matéria-prima plástica PE

Matérias-primas de PE: plásticos universais com características, produção e aplicações diversas

O PE (polietileno) é uma resina termoplástica polimerizada a partir de monômeros de etileno. Sendo o maior plástico de uso geral do mundo, ele penetrou em diversos campos da produção e da vida desde sua industrialização na década de 1930 devido ao seu excelente desempenho abrangente, baixo custo e ampla aplicabilidade. De sacolas de compras diárias a tubulações industriais, de embalagens de alimentos a filmes agrícolas, o PE tornou-se um material básico indispensável na sociedade moderna, com suas vantagens únicas, promovendo o desenvolvimento da indústria de materiais poliméricos.

1. Estrutura molecular e características essenciais do PE

A estrutura molecular do PE é composta por cadeias de carbono-hidrogênio lineares ou ramificadas, com unidades repetidas de - CH₂ - CH₂ -. A regularidade e o grau de ramificação das cadeias moleculares determinam suas diferenças de desempenho. De acordo com a estrutura molecular, pode ser dividido em polietileno de baixa densidade (PEBD), polietileno de alta densidade (PEAD) e polietileno linear de baixa densidade (PEBDL).

A cadeia molecular do PEBD possui alto grau de ramificação e baixa cristalinidade (50% a 60%), o que lhe confere boa flexibilidade e transparência, com densidade de 0,91 a 0,925 g/cm³, toque macio, excelente resistência a baixas temperaturas e tenacidade a -60 °C. O PEAD possui alta regularidade molecular, com cristalinidade de 80% a 95% e densidade de 0,941 a 0,965 g/cm³. Possui alta rigidez, alta resistência e melhor dureza e resistência ao desgaste do que o PEBD, mas flexibilidade ligeiramente inferior. O PEBDL forma cadeias ramificadas curtas por meio da copolimerização de etileno e alfa-olefinas, combinando a flexibilidade do PEBD com a resistência do PEAD, com excelente resistência ao rasgo e à perfuração.

O PE como um todo possui excelentes características: possui boa estabilidade química, é resistente a ácidos, álcalis, sais e à maioria dos solventes orgânicos, e não reage com outras substâncias além de oxidantes fortes à temperatura ambiente; Excelente isolamento elétrico, baixa constante dielétrica, adequado para camadas de isolamento de fios e cabos; Bom desempenho de processamento, pode ser formado por processos como moldagem por sopro, moldagem por injeção, extrusão, etc., e possui uma ampla faixa de temperatura de processamento e baixo consumo de energia; Não tóxico e inodoro, em conformidade com os padrões de contato com alimentos, amplamente utilizado em embalagens de alimentos. No entanto, o PE tem resistência limitada à temperatura e geralmente é usado em temperaturas de -40-60 ℃. É propenso à oxidação e ao envelhecimento e precisa ser melhorado com a adição de antioxidantes.

2、 Processo de produção e fontes de matéria-prima do PE

A produção de PE utiliza etileno como principal matéria-prima, proveniente principalmente do craqueamento de petróleo (craqueamento de nafta) e do processamento de gás natural (desidrogenação de etano). Nos últimos anos, o etileno de origem biológica tem sido produzido por meio da tecnologia de fermentação de biomassa, proporcionando possibilidades de tornar o PE mais sustentável. O processo de produção é dividido em métodos de alta pressão, média pressão e baixa pressão, de acordo com a pressão, correspondendo a diferentes variedades de PE.

O método de alta pressão é usado principalmente para produzir PEBD, que é gerado pela polimerização radicalar de monômero de etileno a 100-300 MPa e 150-300 ℃, utilizando oxigênio ou peróxido como iniciadores. O ambiente de alta pressão causa um grande número de ramificações de cadeias moleculares, formando produtos de baixa densidade e alta flexibilidade. Este processo tem alto consumo de energia, mas a pureza do produto é alta, tornando-o adequado para áreas como filmes finos.

