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SEMINÁRIO DISCUTE TECNOLOGIA DO PET

Discutir os avanços, vantagens e limitações do polietileno tereftalato (PET) e seus respectivos processos de transformação foram alguns dos objetivos do seminário realizado em 2 de junho, no Novotel, em São Paulo. Promovido pela Husky, Piovan, Sidel e Voridian, destinou-se a profissionais do setor e procurou abordar os aspectos técnicos do tema.

O vice-presidente da Piovan do Brasil Ricardo Prado abriu a sessão discutindo a secagem de PET, um dos requisitos mais importantes para o bom processamento da resina. A abordagem teve início com explicações sobre as principais aplicações, propriedades e características do material, incluindo as capacidades e velocidades de absorção de umidade nos contratipos cristalinos e amorfos, reconhecidamente mais higroscópicos.

Prado citou ainda os efeitos invisíveis e visíveis da umidade sobre o PET. Da primeira classe fazem parte a diminuição das características mecânicas (resistência à flexão, torção e esfregamento), redução das propriedades elétricas, pós-retração, envelhecimento não regular, cristalização mais rápida e geração de acetaldeído (AA) como subproduto da hidrólise.

Já os visíveis são: aspecto opaco e perda de transparência na resina amorfa, vazios, bolhas, estrias, defeitos dimensionais e pontos negros. A umidade afeta também os parâmetros da injetora, alterando o tempo de injeção da rosca e reduzindo as temperaturas internas do canhão em função da diminuição do atrito. A pressão de injeção e a velocidade de resfriamento caem e a distribuição das pressões no molde sofre variações.

Dentre os parâmetros que devem ser controlados durante o processo de secagem, Prado citou a temperatura e vazão do ar de processo, tempo de residência da resina no funil e ponto de orvalho (dew point - DP) do ar de secagem. “Quanto mais baixo o DP, maior a velocidade de secagem”, afirma. Sendo assim, recomenda equipamentos que garantam DP abaixo de – 40ºC.

De acordo com recomendações dos fabricantes de resinas, a umidade requerida na entrada da injetora deve ser inferior a 0,005%, ou 50 ppm (partes por milhão). Prado defende índices mais baixos: menos de 0,003%, ou 30 ppm. “Em alguns casos a umidade tem de ser menor que 20 ppm.”

Na seqüência, apresentou opções de equipamentos e algumas dicas para facilitar a escolha da tecnologia de secagem. Dentre os parâmetros e itens de maior importância na composição do equipamento, Prado incluiu o baixo ponto de orvalho, a instrumentação para o controle de processo, o funil totalmente isolado, bombas de alta pressão estática e peneiras moleculares de alta eficiência. “A escolha da tecnologia é fundamental.”

Processos – O coordenador de projetos da Husky do Brasil Paulo Carmo discorreu sobre os “Últimos Avanços Tecnológicos na Injeção de Preformas PET.” Uma das principais evoluções diz respeito ao número de cavidades. De 12, no início da fabricação na década de 70, os sistemas evoluíram para 144 em 2003.

Vários fatores contribuíram para tamanha ampliação da capacidade produtiva, desde os sistemas de fechamento das injetoras, cuja eficácia cresceu exponencialmente, até os recursos capazes de garantir as mesmas condições reológicas (pressão, temperatura, etc.) em todas as cavidades. Dentro desse contexto, citou a evolução dos sistemas de câmara quente. Os moldes também tiveram suas vidas úteis prolongadas e a manutenção facilitada. “Máquinas menores operam com moldes maiores.”

Avanços significativos foram registrados ainda no controle das máquinas com o uso de PC, permitindo a comunicação da injetora com a rede local e comando remoto via Internet, além da integração com os equipamentos auxiliares de processo (secadores, chillers, alimentadores, etc.). Novos recursos buscaram ainda facilitar a interface homem/máquina, simplificando a operação global. Na avaliação de Carmo, o conceito de célula de produção ganha cada vez mais força.

