UNIVERSIDADE VEIGA DE ALMEIDA

POLIETILENO DE ALTA DENSIDADE (PEAD)

Alessandro CarvalhoLílian Lopes LemosRaquel GonçalvesRômulo Barreto Rômulo Cedro William Tadeu da Conceição

CABO FRIO2013

UNIVERSIDADE VEIGA DE ALMEIDA

POLIETILENO DE ALTA DENSIDADE (PEAD)

Trabalho apresentado para avaliação do rendimento escolar na disciplina de Ciência dos Materiais, do Curso de Engenharia Civil, da Universidade Veiga de Almeida, ministrada pela professora Gisela.

CABO FRIO2013

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SUMÁRIO

1. RESUMO..............................................................................................................................4

2. INTRODUÇÃO.....................................................................................................................4

3. POLIETILENO DE ALTA DENSIDADE (PEAD OU HDPE)................................................5

4. ESTRUTURA MOLECULAR e OBTENÇÃO.......................................................................5

5. PROPRIEDADES................................................................................................................6

6. CUSTO E PRINCIPAIS FABRICANTES ............................................................................7

7. APLICAÇÕES......................................................................................................................7

8. FABRICAÇÃO DE ARTEFATOS.........................................................................................8

9. CONCLUSÃO.......................................................................................................................9

10. REFERÊNCIAS......................................................................................................10

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1 RESUMO

A ciência dos materiais é o campo da ciência que estuda as propriedades dos

materiais e a relação entre a sua estrutura em escalas atômicas ou moleculares com suas

características macroscópicas, incorporando elementos da física e da química como as

formas de caracterização e processamento, trazendo significativo crescimento tecnológico

nos últimos anos, tornando-se um campo específico da ciência voltado à engenharia.

Abordaremos neste trabalho as características, os métodos de obtenção,

processamento e a utilização do Polietileno de Alta Densidade (PEA) na engenharia e na

indústria.

2 INTRODUÇÃO

O polietileno é quimicamente o polímero mais simples. É representado pela cadeia

(-CH2-CH2-)n. É um dos polímeros mais baratos e forma os tipos de plásticos mais comuns e

ainda é quimicamente inerte a muitas substâncias.

A fabricação do polietileno ocorre a partir do monômero etileno (C2H4), que se

encontra no estado gasoso. Nessa reação, a dupla ligação em cada molécula de etileno

‘abre’ e dois dos elétrons originalmente nessa ligação e são usados para formar uma nova

ligação simples C — C com duas outras moléculas de etileno, de forma a se poderem obter

macromoléculas de massa molecular elevada (polímero), Figura 01.

A polimerização que ocorre pelo acoplamento de monômeros usando suas ligações

múltiplas é chamada polimerização por adição.

Figura 01. Representação esquemática da polimerização por adição do polietileno

A polimerização que ocorre pelo acoplamento de monômeros usando ligações

múltiplas é chamada polimerização por adição.

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Este polímero pode ser produzido a partir da: polimerização aniônica, polimerização

por coordenação de íons ou polimerização catiônica. Cada um destes mecanismos de

reação produz um tipo diferente de polietileno.

Atualmente há cinco tipos de polietileno:

- Polietileno de baixa densidade (PEBD ou LDPE)

- Polietileno de alta densidade (PEAD ou HDPE);

- Polietileno linear de baixa densidade (PELBD ou LLDPE);

- Polietileno de ultra alto peso molecular (PEUAPM ou UHMWPE);

- Polietileno de ultra baixa densidade (PEUBD ou ULDPE); e

3 POLIETILENO DE ALTA DENSIDADE (PEAD OU HDPE).

O Polietileno de Alta Densidade (PEAD) é sem sombra de dúvidas o mais importante

dentre as três variações de polietilenos (PE) devido ao enorme volume consumido em nível

global. Com sua grande estrutura linear composta por apenas poucos ramos laterais, os

quais conduzem a uma maior densidade, e a uma estrutura mais cristalina, o PEAD possui

vantagens significativas, em comparação com os outros polietilenos, permitindo, portanto,

um maior leque de utilizações. O PEAD também é mais forte e mais opaco que o PEBD e

pode suportar maiores temperaturas (120°C por curtos períodos e 110°C continuamente).

