O PEAD e PEBD

O polietileno é um polímero termoplástico sintético que é obtido pela polimerização do etileno. É um material parcialmente cristalino e parcialmente amorfo, esbranquiçado e translúcido. Os vários tipos de polietileno encontrados no mercado são o resultado das diferentes condições de operação, realizadas na reação de polimerização (ZEFERINO, 2013).

A estrutura química do polietileno é - (CH2-CH2-)n. Esta molécula é composta em sua unidade estrutural por dois átomos de carbono e quatro átomos de hidrogênio, todos ligados por ligações covalentes. A força das ligações C-C e C-H é de 347 e 414 Kj/mol, respectivamente. Esta unidade básica pode ser repetida indefinidamente para formar o polietileno. O número de vezes que esta unidade básica se repete depende do tipo de catalisador usado na reação química, temperatura e pressão (CANDIAN, 2007).

Em geral, pode-se classificar o polietileno em três tipos, de acordo com sua densidade, pois esta é uma boa indicação do tipo de estrutura que o polímero possui (CANDIAN, 2007; MESQUISTA, 2010):

• Polietileno de Baixa Densidade (PEBD): é um polímero de cadeia ramificada. É obtido pela polimerização do etileno a altas pressões pelo mecanismo dos radicais livres, com densidade entre 0,910 - 0,925 g/cm3; é incolor, inodoro e não tóxico.
• Polietileno de Média Densidade (PEMD): polímero com densidade entre 0,930 e 0,940 g/cm3, que é utilizado especialmente na fabricação de tubos.
• Polietileno de Alta Densidade (PEAD): polímero com estrutura linear e poucas ramificações. É obtido por polimerização de etileno a pressões relativamente baixas usando catalisadores Ziegler-Natta ou Processo Phillips, com densidade entre 0,941 - 0,954 g/cm3, sendo incolor, inodoro, não tóxico e resistente a esforços e agentes químicos.

Polietileno de Alta Densidade (PEAD)

A descoberta feita por Ziegler e Natta na década de 50 do século XX, de catalisadores capazes de polimerizar o etileno a pressões e temperaturas mais baixas do que as que eram utilizadas, revolucionou a produção de poliolefinas. Estes catalisadores consistem em derivados de metais de transição: titânio, vanádio ou zircónio com compostos organometálicos de alumínio. O polímero resultante deste novo processo teve uma estrutura mais cristalina, bem como uma maior densidade. Para diferenciá-lo do polietileno produzido industrialmente, com menor densidade, foi chamado de polietileno de alta densidade (PEAD). Quase ao mesmo tempo, pesquisadores nos Estados Unidos descobriram que os catalisadores à base de crómio, óxidos de molibdénio sobre sílica ou alumina, também eram capazes de polimerizar o etileno a temperaturas e pressões mais baixas (LIMA, 2015).

Estes métodos baseados em catalisadores, além de melhorar a eficiência do processo, controlam a massa molecular do polímero formado. O hidrogênio é comumente usado como um regulador da massa molecular.

A polimerização em suspensão, em solução ou em fase gasosa pode ser usada para a fabricação do PEAD. A polimerização em suspensão foi a tecnologia originalmente utilizada devido à sua flexibilidade. Os processos em solução são utilizados quando é necessário produzir polímeros de baixa massa molecular. A tecnologia introduzida pela Union Carbide e mais tarde por outras empresas foi a polimerização em fase gasosa. Neste processo, um catalisador é usado no estado sólido (LIMA, 2015).

As propriedades do PEAD, como as de qualquer outro polímero, dependem fundamentalmente de sua estrutura, que é basicamente: peso molecular e cristalinidade.

A cristalinidade desempenha um papel muito importante nas propriedades do polietileno de alta densidade, principalmente nas propriedades mecânicas e térmicas, uma vez que estas são favorecidas no polietileno mais cristalino.

A cristalinidade é determinada fundamentalmente pela estrutura que o polímero possui. O estado cristalino nos polímeros está associado a um empacotamento ordenado das cadeias que o formam, alinhado, de modo que origina uma situação da ordem de seus átomos (CANEVALORO JR).

O polietileno de alta densidade é essencialmente cristalino, pois a cristalinidade é favorecida pelas estruturas simétricas, que permitem um acondicionamento mais regular das cadeias no sólido, e que também permitem uma maior proximidade entre as cadeias, o que favorece as interações entre as cadeias (COUTINHO, MELLO e SANTA MARIA, 2003).

Quanto ao peso molecular, as propriedades elétricas são pouco afetadas e as propriedades mecânicas são muito afetadas, pois influenciam a cinética de cristalização e, consequentemente, a cristalinidade final (MILES e BRISTON, 1965 apud COUTINHO, MELLO e SANTA MARIA, 2003, p. 4).

Quanto à quantidade de ramificações, seu aumento reduz a cristalinidade, aumentando o alongamento na ruptura e reduzindo a resistência à tração (COUTINHO, MELLO e SANTA MARIA, 2003).

O polietileno de alta densidade é muito tenaz, demonstrando alta resistência a impactos mesmo em baixas temperaturas, pois é capaz de absorver parte da energia proveniente dos impactos por meio de deformações. Isto é conseguido graças às áreas amorfas do polímero, uma vez que estas deformações são traduzidas na mudança de conformação do material (CANDIAN, 2007).

O PEAD consiste em longas cadeias unidas por uma ligação do tipo covalente e, portanto, é um excelente isolante elétrico, ou seja, um material que não conduz eletricidade. Embora tenha a desvantagem de armazenar cargas elétricas estáticas, induzindo o aparecimento de micro arcos elétricos, que atraem poeira e podem causar descargas. Essas cargas são armazenadas por atrito durante o uso, mas também são geradas durante os processos de fabricação (MUNARO, 2007).

Para evitar estes efeitos, é possível adicionar alguns agentes antiestáticos para o polímero como amidas, ésteres, glicerol e outros que migram para a superfície do polímero e capturam a humidade do ambiente, formando uma camada fina condutora, que dissipa a cargas estáticas.

A permeabilidade elétrica, ou constante dielétrica, é uma propriedade muito importante do polietileno de alta densidade, que está relacionado à polarização que pode ser criada quando o PEAD é submetido a um campo elétrico (MUNARO, 2007).

O calor específico do polietileno de alta densidade é um dos mais altos dentre os termoplásticos e é altamente dependente da temperatura. À medida que se aproxima da fusão dos cristais, o calor específico aumenta acentuadamente, mostrando um máximo. Este fenômeno aumenta à medida que a densidade muda, além do fato de que a temperatura de fusão também aumenta (MICHAELI, 1995).