Polimerização de cloreto de vinilo em fase dispersa : desenvolvimento e caracterização de novos produtos e optimização do processo

Abstract

O presente trabalho teve como objecto o estudo e desenvolvimento de novos produtos com a estrutura base de Poli(cloreto de vinilo) produzidos através dos processos de polimerização em emulsão e suspensão. Na polimerização em emulsão, partindo do conhecimento base da tecnologia de produção detida pela empresa CIRES, S.A., foram realizados diversos estudos tendo em vista um maior domínio e desenvolvimento sobre as condições reaccionais correlacionadas com factores para a redução da viscosidade das denominadas pastas ou plastisóis, constituídas por partículas de polímero impregnadas e dispersas num plastificante líquido. Numa primeira fase dos trabalhos, foram estudadas formas de controlo da distribuição final de tamanhos de partícula. Inicialmente, com uma técnica clássica de polimerização em emulsão, a utilização de diferentes emulsionantes aniónicos permitiu obter um maior conhecimento sobre a respectiva incidência no tamanho médio de partícula. Numa segunda fase, foi aplicada e desenvolvida uma técnica não convencional de polimerização em emulsão. Assim, dando continuidade ao conhecimento publicado, a aplicação de uma mistura de emulsionantes aniónico/não-iónico, tornou possível aceder a um novo método de manipulação e controlo das distribuições de tamanhos de partícula de polímero em emulsão. Com o novo conhecimento obtido na área da polimerização em emulsão do cloreto de vinilo, numa segunda parte dos trabalhos procedeu-se à caracterização reológica dos polímeros de emulsão sob a forma final de plastisóis. Mediante alterações na etapa de polimerização, foi possível sistematizar e, assim, produzir conhecimento sobre os efeitos no comportamento reológico dos plastisóis, nomeadamente na influência do tipo de emulsionante aniónico utilizado. Paralelamente, a optimização do processo industrial foi levada a cabo com o estudo de integração energética de correntes no processo de secagem e, consequentemente, a análise económico-financeira do respectivo projecto. Também, com a análise prévia de várias alterações propostas em diversos itens do processo industrial, foi possível alcançar uma redução substancial nos custos variáveis de produção. Na polimerização em suspensão, foi lançado o objectivo de obtenção de um copolímero do tipo reticulado para a aplicação em produtos especiais, designadamente em superfícies sem brilho (“mate”). Assim, após selecção e estudo comparativo de vários agentes reticulantes na reacção de polimerização, foi investigado o comportamento do polímero aquando da transformação no produto final, designadamente no efeito “mate” pretendido e na qualidade global do acabamento. Este trabalho, tendo por base uma forte componente tecnológica, tenta contribuir para a melhoria da performance do processo industrial de produção do poli(cloreto de vinilo). De uma forma mais ampla, procurou-se aumentar o conhecimento na área da polimerização em emulsão, proporcionando um avanço à tecnologia disponível para a obtenção de novos produtos procurados por um mercado com crescente grau de exigência. Na polimerização em suspensão, o desenvolvimento de produtos para aplicações especiais, visa, sobretudo, dotar o polímero de novas valências técnicas que, escapando às aplicações genéricas, proporcionarão uma maior versatilidade e um maior potencial de crescimento na cadeia de valor. Assente nos objectivos definidos, o presente trabalho tratou as diferentes etapas para a obtenção de produtos finais com a estrutura de poli(cloreto de vinilo); da reacção de polimerização por radicais livres, à caracterização reológica de plastisóis, passando pela formulação e transformação dos (co)polímeros. Consequentemente, embora segmentado nos diferentes temas, o presente trabalho acaba por abranger e integrar vários aspectos de toda a cadeia produtiva, designadamente da unidade industrial onde o mesmo foi realizado.

The aim of this work was to study and develop new poly(vinyl chloride) grades produced by the emulsion and suspension processes. In the emulsion polymerization, considering the basic production technology of the company CIRES S.A., several studies were conducted to reduce the viscosity of the so called Pastes or Plastisols, consisting of fine particles of polymer dispersed in a liquid plasticizer. Thus, controlling the particle size and size distribution of the polymer particles from the emulsion polymerization of vinyl chloride. Initially, using a standard technique, the effect of several anionic emulsifiers, allowed a greater knowledge about the obtained average size. Moreover, continuing the published work, the application of a mixture of anionic/non-ionic emulsifiers, made possible to access a new method of manipulation and control of the particles size and size distribution. In a second part of the work, it was possible to study and correlate different rheological properties of the plastisols, giving rise to further optimizations and new products for the market activity. Moreover, the optimization of industrial process, carried out by the energy integration of streams from the spray drying process and, after prior review, several modifications on various items of the industrial process, allowed a substantial decrease in the variable production cost. In the area of the suspension polymerization, the objective of obtaining a vinyl copolymer, particularly a chemically crosslinked type for special end uses. Besides other properties, this technique was studied to obtain matte surfaces in top coated finished products. Thus, after testing several crosslinking chemicals in the free radical copolymerization, the study of the processing parameters and quality behaviour of the final product, particularly the intended effect in the finishing quality. This work, having a significant technological basis, tries to contribute to the development and a continuous increase performance of poly(vinyl chloride). On a wide though, to increase the knowledge in the area of the emulsion polymerization, providing a new technology to obtain and develop new products required by emerging markets. In the suspension polymerization issue, the development of products for special applications that, above all, can provide new technical values for the polymer that, escaping the general purposes applications, will provide a greater versatility and a growth potential within the market chain value. Based upon the defined objectives, this work dealt with the different steps to obtain the final products based on poly(vinyl chloride); from the conditions during the polymerization reaction, passing through the rheology of plastisols and, finally, through the formulation and processing conditions of the (co)polymers. Therefore, although targeted in different themes, this work covers and integrates several issues that, ultimately, are important parts of the present industrial chain process where, specifically, this work was developed.