Foi sintetizado em 1953 por Karl Ziegler, do instituto de Kaiser Wilhelm, e Erhard

Holzkamp, graças a um tipo de catalisador que possibilita a polimerização sob baixa

pressão, obtendo um polietileno com até 90% de cristalinidade, rendendo a este tipo de

material uma maior resistência mecânica e química, tornando-se um dos polímeros mais

utilizados como matéria prima de artefatos domésticos, recipientes, bandejas, brinquedos,

etc.

4 ESTRUTURA MOLECULAR e OBTENÇÃO

O PEAD apresenta peso molecular na faixa de 50.000 a 100.000 (Mn) e possui uma

estrutura molecular com poucas ramificações, ou seja, sua cadeia molecular tem um formato

linear, este tipo de estrutura confere ao PEAD uma cristalinidade maior que o Polietileno de

Baixa Densidade (PEBD). Figura 02.

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Figura 02. Estruturas moleculares dos polietilenos: PEBD, PEBDL e PEAD.

É obtido através de iniciadores (catalisadores) específicos para manter a reação de

polimerização do etileno à baixa pressão, formando um polietileno de cadeia linear, os

catalisadores mais utilizados são:

- Ziegler-Natta, criado em 1954, por Giulio Natta e colaboradores, foi feito com base

no catalisador descoberto por Karl Ziegler. O catalisador é uma combinação de sais de

halogenetos de titânio, vanádio, cobalto e compostos como alquis-alumínio.

- Phillips, criado em 1951 pela Philips Petroleum, é constituído pela combinação de

compostos de cromo em sílica porosa.

5 PROPRIEDADES.

A linearidade do PEAD fazem com que a orientação, o alinhamento e o

empacotamento das cadeias sejam mais eficientes, favorecendo o aumento das forças

intermoleculares (Van der Waals), conseguindo com isso um ponto de fusão um pouco mais

alto que o PEBD, dentre as principais propriedades destacam-se:

- Excelente resistência a ácidos diluídos e concentrados, alcoóis e bases;

- Boa resistência a aldeídos, ésteres, hidrocarbonetos alifáticos e aromáticos, ketones e

óleos minerais e vegetais;

- Resistência limitada a hidrocarbonetos halogenados e agentes oxidantes;

- Cor leitosa translúcida em estado original;

- Ótima resistência dielétrica; e

- Resistência à abrasão.

Na tabela abaixo é possível observar as características do PEAD em relação ao PEBD e

PELDB, Tabela 01.

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Tabela 01 – Características do PEAD, PEBD e PELDB

Características PEBD PEAD PELBD

Grau de cristalinidade [%] 40 a 50 60 a 80 30 a 40

Densidade [g/cm³] 0,915 a 0,935 0,94 a 0,97 0.90 a 0.93

Temperatura de Fusão [°C] 105 a 110 130 a 135 121 a 125

Estabilidade química boa excelente boa

Esforço de ruptura [N/mm²] 8,0-10 20,0-30,0 10,0-30,0

Elongação à ruptura [%] 20 12 16

Módulo elástico E [N/mm²] 200 1000 -

Coeficiente de expansão linear [K−1] 1.7 x 10−4 2 x 10−4 2 x 10−4

Temperatura máxima permissível [°C] 80 100 -

Temperatura de fusão [°C] 110 140 -

6 CUSTO E PRINCIPAIS FABRICANTES.

A produção de polietileno no Brasil começou mesclada com empresas nacionais e

multinacionais como Copene, Copesul, OPP, Ypiranga, e outras, que foram responsáveis

pela produção dos mais diversos polímeros, dentre eles o PEAD.

Hoje em dia a Braskem é a maior fabricante de Polietileno, a companhia foi formada

pela fusão de seis empresas: Copene, OPP, Trikem Nitrocarbono, Proppet e Polialden, e em

2006 a Braskem adquiriu a Politeno e no ano seguinte a Ypiranga Petroquímica.

O custo varia em relação a vários fatores como: o preço do petróleo, a cotação do

dólar, as propriedades e a quantidade comprada, hoje em dia o preço gira em torno de 1200

dólares a tonelada.

7 APLICAÇÕES.

O PEAD é um Termoplástico com elevada capacidade de selagem a quente, muito

utilizado em embalagens de gêneros de primeira necessidade, assim como na fabricação

de: tanques de combustível, mesas, cadeiras, sacos plásticos, vasilhames, tubulações,

embalagens de substâncias químicas e embalagens retornáveis. Além disso, o PEAD

também é utilizado em aterros sanitários onde grandes "lençóis" de PEAD são usados para

formar uma proteção para prevenir a poluição do solo e dos lençóis freáticos.

