Melhoria das suspensões utilizadas em formulações de Acrilonitrilo Butadieno

Abstract

A presente dissertação insere-se num objetivo de melhoria continua dos processos implementados pela Ansell Portugal. Esta entidade é líder global de equipamentos de proteção para as mãos e braços, produz e desenvolve os têxteis (liners) e as suspensões químicas utilizadas para o revestimento das luvas.Em particular, neste projeto pretende-se estudar formas de incrementar a estabilidade de suspensões utilizadas em formulações de acrilonitrilo butadieno. Para que o produto final possua o desempenho e as caraterísticas desejadas e haja uma diminuição dos defeitos das luvas e dos resíduos do processo de fabrico.O estudo dividiu-se em 3 partes seguindo a abordagem do ciclo DMAIC . Iniciou-se pela etapa de definição, identificando os principais problemas a ser abordado: Corpos de compostos nas luvas; Resíduos das formulações nos tanques de produção; Impossibilidade da reutilização das formulações armazenadas devido à formação de aglomerados; Heterogeneidade e aglomerados nas suspensões produzidas atualmente na Ansell (CPaste, ZnO e TiO2).A nível quantitativo estes problemas apresentam um custo para a Ansell. Assim, a Ansell gasta por ano, em desperdício de formulações e em luvas defeituosas, um total de 75512.58 €.A etapa de análise iniciou-se com a caracterização dos resíduos das formulações NITPUG e F0153 resultantes dos IBC’s, nomeadamente análise elementar, análise térmica e SEM . Destes métodos conclui-se que a F0153 produz uma grande quantidade de resíduos inorgânicos, especificamente TiO2. Já a NITPUG apresentou uma maior quantidade de resíduos orgânicos, mais concretamente o polímero de acrilonitrilo butadieno, o que era esperado devido a elevada percentagem deste composto nas formulações.De seguida, foi executada a caraterização dos pós utilizados para a produção das suspensões de TiO2, ZnO, ultra acelerador e agente de suspensão, tendo sido realizado o teste da molhabilidade. O único pó com comportamento hidrofóbico foi o ultra acelerador, utilizado em reduzida quantidade, logo o problema da destabilização não está relacionado com a hidrofobicidade. Foi também realizada uma análise de SEM onde se verificou que os pós de TiO2 e ZnO possuem tamanho de partículas idênticos aos do resíduo da formulação F0153.Posteriormente, passou-se ao estudo das suspensões, onde, recorrendo a análises da sedimentação, potencial zeta e do tamanho de partículas, estudou-se a estabilidade das suspensões utilizadas internamente na Ansell (CPaste, ZnO, TiO2, S e acelerador). Os resultados demonstraram que as suspensões de CPaste, ZnO e TiO2 têm tendência a criar sedimentos por separação de fases e aparecimento de aglomerados. O que vai de encontro com os resultados do potencial zeta e do tamanho de partículas uma vez que a estabilidade para todas as suspensões diminui ao longo do tempo, já o tamanho das partículas aumentou. O enxofre destacou-se pelo elevado tamanho de partículas.Consequentemente, testaram-se vários métodos para a melhoria da estabilidade das suspensões produzidas na Ansell, nomeadamente a utilização de surfactantes, polietilenoglico (PEG 3000 e PEG 600), ponteira de ultrassons, 15%/50% de adição/remoção de agente de suspensão e suspensões de um fornecedor alternativo. As suspensões que revelaram maior estabilidade, foram as com adição de 50% de agente de suspensão e as do fornecedor alternativo. Todos os outros estudos realizados não se demonstraram vantajosos. Assim, recorreu-se à incorporação destas nas formulações que possuíam um maior número de problemas na Ansell, sendo estas a NITPUG, F0153, F4740X e F0119L. Para ambas as opções, no geral, as formulações apresentaram uma estabilidade superior às atualmente fabricadas. Realizaram-se testes de abrasão a artigos obtidos pelas quatro formulações em estudo. Os resultados para as formulações com +50% de agente de suspensão demonstraram-se bastante negativos, pois os níveis de resistência à abrasão foram, no geral, piores do que a produção. Por outro lado, os resultados das resistências à abrasão para as luvas com suspensões do fornecedor alternativo foram no geral superiores ou iguais aos da produção. Apesar da análise económica para a substituição das suspensões internas pelas suspensões do fornecedor alternativo e pelas com mais 50% de agente de suspensão ter apresentado resultados viáveis, os resultados das abrasões não se demonstraram suficientemente bons para passar para a etapa de implementação a nível industrial.Este projeto demonstrou-se exigente e complexo, uma vez que estão presentes vários compostos químicos e fases, especialmente nas formulações, que podem interferir entre si e com os compostos em estudo. Existe então a necessidade de prosseguir e aprofundar este projeto, de modo a alcançar um maior grau de melhoria da estabilidade das suspensões e formulações utilizadas para o revestimento de luvas na Ansell. De modo a conseguir-se chegar a uma solução viável economicamente e implementável à escala industrial.