Destacou ainda as vantagens da plastificação otimizada. “O uso de unidades de injeção de dois estágios permite a plastificação durante todo o ciclo de injeção.” Com isso, obtém-se maior capacidade de plastificação, menor nível de AA devido à menor velocidade da rosca e menor cisalhamento, e maior eficiência energética devido à redução de tempo amorfo. O desenho das roscas garante massa fundida mais homogênea, excelente mesclagem de pigmentos e plastificação até 1.400 kg/hora.

As evoluções permitiram assim a fabricação de preformas mais leves, com reduzida espessura das paredes, sem prejuízo de desempenho. Na palestra, Carmo apresentou um estudo de caso com preforma de 600 ml para refrigerante, cujo peso final caiu de 27,7 gramas para 25 g e a parede passou de quatro mm para 3,57 mm. Com isso, o tempo de produção de um mesmo lote foi reduzido em 2 meses e o consumo de resina baixou em 270 toneladas. O ciclo passou de 17,3 para 15 segundos.

De acordo com informações da Husky, 75% da composição dos custos da preforma correspondem à resina. O equipamento representa 8%; energia elétrica, 4%; mão-de-obra, 4%, e outros, 9%. Os números têm como base uma preforma para garrafa de refrigerante de 500 ml.

A Husky produz três famílias de injetoras para a fabricação de preformas. A Hypet, cuja extração ocorre por robô, destina-se à fabricação de preformas mais leves e de fácil transferência. Atende a volumes mais baixos com freqüente troca de moldes. A Index, sem manipulador, garante maior produtividade, adequando-se à moldagem de preformas complexas e de difícil transferência, como a de boca larga em forma de sino.

O sistema de resfriamento emprega a mesma água de resfriamento do molde na parte externa e sopro de ar frio dentro da preforma para complementar e agilizar o processo. Destina-se ainda à produção contínua com moldes dedicados e ciclos mais rápidos, entre outras características. A Index SB, injetora híbrida, atende a pequenos lotes. “Garante alta flexibilidade a custos extremamente competitivos.”

A empresa estima em 74% sua participação global no mercado de preformas em 2003, contra 69% em 2001. Dentre os serviços locais, destaca a integração de células, desenvolvimento de processos, teste de moldes, máquinas e resinas, treinamento de clientes, recuperação de moldes e estoque de peças.

O gerente da Sidel do Brasil Américo Bini falou sobre os avanços registrados no processo de estiramento e sopro das preformas. A Sidel, empresa do grupo Tetra Laval, fornece linhas completas, desde a produção da garrafa até a paletização do produto envasado. “Novas tecnologias buscam reduzir o preço da embalagem sem comprometer sua qualidade e desempenho”, garante.

Dente as evoluções, citou o aumento da capacidade produtiva das máquinas, a agilização na troca de moldes, a redução nos custos e tempos de manutenção e a economia de energia elétrica em virtude, entre outras coisas, da redução do consumo de ar comprimido no processo. “Dependendo do volume da garrafa e do tipo de equipamento, a economia de ar atinge 30%.”

Comentou ainda o surgimento de tecnologias capazes de ampliar a barreira a gases, como a Actis fabricada pela empresa. O processo consiste na aplicação de coating interno (carbono amorfo) na garrafa soprada. A tecnologia amplia a capacidade de barreira tanto em relação ao gás carbônico quanto ao oxigênio, adequando-se ao envase de chás, bebidas carbonatadas e cervejas, nicho ainda pouco explorado. “Garante shelf life de seis meses para as cervejas.” 

De acordo com Bini, 21 linhas já foram instaladas pela companhia no mundo. Já a série de sopradoras SOB, lançadas em 1980, garante à Sidel 71% de participação na produção mundial de garrafas de PET. A série Combi combina sopro e envase e destina-se à diversas aplicações. “São mais de cem instaladas no mundo.”

Resina – A representante de serviços técnicos da Voridian Carmen Baum apresentou a palestra “Stress-Cracking e Propriedades de Barreiras: Como Minimizar o Primeiro e Maximizar o Segundo”. O stress-cracking (ESCR) foi o primeiro tema abordado. De acordo com Carmen, o efeito só ocorre quando o material apresenta três situações simultâneas: encontra-se em estado amorfo, submetido a esforço e exposto ao ataque de agente químico agressivo. “Decorre da extrapolação dos limites dos três fatores.” Isoladamente, produzem outros efeitos mas não o craze (fissura) e a greta (fenda). 