Um dos grandes usos do PEAD é na fabricação de compostos plásticos que

substituem a madeira em várias aplicações e essa é uma tendência dos polímeros

reciclados.

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8 FABRICAÇÃO DE ARTEFATOS.

O PEAD normalmente é processado em temperaturas elevadas (> 120 ºC) e

geralmente com a aplicação de pressão, dentre as técnicas de processamento temos a:

Extrusão, Moldagem por injeção, moldagem por compressão, Sopro, conformação térmica

Revestimento e moldagem por rotação.

Um exemplo clássico de moldagem por sopro é o processo de fabricação de

garrafas, recipientes, tanques e qualquer outra forma oca.

Neste processo, uma pré-forma oca de um termoplástico é introduzida em uma

matriz e após aquecida é expandida por ar comprimido contra as paredes do molde e após

resfriamento a peça é retirada. Figura 03.

Se juntarmos as técnicas de sopro com as técnicas de extrusão temos moldagem

de sopro por extrusão, que é uma técnica muito mais eficiente onde ar é soprado para

dentro do parison, que é um molde formado por extrusão, inflando-o no formato da cavidade

de forma contida no molde de metal. Depois que o plástico estiver suficientemente resfriado,

o molde é aberto e a peça é removida do molde. Figura 04.

Figura 03. Moldagem por sopro Figura 04. Moldagem por de sopro por extrusão

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Outro processo muito utilizado no processamento do PEAD é a moldagem por

injeção, muito utilizado desde a fabricação de simples vasilhames domésticos até

complexas peças automobilísticas. O método consiste no derretimento do PEAD na forma

de grãos por meio de um cilindro de metal aquecido. Dentro deste cilindro encontra-se uma

rosca transportadora reciprocante que plastifica o PEAD acumulando ele na sua

extremidade. Após esse processo o material é empurrado pela rosca e injetado dentro da

cavidade de um molde projetado e confeccionado com as dimensões do produto a ser

obtido. Após um período de resfriamento, a peça é extraída deste molde com suas

dimensões desejadas. Figura 05.

Figura 05. Processo de moldagem por injeção

9 CONCLUSÃO

O polietileno de alta densidade é um polímero largamente utilizado devido às suas

características estruturais e suas propriedades. O que o diferencia os principais tipos de

polietileno é a ausência ou presença reduzida de ramificações na cadeia polimérica, que lhe

conferem as características que influenciam diretamente a densidade, a cristalinidade e nas

propriedades físicas e químicas, e assim nas aplicações desses polímeros.

Os polímeros de modo geral, marcaram a sociedade pela sua praticidade, beleza,

acabamento, durabilidade, preço, produção em larga escala, e muitos outros fatores, mas

cabe ressaltar que a matéria prima dos polímeros é o petróleo, elemento finito presente na

natureza, além deste problema temos um outro ainda mais grave, que é a poluição do meio

ambiente causado pelo consumismo de produtos descartáveis e agora motivados pelo preço

baixo dos produtos de péssima qualidade que deveriam ser duráveis mas tem sua qualidade

reduzida para minimizar os custos, os chamados produtos “1,99”, estes, e muitos outros

fenômenos estão trazendo um grande impacto ambiental ao planeta.

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Uma das principais formas de reduzir este tipo de poluição é reciclar, mas para isso é

preciso envolver prefeituras, empresas e sociedade neste propósito.

10 REFERÊNCIAS.

- CALLISTER JR., W. D. Ciência e Engenharia de Materiais: Uma Introdução, 5ª ed. Rio de Janeiro: LTC, 2005.

- VAN VLACK, L. H.  Princípios de Ciência  e Tecnologia dos Materiais. Rio de Janeiro: Campus, 1994.

- SHACKELFORD, J. F. Ciência dos Materiais. 6a. Edição. São Paulo: Pearson Education, 2008.

- Oliveira, Maria Clara Brandt. Gestão de Resíduos Plásticos pós-consumo: Perspectivas para a Reciclagem no Brasil. Rio de Janeiro, 2012. Dissertação (Mestrado em Planejamento Energético) – Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-graduação e Pesquisa de Engenharia (COPPE) da Universidade Federal do Rio de Janeiro.

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