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Título: Migração da erucamida em filmes de polietileno
Título(s) alternativo(s): Migration of erucamide in polyethylene films
Autor(es): Maziero, Kelly Cristina
Orientador(es): Muniz, Edvani Curti
Palavras-chave: Polietileno
Filmes plásticos
Termogravimetria
Polyethylene
Plastic films
Thermogravimetry
Data do documento: 20-Dez-2024
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Londrina
Citação: MAZIERO, Kelly Cristina. Migração da erucamida em filmes de polietileno. 2024. Dissertação (Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Londrina, 2025.
Resumo: A erucamida é um aditivo deslizante migratório adicionado a filmes de polietileno (PE) para reduzir seu coeficiente de fricção (COF). Durante o processo de extrusão pequenas quantidades de erucamida são incorporadas na matriz polimérica, que ao longo do tempo, migra para a superfície modificando as propriedades superficiais do filme. A redução do COF depende da quantidade real de erucamida disponível na superfície do filme. Se a migração não ocorrer conforme desejado, pode haver o excesso ou redução do aditivo deslizante na superfície do filme afetando sua performance. Embora estudos tenham esclarecido muitas das características da migração da erucamida, manter a estabilidade do COF para filmes de PE sob diferentes condições ambientais e durante longos períodos de armazenamento tem sido um problema persistente para a indústria de embalagens flexíveis, pois o COF é a única análise comumente realizada, pois é rápida, fácil e de baixo custo. Neste trabalho foram reunidos um conjunto de técnicas para caracterizar um filme de polietileno produzido em 3 camadas e adicionada erucamida na camada central com o propósito de correlacionar essa migração com tempo, temperatura e os efeitos advindos dessa migração. Utilizando as técnicas de DSC, TGA e cromatografia liquida de alta eficiência (HPLC) pode-se caracterizar o filme como sendo de polietileno de baixa densidade e com uma concentração de aproximadamente 3890 ppm de erucamida. O grau de cristalinidade afeta a migração, por isso os filmes foram avaliados por meio da difração de raios-X e os resultados comparados com os de DSC e foram observados resultados semelhantes. A distribuição superficial do aditivo foi observada em diferentes tempos e temperaturas por meio da microscopia eletrônica de varredura (MEV). Um gráfico de COF em função do tempo, temperatura e da morfologia da superfície do filme revelou que o COF reduziu rapidamente com o aumento da temperatura. Após 72h os valores de COF foram os mesmos para amostra armazenada a temperatura ambiente e a armazenada a 50ºC, entretanto um excesso de cristais de erucamida na superfície da amostra aquecida a 50ºC é nitidamente visível. O excesso de cristais de erucamida na superfície do filme causou aumento da temperatura para selagem do filme, o que não é desejável em filme de alta eficiência. Desta forma, eventual aumento da temperatura de selagem que ocorre no processamento industrial de embalagens flexíveis pode estar relacionado ao excesso de erucamida na superfície do filme. Com o aumento da temperatura e do tempo de armazenamento identificou-se claramente uma redução do ângulo de contato, mostrando que esta técnica foi capaz de identificar o excesso de erucamida na superfície do filme. Por meio da FTIR-PAS foi possível detectar a erucamida em uma camada muito próxima à superfície do filme e os resultados corroboram com as análises de microscopia e COF. Sendo assim, o conjunto de técnicas utilizadas nesse trabalho mostrou-se eficiente para indicar a presença de excesso de erucamida na superfície de filmes de PE e encontrar possíveis soluções e correções nas eventuais anomalias encontradas no filme, evitando perdas e impactos financeiros e ambientais.
Abstract: Erucamide is a migrating slip additive that is added to films of polyethylene (PE) to reduce the coefficient of friction (COF). During the extrusion process, small amounts of erucamide are incorporated into the polymer matrix, which over time migrates to the surface, modifying the film's surface properties. The reduction in COF’s value depends on the actual amount of erucamide available on the surface of the film. If the migration does not occur as expected, there may be an excess or reduction of the slip additive on the film’s surface, affecting its performance. Although studies have clarified many of the characteristics of erucamide migration, maintaining COF stability for PE films under different environmental conditions and over long periods of storage has been a persistent problem for the flexible packaging industry being the COF the only analysis commonly carried out, as it is quick, easy and low-cost. In this work, a set of techniques were brought together to characterize a polyethylene film produced in 3 layers and with erucamide added to the central layer with the purpose of correlating the erucamide migration with time, temperature and the effects arising from such migration. Using DSC, TGA and High-Performance Liquid Chromatography (HPLC) techniques, the film can be characterized as low-density polyethylene (LDPE) with a concentration of approximately 3890ppm of erucamide. The degree of crystallinity affects migration, so they were evaluated using X-ray diffraction and compared with DSC technique that showed similar results. The surface distribution of the additive was observed at different times and temperatures using images collected through scanning electron microscopy (SEM). A plot of COF as a function of time, temperature and film surface morphology revealed that COF reduced quickly with increasing temperature, and after 72h the COF values for the samples stored at room temperature and for the ones stored at 50 ºC were the same, however the excess of crystals on the surface of the heated sample is clearly visible. Such excess crystals on the surface increase the film's initial sealing temperature, which is undesired in high-efficiency film processes. Therefore, any increase in sealing temperature may be related to excess erucamide on the film surface. The excess of erucamide can be detected through measuring contact angle of samples. Using FTIR-PAS, it was possible to detect erucamide in a layer very close to the surface of the film and the results corroborate the microscopy and COF analyses. Therefore, the set of techniques used in this work proved to be efficient in clarifying and finding possible solutions and corrections to any anomalies found in the film, avoiding losses and financial and environmental impacts.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/36952
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