As fissuras (aproximadamente 50% fibrilas de polímeros e 50% vácuo) são precursoras das fendas. As condições para o stress-cracking são praticamente inerentes ao PET, em especial para o envase de bebidas carbonatadas. Porém, devem permanecer dentro de um limite, sempre bem controlado. “O problema é que trabalhamos muito próximos do limite e uma pequena variação pode causar o estouro.”

Outra questão importante refere-se ao fato de os parâmetros serem cumulativos. O desenho da garrafa, a distribuição da espessura e as irregularidades na superfície do molde estão entre os fatores que elevam os limites de esforço do material, assim como a pressão interna (enchimento, armazenagem e distribuição).
Os detergentes empregados para a limpeza da linha de enchimento, em geral substâncias alcalinas, entre outros limpadores (surfactantes), os lubrificantes, agentes desmoldantes e até os produtos químicos contidos nas caixas de papelão podem promover ataques químicos, quando não são compatíveis com o PET.

Quando o problema surge torna-se imprescindível revisar desde as etapas iniciais da produção até a estocagem das garrafas envasadas para um diagnóstico preciso. Segundo Carmen, existem vários fatores e ações capazes de evitar o ESCR, como o uso de lubrificantes compatíveis com o PET e nas concentrações recomendadas, o enxágüe bem feito das linhas após a limpeza com produtos alcalinos, desenhar as garrafas com baixa concentração de esforço nas bases (zonas amorfas) e não promover a sobrecarbonatação.

Carmen aconselha ainda evitar o armazenamento das preformas ou garrafas vazias por muito tempo e a exposição desnecessária das mesmas a agentes químicos, tais como óleos, álcoois, lubrificantes, limpadores, detergentes, águas duras, etc. Sugere que se mantenha uma boa viscosidade intrínseca nas preformas (índice que mede o comprimento da cadeia molecular) e não se armazene garrafas cheias a temperaturas elevadas.

Barreira – Com relação às propriedades de barreira, Carmen abordou apenas as características da resina em garrafas de uma camada, sem considerar outros agregados, enumerando os fatores que afetam tais propriedades, além de fornecer dicas para melhorá-las. O PET, polímero semicristalino, possui uma parte cristalina e outra amorfa, esta última permeável aos gases.

Segundo Carmen, as áreas amorfas podem ser moldadas menos permeáveis por meio de orientação molecular. Sendo assim, o estiramento e a respectiva temperatura necessária para esta etapa do processamento afetam a permeabilidade dos gases. “No caso hipotético de uma garrafa com 26% de cristalinidade e uma orientação típica, estudos demonstram que 80% da barreira é obtida pelos cristais e 20% resultam da orientação da parte amorfa.”

Outro fator muito importante associado à morfologia do PET biorientado é o creep (alongamento), que não afeta só a barreira como também a vida útil dos refrigerantes. “A mudança de volume em decorrência da deformação permanente faz com que mais CO2 escape do líquido na parte superior da garrafa, aumentando a perda de gás.” Sendo assim, as baixas orientação e espessura das paredes aumentam o creep.

Outros fatores que interferem na permeabilidade dos polímeros são o esforço, condições de temperatura e umidade relativa. Quanto maior for a temperatura, maior a difusão de gases. “No caso da umidade, o vapor de água compete com o gás seja CO2 ou O2. Essas moléculas de água enchem os micro buraquinhos do PET que, além dos gases, passam a conter água.” 

Ressalta ainda que a espessura uniforme oferece a melhor barreira. “O aumento da espessura diminui o esforço na parede e reduz o creep e a expansão elástica, portanto, diminui a perda de CO2.” De acordo com Carmen, embora a viscosidade intrínseca não afete as propriedades de barreira é aconselhável mantê-la alta e uniforme para garantir boas características de sopro e a distribuição apropriada da espessura.

S. F.

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