Resíduo de polietileno reticulado (XLPE) como modificador de impacto em polipropileno

Abstract

O polietileno reticulado XLPE é amplamente aplicado como isolamento de fios e cabos elétricos. O que lhe confere propriedades diferentes de um polietileno convencional para tal aplicação são as ligações cruzadas presentes em sua estrutura, o que o torna infusível e insolúvel. Logo, a recuperação deste material via processos de reciclagem tradicionais por fusão não é possível, o que tem gerado um índice alto de refugo industrial e de pós-consumo, sendo destinado em maior proporção a aterros sanitários. Trabalhos têm sido desenvolvidos para viabilizar a utilização destes resíduos, minimizando assim os impactos ambientais e proporcionando novas aplicações, somado ao ganho de propriedades. Até o momento somente trabalhos em matriz de polietileno foram desenvolvidos. Estudou-se a incorporação de resíduos de XLPE micronizado, em polipropileno (PP), utilizando um copolímero de etileno propileno (EPM), como agente compatibilizante. Foram realizados dois tipos de processamento: extrusão direta de todos os componentes em dupla rosca (XD), e pré-mistura do XLPE e EPM em uma câmara de mistura com rotor banbury, e posterior extrusão com PP em dupla rosca (MBX). A concentração de XLPE foi de 5, 15 e 25% e a de EPM de 4, 6 e 8% em massa. Ensaios de tração, impacto e flexão foram realizados para avaliar as influências nas propriedades mecânicas, temperatura de deflexão térmica (HDT) para caracterização térmica, e para análise morfológica foi realizada microscopia eletrônica de varredura (MEV) para avaliar a dispersão e adesão na interface. Os diferentes processos mostraram afetar de maneira diferente a dispersão e mistura. A presença de maior concentração de XLPE contribuiu para o aumento da resistência ao impacto. O planejamento experimental 2 por 2 com ponto central mostrou que nos dois processos estudados os aumentos nos teores tanto de XLPE como de EPM tiveram efeito significativo e reduziram as resistências e módulos elásticos em tração e flexão. A interação entre as variáveis teve efeito significativo e negativo apenas nas resistências ao impacto e à tração, no processo de extrusão direto. O efeito significativo e positivo foi do EPM na resistência ao impacto, no processo de extrusão direto e parece atuar mais como modificador de impacto do que como compatibilizante.

XLPE cross-linked polyethylene is widely used as insulation for electric wires and cables. The crosslinks present in its structure result in different properties in relation to conventional polyethylene, rendering it infusible and insoluble. Hence, recovery of this material through traditional recycling processes is not possible and large amounts of industrial and post-consumption waste are generated, largely destined to landfills. Investigations have been developed to make the use of these residues feasible and minimize environmental impacts, providing new applications allied to gains in properties. So far, only polyethylene matrixes have been dealt with regarding XLPE incorporation. In the current investigation incorporation of micronized XLPE in polypropylene (PP) was studied using an ethylene propylene elastomer (EPM) as compatibilizer. Two types of processing were used: direct extrusion of all the components in a low-shear co-rotating twin-screw extruder and premixing XLPE and EPM in a banbury rotor mixer and subsequent extrusion with PP in the low-shear co-rotating twin-screw extruder. Concentrations of XLPE were 5, 15 and 25 wt% and that of EPM were 4, 6 and 8 wt%. Tensile tests, impact and flexural strength were conducted to assess the effects on the mechanical properties and morphological analysis was performed using scanning electron microscopy to evaluate the dispersion and adhesion. The different processes showed a different effect on dispersion and mixing. The presence of high XLPE concentrations contributed to the increase in impact resistance. A two by two experimental design with central point showed that in the two investigated processes, increase in both XLPE and EPM content had significant and negative effect on tensile and flexural strength and modulus. The interaction between variables had significant effect and reduced impact and tensile strength in the direct extrusion process. EPM had significant and positive effect on impact strength in the direct extrusion process and showed to act rather as an impact modifier than as a compatibilizer.