Ceras de grife

Ceras/polímeros feitos sob medida por catálise metalocênica

DR. Reiner hess - Dr. Hans Herrmann - Clariant GmbH, Divisão de Pigmentos & Aditivos

Os aditivos são componentes imprescindíveis aos materiais poliméricos e revestimentos; aperfeiçoam as características de processamento dos vernizes e de quase todos os plásticos industriais importantes. Proporcionam, além disto, a modificação das propriedades do produto, de acordo com a aplicação desejada.

O desenvolvimento de aditivos acompanha, há décadas, o desenvolvimento e processamento de plásticos industriais e revestimentos. Uma das inovações mais recentes na área são as ceras para poliolefinas cuja síntese, com auxílio de catalisadores metalocênicos, permite definir, com precisão, ampla gama de propriedades, tais como, dureza, características de fusão, viscosidade e coesão, e, ainda, a compatibilidade com polímeros, de acordo com a aplicação desejada. Essas ceras, comercializadas sob a marca Licocene pela Clariant, são de comprovada utilidade em inúmeras áreas: como agente dispersante na produção de masterbatches, adesivos termoplásticos e massas de vedação, bem como em materiais compósitos convencionais e reforçados com fibra de vidro. Dessa forma, marcam presença até nas indústrias automobilística e de aviação.

Metalocenos – Nos anos cinqüenta, os químicos Karl Ziegler e Giulio Natta revolucionaram a produção de plásticos. Com o uso de catalisadores especiais, conseguiram reduzir decisivamente a pressão e temperatura necessárias nos processos de polimerização. Com a síntese do polipropileno e a redução dos custos da fabricação industrial, os plásticos começaram a ser usados em larga escala. Os primeiros catalisadores Ziegler-Natta eram compostos de halogenados à base de titânio e alquil-alumínios de atividade relativamente reduzida. A ciência, a seguir, ocupou-se do desenvolvimento de catalisadores de maior atividade. Não obstante, todos os catalisadores do tipo Ziegler-Natta têm uma grande desvantagem: ou são substâncias sólidas ou precisam de um substrato. Trata-se, portanto, de catalisadores heterogêneos. 
Tendo em vista que as propriedades da substância sólida determinam, em grande parte, as propriedades catalisadoras, a produção dos catalisadores é muitas vezes complicada. Os catalisadores apresentam centros com propriedades de polimerização diferentes e isto pode resultar numa dispersão bastante ampla de pesos moleculares e distribuição de co-monômeros. A insolubilidade desses catalisadores dificulta a análise do mecanismo de polimerização e o design das propriedades do polímero.

Um grande avanço no desenvolvimento de catalisadores adveio com os complexos organometálicos, que, com sua homogeneidade e simetria específicas (ver figura 1), levaram ao desenvolvimento dos catalisadores metalocênicos. Diferente dos catalisadores Ziegler-Natta, os catalisadores metalocênicos possuem um centro ativo claramente definido (figura 2). Em função disso, os metalocenos costumam ser chamados de catalisadores single-site, ou sítio único, que, devido à boa solubilidade, podem ser analisados criteriosamente. Hoje conhecemos cada etapa da ligação dos elementos da cadeia polimérica pelo catalisador. A seleção de um átomo central com agentes de ligação adequados permite criar polímeros das mais variadas micro-estruturas, estéreo-seletividades, regio-seletividades e taticidades. Vejamos um exemplo: com catalisadores que durante a reação conferem orientação idêntica a todos os grupos laterais dos monômeros obtém-se um polímero isotático. No caso do polipropileno, o resultado seria um material rígido e duro, de elevado ponto de fusão. Um propileno com grupos laterais de orientação alternante resulta em uma variante sindiotática de menor ponto de fusão.

Em determinados casos, pode optar-se, ainda, pela conformação atática na qual a disposição aleatória dos grupos laterais resulta em um polipropileno amorfo, que apenas estará sujeito à solidificação vítrea quando a temperatura for inferior à temperatura ambiente. Mudanças significativas das propriedades podem ser obtidas pela modificação atática e objetiva de polipropilenos isotáticos. Sob determinadas temperaturas, o material torna-se elástico. Efeitos semelhantes podem ser obtidos pela alternância de estruturas isotáticas e sindiotáticas, em estruturas esterobloco. Ao contrário da catálise convencional, esse procedimento proporciona a definição concisa de propriedades peculiares, com a utilização de um só catalisador, dispensando etapas adicionais.

Os catalisadores metalocênicos constituem uma inovação sem igual, que facilita a síntese de plásticos com as estruturas poliméricas desejadas. Os polímeros obtidos são caracterizados por massas moleculares homogêneas, distribuição de massas moleculares em faixa mais estreita e estrutura uniforme dos co-polímeros. As propriedades dos materiais podem ser definidas com precisão: de cristalino a elástico.

Sob medida – Ao longo dos últimos vinte anos, esta descoberta resultou numa multiplicação de catalisadores single-site, solúveis e bem definidos. Para além da síntese de polietilenos e polipropilenos, ou seja, dos polímeros convencionais, os catalisadores metalocênicos, hoje, são usados na produção de ceras para poliolefinas e vêm ampliando a gama por produtos antes inacessíveis. As capacidades catalíticas do metaloceno são usadas para sintetizar ceras e polímeros, em conformidade com a aplicação específica. Até então, havia sido impossível conjugar, com tanta precisão, propriedades como a dureza, o ponto de fusão, a viscosidade, a massa molecular, ou a compatibilidade com a matriz polimérica. 

A linha de ceras Licocene integra basicamente polipropilenos especiais e polietileno, caracterizada por uma excelente relação custo-benefício. A família de produtos abrange desde sistemas amorfos a produtos cristalinos (figura 3); assim, todas as etapas intermediárias podem ser realizadas com diferentes massas moleculares e viscosidades. 

A título de exemplo, é possível melhorar a dispersão de pigmentos em polipropileno com o Licocene PP 6102 que apresenta viscosidade e temperatura de fusão baixas e se destaca por seu ponto de fusão bem definido, pode também ser usada como desmoldante de toner para fotocopiadoras. Outra cera de polietileno de polaridade modificada garante aderência e compatibilidade perfeitas em compósitos PE reforçados de fibras vegetais. A família ainda engloba agente nucleante inovador para a fabricação de poliestireno expandido (EPS); agente antigripante, incolor e multifuncional, desenvolvido para aplicações de coloração sensível em poliamida e poliéster (PBT/PET).

Próxima >>>