This MSc Thesis has the objective of continuous improvement of the processes implemented at Ansell Portugal. This company is a global leader in protective equipment for hands and arms, focusing on the development and production of the textile (liners) and chemical suspensions for the coating of gloves. In particular, this project intends to study the improvement of suspension based on acrylonitrile butadiene. The aim is that the final product has the correct performance and properties, to reduce the defects of the gloves and the waste generated by the formulation. This study is divided in three parts according to the approach of the DMAIC cycle. The first stage of this project was the definition, which consists in the identification of the main problems to be addressed: Compost corps on the gloves; Formulations waste resulting after the production tanks; Impossibility of reusing stored formulations due to the formation of agglomerates; Heterogeneity and agglomerates in suspensions currently produced at Ansell (CPaste, ZnO and TiO2).On a quantitative level, these problems represent a massive economic cost for Ansell. The company spends per year on wasted formulations and defective gloves a total of € 75512.58.The analyses stage begins with the study of waste characterization of the formulations NITPUG and F0153 that results from the IBC’s. To that purpose, elemental analysis, thermal analysis, and SEM were employed. It was concluded that F0153 produce a big quantity of inorganic wastes, specifically TiO2. On the other hand, NITPUG resulted in a bigger quantity of organic wastes, essentially the carboxylated acrylonitrile butadiene polymer, which was expected due to the high percentage of this component in the formulations.Then, the powders (TiO2, ZnO, ultra-accelerator and suspension agent) used to produce the suspensions (TiO2, ZnO, ultra-accelerator and suspension agent) were characterized. To that purpose, the wettability test was performed. The only powder with hydrophobic behavior is the ultra-accelerated, used in small amounts, and thus the problem of destabilization is not related whit hydrophobicity. It was also performed an analysis through SEM, where it was verified that TiO2 and ZnO powders have identical sizes to the residue of the F0153 formulation.Subsequently, through the analysis of sedimentation, zeta potential and particle size, the suspensions stability used internally at Ansell (CPaste, ZnO, TiO2, S and accelerated) was thoroughly studied. The results demonstrate that the suspensions of CPaste, ZnO and TiO2 tend to create sediments by phase separation and the appearance of agglomerates. This is further verified by the results of the zeta potential and the particle size, since the stability for all suspensions decreases over time, whereas the particle size increases. Moreover, sulfur stood out for its high particle size.Consequently, several methods were performed to improve the stability of suspensions produced at Ansell, namely the use of surfactants, polyethylene glycol (PEG 3000 and PEG 600), ultrasound tip, 15%/50% addition/removal of the suspension agent and suspensions from an alternative supplier. The suspensions that showed greater stability were those with the addition of 50% of the suspension agent and those from the alternative supplier. All the other studies carried out do not prove advantageous. Thus, we resorted to the incorporation of these in the formulations that had a greater number of problems at Ansell, these being NITPUG, F0153, F4740X and F0119L. For both options, overall, the formulations showed superior stability to those currently manufactured.Furthermore, abrasion tests on articles obtained by the four formulations under study were also executed. The results for the formulations with +50% of the suspension agent proved to be quite negative, as the abrasion resistance levels were, in general, worse than the production. On the other hand, the results of abrasion resistance for the gloves with suspensions from the alternative supplier were generally higher or equal to those obtained from the production.Although the economic analysis for the replacement of internal suspensions for alternative supplier suspensions and for the suspension with more 50% of suspension agent showed viable results, the abrasion results did not prove to be good enough to move on to the implementation stage at an industrial level.This project proved to be demanding and complex, since several chemical compounds and phases are present, especially in the formulations, which can interfere with each other and with the compounds under study. There is therefore a need to continue and deepen this project, to achieve a greater degree of improvement in the stability of the suspensions and formulations used for the coating of gloves at Ansell and thus achieve an economically viable solution that can be implemented on an industrial scale.