico. Para tornar as coisas ainda mais confusas, um polímero pode, às vezes, assumir propriedades diferentes quando transformado em um copolímero. Para aumentar o nível de confusão, a maneira como um polímero se cristaliza também pode afetar suas propriedades finais. P O polipropileno (PP) é um desses plásticos simples que pode se transformar significativamente dependendo de sua estrutura cristalina e do conteúdo de copolímeros. É um plástico comum em nossa vida cotidiana, a ponto de não prestarmos mais atenção à sua existência. Parte do motivo é o fato de o polipropileno ter tantos tipos e graus diferentes que é difícil reconhecê-lo. Você pode até mesmo usar o polipropileno para fazer isso. Para a discussão aqui e por uma questão de brevidade, restringiremos o escopo do polipropileno ao mundo dos tubos.

Primeiro, vamos começar com o conteúdo cristalino e a estrutura do PP e como isso afeta as propriedades finais. Normalmente, você verá PP com um conteúdo cristalino de >90% para tubos, pois quanto mais cristalino for o material, melhores serão as propriedades físicas. A alta cristalinidade é necessária para lidar com ambientes exigentes e transportar produtos químicos pressurizados. Para produzir cristais, o polipropileno precisa ter um alto grau de ordem. O PP atático não é adequado para a formação de cristais devido à aleatoriedade do polímero (baixo grau de ordem). O PP sindiotático é mais ordenado, mas o grupo metil alternado na cadeia de carbono limita severamente a capacidade de formar cristais tridimensionais significativos. O PP isotático é o melhor arranjo para o crescimento significativo de cristais.

O PP isotático (iPP) tem um formato específico que pode se encaixar de forma diferente. Os três tipos diferentes de estruturas cristalinas que o PP isotático pode produzir são a, b e g. Podemos desconsiderar a estrutura gama, pois ela é instável em condições normais e não estaria presente em massa em um tubo ou válvula. As fases alfa e beta constituirão a maior parte da maioria dos materiais de tubulação. Há algumas diferenças entre as diferentes fases, conforme observado na tabela de comparação abaixo:

As propriedades são praticamente as mesmas quando você as observa lado a lado, sendo que o (BETA)-iPP (isotático, cristal beta, polipropileno) tem uma resistência ao impacto significativamente melhor, conforme indicado pelos números do teste Notched Izod. A diferença visual entre as duas amostras durante o teste de estresse de necking também é evidente.

As diferentes maneiras como os materiais se afinam à medida que se esticam são bastante perceptíveis na imagem à esquerda. AA (a-iPP) afina-se bastante ao longo da área do pescoço antes de quebrar. O BB (b-iPP) também se afina, mas isso ocorre ao longo do comprimento da amostra e não apenas em uma única área localizada. Essas propriedades são importantes porque dirão a você se o material agirá de forma mais elástica (b-iPP) ou mais rígida (a la a-iPP). A elasticidade do material determinará como ele lidará com os “golpes bruscos” no campo. Todas essas propriedades devem ser consideradas ao escolher o tipo de PP que você deseja usar.

A próxima escolha é se o polipropileno que você deseja é um “homopolímero” ou um “copolímero” e que tipo de copolímero seria melhor para a sua aplicação. Em primeiro lugar, um homopolímero é um polímero que consiste em apenas um monômero específico (o bloco de construção do polímero). Um copolímero é um polímero que consiste em mais de um tipo de monômero. Há quatro maneiras gerais de você fazer um copolímero:

Os copolímeros alternados de polietileno (PE) e polipropileno (PP) em uma proporção de 50/50 geralmente são muito flexíveis e não formam cristais bem, portanto esse tipo não é usado em tubulações. Os copolímeros em bloco que contêm de 5% a 15% de PE podem ser dispostos em padrões de blocos regulares, o que cria um material com alta resistência ao impacto para usos industriais, mas ainda assim não são usados normalmente em tubulações. Os copolímeros de enxerto são normalmente vistos em membranas em que um polímero “ativo” é enxertado em um filme ou tecido, embora você não veja esse tipo de polímero em tubulações. A construção de copolímero aleatório é a que vemos em tubulações, e os materiais contêm até 6% de PE incorporado aleatoriamente ao PP. Esse tipo de construção controla o crescimento de cristais e produz cristais minúsculos e mais uniformes no material. As mudanças no material são muito aparentes no teste de resistência ao impacto entalhado, em que os resultados podem ser até 10 vezes maiores do que os do homopolímero. O gráfico a seguir mostra uma comparação entre o homopolímero e o copolímero randômico:

As propriedades do copolímero aleatório de PP são um bom complemento para o homopolímero de PP, especialmente quando usado em tubos. O copolímero randômico oferece um material mais elástico e com maior resistência ao impacto para áreas em que a probabilidade de choques e batidas é maior. Além disso, o copolímero randômico pode oferecer melhor resistência a rachaduras por estresse em temperaturas operacionais mais baixas, se o ambiente for um fator.

O polietileno é a mais simples das estruturas de polímeros, e é incrível a complexidade que é adicionada a uma molécula com a simples adição de um grupo “metil”. Ao passar do polietileno para o polipropileno, você conhece um mundo totalmente novo de cristais a e b, cada um com suas propriedades e usos exclusivos. Também vimos que os diferentes tipos de polietileno, seja o homopolímero (PP-H) ou o copolímero aleatório (PP-R), oferecem alguns benefícios exclusivos que teremos prazer em discutir com você em mais detalhes.

Este artigo explorou algumas das complexidades e avanços do polipropileno. Analisamos alguns aspectos importantes dos polímeros e copolímeros e discutimos o impacto potencial dessas inovações; no entanto, entender a base é apenas o começo. Para realmente aproveitar o poder desses avanços e transformá-los em benefícios tangíveis para a sua organização, você precisa de um parceiro que não apenas compreenda os meandros dos termoplásticos e suas aplicações, mas que também tenha um histórico comprovado de tradução de possibilidades técnicas em soluções do mundo real.

O artigo aqui é apenas a ponta do iceberg, mas se você quiser saber mais informações, tiver dúvidas ou quiser recomendações, sinta-se à vontade para entrar em contato com Josh Goldberg em jgoldberg@asahi-america.com ou diretamente com a Asahi/America para marcar um Almoço e aprendizado.

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AVISO DO EDITOR: Observe que as informações contidas neste artigo são apenas para fins educacionais e não substituem nenhuma informação técnica ou especificação de produto da Asahi/America.
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