Development of foams from linear polypropylene (PP) and high melt strength polypropylene (HMSPP) polymeric blends

Os polímeros espumados são materiais do futuro, com um leque abrangente de aplicações. Podem ser usados em estruturas de isolamento, por exemplo, ou para reduzir custos com materiais. Este trabalho remete para a extrusão de misturas de Polipropileno isotático (iPP) / Polipropileno com Alta Resistência do Fundido (HMSPP), para a obtenção de espumas. O comportamento reológico do polímero fundido, principalmente a viscosidade na temperatura de processamento, tem um papel decisivo nas aplicações nas quais prevalece o fluxo extensional, como no caso da espumagem. Se a viscosidade for muito baixa, correspondente a uma baixa resistência do fundido, como no caso do homopolímero linear (PP isotático), a espumagem ficará prejudicada, face à impossibilidade de expansão acentuada. Entretanto, se a viscosidade for muito alta (HMSPP), com uma alta resistência do fundido, a espuma colapsará imediatamente após sua formação. A fim de obter espumas com uma estrutura celular homogênea e definida, foram efetuadas misturas 50% em peso entre o homopolímero linear (PP isotático) e o polipropileno ramificado (HMSPP), modificado por radiação gama, em ambiente contendo acetileno e na dose de 12,5 kGy. O processo de extrusão empregou a metodologia de espumagem solúvel, segundo o princípio de processamento/dissolução, que envolve a dissolução de um agente físico de sopro (PBA = Physical Blowing Agent), na pressão em torno de 30 bar, homogeneamente misturado com o fundido polimérico. As condições de extrusão, que, geralmente, compreendem o controle de temperatura, pressão e fluxo do material viscoelástico, foram investigadas experimentalmente para definir as características dominantes em prol da obtenção de espumas. O agente físico de sopro usado foi o nitrogênio. As principais características do PP e HMSPP foram obtidas via medidas reológicas (Índice de Fluidez e Resistência do Fundido) e análises térmicas (DSC/TGA), a fim de viabilizar e reproduzir a posteriori as espumagens pelo processo de extrusão. A morfologia celular das espumas foi investigada minuciosamente, com e sem a adição de talco, como agente nucleante, usando o Microscópio Eletrônico de Varredura. As propriedades mecânicas foram investigadas, via DMA, com base no Módulo de Young e tangente delta. A Rigidez Específica contribuiu com algumas considerações sobre a cristalinidade. As micrografias obtidas apontaram para espumas de células fechadas, nas quais a pressão é mantida durante o estágio de formação da célula. As espumas podem ser usadas em: mobílias; transporte; aterro sanitário; isolamentos; eletrodomésticos; como absorvedora de choque e de som; construção civil, incluindo chapas isolantes, proteção para pisos, perfis para acabamento, acabamentos de interiores; indústria automobilística, em painéis espumados; mercado de embalagem, em geral, incluindo embalagens para freezer e micro-ondas; acondicionamento de artigos médicos como seringas, catéteres intravenosos, frascos, materiais de sutura. fios e cabos e para finalidades estruturais (espumas estruturais), substituindo madeira, metais ou plásticos sólidos. As análises de densidade efetuadas nas espumas do presente trabalho apresentaram resultados típicos de espumas de alta densidade (faixa de 320 a 800 kg/m3), em torno de 500 kg/m3, usadas para fios e cabos e para finalidades estruturais (espumas estruturais), substituindo madeira, metais ou plásticos sólidos. As espumas estruturais têm densidades relativamente altas (acima de 320 kg/m3) e as estruturas celulares são compostas principalmente de vazios.Foamed polymers are future materials, with a comprehensive application field. They can be used in order to improve appearance of insulation structures, for example, or to reduce costs involving materials. This work address to Isotactic Polypropylene / High Melt Strength Polypropylene blends, for foams production. Rheological behavior of polymer melt, especially referring to viscosity in processing temperature, plays a decisive role in applications where dominates extensional flow, as in case of foaming. If the viscosity is very low, it will correspond to a low melt strength, as in case of linear homopolymer (Isotact PP), and the foam will be prejudiced, due to the impossibility of expansion. Otherwise, if the viscosity is very high, with a high melt strength, the foam will collapse immediately after its formation. In order to get foams with an homogeneous and defined cellular structure, there were accomplished blends, 50% in weight, between linear homopolymer (isotactic PP) and HMSPP, from PP modified as per gamma radiation, in acetylene environment and at a 12.5 kGy dosis. Extrusion process used a soluble foaming methodology, according to a processing/dissolution principle, which involves the dissolution of a Physical Blowing Agent (PBA), under 30 bar pressure, homogeneously mixed with polymeric melt. Extrusion conditions, that generally involve temperature, pressure and viscoelastic material flow control were experimentally investigated to define prevalent characteristics for producing foams. Nitrogen was the used PBA and process extrusion parameters were adapted to PP, HMSPP and their 50% in weight mixtures thereof. Major PP and HMSPP characteristics were obtained via melt Index and melt strength and thermal analyses (DSC/TGA), in order to make viable and to reproduce foaming as per extrusion process. Foams cellular morphology of PP, HMSPP and their 50% in weight mixtures thereof was investigated, with and without talc addition, as nucleating agent, by using Scanning Electron Microscope (SEM). Micrographs obtained pointed to closed cells foams, in which the pressure is kept during all cell formation stage, informing that closed cells foams are used in thermal insulation in Civil Construction and in thermal vials. Density analyses accomplished in foams produced in our work showed typical results for high density foams (320 to 800 kg/m3 range), around 500 kg/m3, used for wire and cables and for structural purposes (structural foams), by replacing wood, metals or solid plastics. Structural foams have high density (above 320 kg/m3) and cellular structures are specially composed by holes