O método de baixa pressão (incluindo o método de média pressão) é utilizado para produzir PEAD e PEBDL, utilizando catalisadores Ziegler Natta ou catalisadores metalocenos, e polimerizando sob condições de 0,1-5 MPa e 60-100 ℃. O ambiente de baixa pressão reduz a ramificação e forma PEAD de alta cristalinidade; a adição de alfa-olefinas (como buteno e hexeno) para copolimerização produz PEBDL. O método de baixa pressão apresenta baixo consumo de energia e alta eficiência catalítica, sendo atualmente o processo predominante que permite controlar com precisão o peso molecular e a densidade dos produtos.

O PE fundido obtido após a polimerização é extrudado e granulado em matérias-primas granulares, e aditivos como antioxidantes, lubrificantes e corantes são adicionados conforme a demanda para melhorar o desempenho do processamento e a resistência às intempéries. A seleção de aditivos deve atender aos requisitos do cenário de aplicação, e o PE de grau alimentício limita rigorosamente os tipos e teores de aditivos.

3. Classificação e Tecnologia de Modificação do PE

O PE pode ser dividido em três categorias com base em densidade e estrutura, cada uma com suas próprias características e cenários aplicáveis. Os limites de desempenho podem ser expandidos ainda mais por meio de técnicas de modificação.

O PEBD (polietileno de baixa densidade) possui alto grau de ramificação, baixa cristalinidade, excelente flexibilidade, transparência e fluidez no processamento. Possui uma ampla faixa de índices de fusão e é adequado para moldagem por sopro de filmes (como sacos plásticos para conservação de alimentos), moldagem por injeção de pequenos produtos (como brinquedos e tampas de garrafas) e revestimentos por extrusão. No entanto, sua resistência é relativamente baixa e sua resistência a solventes é um pouco baixa.

O PEAD (polietileno de alta densidade) possui alta cristalinidade, alta rigidez, melhor resistência à tração, dureza e resistência à temperatura do que o PEBD. Possui excelente resistência à corrosão química e é adequado para a fabricação de recipientes ocos (como garrafas de água mineral e tambores de produtos químicos), tubulações (como tubulações de abastecimento de água e gasodutos), placas e filmes para embalagens pesadas. O processamento do PEAD apresenta baixa fluidez e requer temperaturas de processamento mais altas.

O PEBDL (polietileno linear de baixa densidade) equilibra flexibilidade e resistência por meio de sua estrutura de cadeia curta, com excelente resistência ao rasgo, à perfuração e à fissuração por tensão. Possui excelentes propriedades de tração e é usado principalmente em filmes stretch (como filmes para envoltórios), filmes agrícolas, filmes para embalagens pesadas e produtos moldados por injeção. É frequentemente misturado ao PEBD para melhorar o desempenho do filme.

A tecnologia de modificação é a chave para melhorar o desempenho do PE: A modificação por reticulação usa métodos químicos ou físicos para formar uma estrutura de rede de cadeias moleculares, aumentando a resistência ao calor, a resistência a solventes e a resistência mecânica, e é usada para camadas de isolamento em tubos e cabos de água quente; Adicionando enchimentos modificados, como carbonato de cálcio e pó de talco para reduzir custos e melhorar a rigidez e a estabilidade dimensional; Aprimorando a fibra de vidro composta modificada, fibra de carbono, etc. para melhorar a resistência e o módulo, usada para componentes estruturais; A modificação funcional confere propriedades antibacterianas, retardantes de chamas, antiestáticas e outras, expandindo-se para campos médicos, eletrônicos e outros.

4、 As diversas áreas de aplicação do PE

O PE é amplamente utilizado em embalagens, agricultura, indústria, necessidades diárias e outros campos devido ao seu desempenho diversificado e baixo custo, apoiando a operação da sociedade moderna.

A indústria de embalagens é o maior mercado de aplicação para PE, com o filme LDPE dominando embalagens de alimentos, como sacos para conservação de alimentos frescos e sacos de pão, que são transparentes, macios e têm boas propriedades de vedação; Recipientes rígidos feitos de HDPE, como mamadeiras e garrafas de detergente, são resistentes a impactos e barreiras, adequados para embalagens de líquidos; O filme stretch LLDPE, com sua forte extensibilidade, é usado para embalagens de enrolamento logístico para reduzir perdas de transporte; O material de espuma de PE (como algodão perolado) é leve e absorve choques, usado para embalar produtos eletrônicos e instrumentos de precisão.

