O que é a Extrusão reativa?

A Extrusão Reativa (Reactive Extrusion ou REX em inglês) tem-se apresentado nos últimos anos como uma tecnologia de ponta para a síntese e modificação química de polímeros.

Em que consiste a Extrusão Reativa?

O processo de REX baseia-se na utilização de uma extrusora como reator químico, o que permite unificar o processo de polimerização e/ou modificação do polímero e o de granulação numa única etapa. A partir deste desenvolvimento, é possível obter o material apto para a sua posterior transformação através de diferentes processos, como o processo de injeção e o de extrusão de plásticos.

Geralmente, a extrusão reativa é realizada em extrusoras de dupla rosca corrotantes (Twin Screw Extruder TSE em inglês), devido à sua alta capacidade de mistura e versatilidade no design do processo. Nestas extrusoras, os monómeros e/ou polímeros e outros reagentes alimentam continuamente a extrusora, onde fundem, se misturam e reagem ao longo da mesma de forma semelhante a um reator tubular. Finalmente, obtém-se o polímero ou material compósito em estado fundido que é arrefecido e cortado em forma de granza para a sua transformação posterior.

Outra grande vantagem é que a extrusão reativa permite realizar reações de polimerização na ausência de solventes, ou utilizando uma quantidade mínima destes em comparação com processos de polimerização por lotes. Isto permite uma poupança considerável ao evitar-se o uso e posterior processo de extração e recuperação do solvente.

Aplicações da REX

A extrusão reativa é indicada para reações rápidas, onde o processo de reação pode ser realizado no intervalo de tempos de residência típicos destas extrusoras (de 1 a 15 minutos). Para isso, é absolutamente necessário realizar um estudo prévio da cinética de reação, de forma a que possa ser acoplada ao tempo de residência da extrusora através de um design de processo à medida.

As reações mais comuns que podem ser realizadas através do processo de extrusão reativa são as seguintes:

Poliadição: obtenção de poliuretano termoplástico (TPU) de diferente dureza.
Policondensação: síntese de poliésteres como o tereftalato de polietileno (PET), tereftalato de polibutileno (PBT) e poliamidas.
Reações de enxerto e funcionalização: funcionalização de poliolefinas (principalmente polietileno e polipropileno) com anidrido maleico e outros monómeros acrílicos (por exemplo, PE-g-MAH, PP-g-MAH, PE-g-AA, PE-g-GMA).
Compatibilização: obtenção de misturas de polímeros ou blends a partir de poliésteres, biopolímeros com compatibilizantes, alongadores de cadeia, etc.
Processo de esterificação parcial de EVA a partir da substituição do grupo acetato por álcool.
Retículo: formulação de elastómeros termoplásticos a partir de poliolefinas, borrachas, óleos e agentes de reticulação.
Reticulação de polietileno através de vinil silanos e peróxidos.
Degradação controlada: para redução da viscosidade do PP reciclado à medida.
Polimerização iónica: obtenção de ácido polilático (PLA) e de poliamida 6 (PA6) através de reações de polimerização de abertura de anel.
Glicólise. Reciclagem química do PET.
Hidrólise. Obtenção de polióis e aminas a partir de poliuretanos (PU) e poliuretanos termoplásticos (TPU).
Saponificação. Síntese de ionómeros elastoméricos a partir de copolímeros acrílicos de etileno (EMA, EBA).

Casos de sucesso

A AIMPLAS adquiriu uma vasta experiência nesta área a partir da execução de diferentes projetos ao longo dos últimos anos, onde o processo de extrusão reativa tem sido fundamental. Entre eles encontram-se os seguintes projetos:

BIOVEGE, no qual foram enxertados álcoois de cadeia longa em PLA e biopolímeros para a sua utilização em embalagens para vegetais.
BIOBOTTLE (www.biobottleproject.eu), onde se realizou a compatibilização reativa e o aumento da resistência à temperatura de materiais biodegradáveis, para a sua utilização na embalagem de produtos lácteos.
BIOREFINE 2G (www.biorefine2g.eu), onde se obtiveram copolímeros de PLA com poliésteres de ácidos dicarboxílicos obtidos a partir de materiais lignocelulósicos.
Atualmente, a AIMPLAS está a desenvolver adesivos termofusíveis (Hot melt) baseados em ácido polilático no âmbito do projeto PERCAL (www.percal-project.eu). Neste projeto, parte-se do lixo orgânico proveniente dos resíduos sólidos urbanos (RSU), para obter o ácido lático que se utiliza na síntese do PLA.

Capacidades da AIMPLAS no processo de Extrusão Reativa

A AIMPLAS dispõe das seguintes capacidades para realizar o processo de extrusão reativa:

Laboratório de síntese com reatores por lotes e mini-extrusora Haake.
Reómetro de torque Brabender.
Possibilidade de escalar a reação à escala de planta piloto através da aplicação de um software de simulação.
Extrusoras de dupla rosca corrotantes de diferentes comprimentos, de 40 a 56 diâmetros, completamente modulares que permitem a incorporação de sólidos e líquidos em qualquer ponto da extrusora.
Uso de sistemas de dosagem especiais como reatores aquecidos e dosadores gravimétricos tanto de sólidos como de líquidos, bombas de vácuo para a extração de subprodutos de reação, sensores de temperatura em diferentes pontos da extrusora e diferentes portas de entrada de líquidos.
Assistência direta nas instalações da empresa (ao pé da máquina).
Vasto laboratório químico de caracterização para analisar os diferentes produtos obtidos.

Jornada técnica em REX

Além disso, com o objetivo de apresentar esta tecnologia a empresas do setor do plástico, a AIMPLAS realizou no passado dia 27 de setembro uma jornada demonstrativa focada no processo de Extrusão Reativa. A jornada foi patrocinada pelo fabricante de extrusoras Leistritz e foi acolhida com um grande sucesso de participação por parte de profissionais do setor.

A jornada foi composta por uma primeira parte teórica, na qual se descreveu o processo de extrusão reativa e os tipos de reações que podem ser realizadas numa extrusora de dupla rosca corrotante, bem como os diferentes materiais que podem ser obtidos após estes desenvolvimentos. Por sua vez, especificaram-se as capacidades da AIMPLAS e a sua metodologia para realizar desenvolvimentos através do processo de extrusão reativa, bem como uma apresentação das diferentes aplicações e casos de sucesso alcançados nos diferentes projetos realizados nos últimos anos baseados nesta tecnologia.

A segunda parte da jornada foi orientada para a demonstração do processo de extrusão reativa tanto a nível de laboratório como na planta piloto da AIMPLAS. No laboratório, obteve-se um poliuretano termoplástico (TPU) numa mini-extrusora à escala de 8 gramas. Posteriormente, realizou-se a síntese de PLA numa extrusora de dupla rosca corrotante, obtendo-se um PLA de grau de extrusão (peso molecular > 200.000 g/mol).

Finalmente, realizou-se uma demonstração da processabilidade de dois graus diferentes de PLA obtidos através de extrusão reativa, utilizando os processos de injeção e extrusão de folha plana.