Na área agrícola, o revestimento com filme de PE preserva a umidade, aumenta a temperatura e promove o crescimento das culturas. O filme de PEBD possui boa flexibilidade e é fácil de instalar, enquanto o filme de PEBDL é resistente a perfurações e tem longa vida útil; o filme de PEBDL para estufas é usado para transmissão de luz e isolamento, na construção de estufas; os sacos de malha de PE são usados para embalagens de frutas e vegetais, sendo respiráveis e à prova de umidade.

No campo industrial, os tubos de PEAD são amplamente utilizados para abastecimento municipal de água, transporte de gás e descarga de águas residuais industriais devido à sua resistência à corrosão química, baixa resistência a fluidos e fácil instalação; Produção de tanques de armazenamento, revestimentos e equipamentos anticorrosivos usando folhas de PE; A camada de isolamento do cabo de PE reticulado tem bom isolamento elétrico e resistência ao envelhecimento, garantindo a segurança da transmissão de energia.

No campo das necessidades diárias, os produtos de PE estão em toda parte: produtos moldados por injeção, como baldes de plástico, bacias e brinquedos, são leves e duráveis; a fibra de PE (polipropileno) é usada para fazer redes de pesca, tecidos filtrantes e carpetes, que são resistentes ao desgaste e às intempéries; a espuma de PE (como chinelos e tapetes de ioga) é macia e confortável, com bom desempenho de amortecimento.

Na área médica, o PE de grau alimentício é usado para fazer bolsas de infusão, tampas de seringa, etc. Ele não é tóxico e é quimicamente estável, podendo ser esterilizado a vapor; o filme de PE é usado em aventais cirúrgicos e filmes de embalagem para bloquear bactérias e proporcionar respirabilidade.

5. Tendências de Proteção Ambiental e Desenvolvimento do PE

A proteção ambiental do PE tem recebido atenção e, embora enfrente o desafio da poluição branca, ele está caminhando em direção ao desenvolvimento sustentável por meio da reciclagem e da inovação em tecnologia verde.

O sistema de reciclagem de PE é relativamente maduro, tendo a reciclagem física como principal método: o PE residual é separado, limpo, triturado, derretido e granulado, e o PE reciclado é usado para fazer latas de lixo, filmes reciclados, bandejas plásticas, etc. A reciclagem química decompõe o PE em hidrocarbonetos de pequenas moléculas, que podem ser usados como combustível ou matérias-primas químicas e apresentam vantagens no processamento de resíduos complexos. A taxa global de reciclagem de PE está aumentando gradualmente, e a promoção de políticas e o progresso tecnológico estão ajudando a promover uma economia circular.

O PE de origem biológica é uma direção de desenvolvimento verde que utiliza etileno produzido pela fermentação de biomassa (como cana-de-açúcar e milho) como matéria-prima. Sua pegada de carbono é menor do que a do PE à base de petróleo, e variedades de PE biodegradáveis (como o PE com aditivos de degradação) podem se degradar naturalmente em ambientes específicos, reduzindo a poluição a longo prazo.

O desenvolvimento futuro do PE se concentra em três direções: desenvolvimento de alto desempenho por meio de design molecular e tecnologia de compósitos, desenvolvimento de PE de alto módulo, resistente a altas e baixas temperaturas e expansão de aplicações de engenharia; pesquisa funcional e desenvolvimento de PE antibacteriano e de resposta inteligente (como degradação sensível à temperatura) para atender a necessidades de ponta; a baixa carbonização promove a industrialização de matérias-primas de base biológica e a reciclagem química, cria um ciclo de regeneração do consumo de produção e combina design leve para reduzir o consumo de material.

O PE, como plástico universal básico, apoia o desenvolvimento de diversas áreas com seu excelente desempenho. Diante dos desafios ambientais, por meio da reciclagem e da inovação verde, o PE alcançará o desenvolvimento sustentável, mantendo a praticidade, fornecendo suporte material essencial para uma sociedade verde e de baixo carbono.