1. Visão geral dos materiais EVOH: de materiais químicos básicos a materiais de barreira de alto desempenho
O polímero de álcool vinílico viniletileno é um material polimérico funcional com excelentes propriedades de barreira. É amplamente utilizado em embalagens de alimentos, embalagens farmacêuticas, tanques de combustível de automóveis e tubos de piso radiante. Sua maior característica é a permeabilidade extremamente baixa ao oxigênio, razão pela qual foi apelidado de "material de barreira de alto-desempenho" na área de embalagens plásticas.
Ao contrário dos plásticos comuns, como polietileno (PE) e polipropileno (PP), o EVOH não é polimerizado diretamente a partir de um único material, mas é produzido por meio de uma reação química de várias-etapas. Suas principais matérias-primas vêm da cadeia da indústria petroquímica, tendo como materiais principais o eteno e o acetato de vinila (VA).
Em termos de cadeia industrial, o EVOH pertence às áreas de química fina e polímeros de alto desempenho. O upstream depende do fornecimento de matérias-primas petroquímicas, e o midstream produz resina EVOH por meio de polimerização, alcoolização e outros processos. Processamento downstream em filmes, folhas, tubos e materiais de embalagem compostos.
2.Principais matérias-primas da EVOH: Etileno e acetato de vinila
A principal matéria-prima do EVOH é o copolímero de etileno acetato de vinila (EVA). A rota de produção é a seguinte:
Etileno → Copolímero de etileno acetato (EVA) → Copolímero de etileno álcool vinílico (EVOH)
(1) Etileno
O etileno é uma das maiores matérias-primas químicas básicas do mundo e o monômero mais importante na indústria de plásticos.
O etileno vem principalmente de:
Quebra de nafta
craqueamento de etano;
Tecnologia de olefinas de carvão.
Após reações químicas, o etileno pode ser utilizado na produção de diversos materiais poliméricos, tais como:
polietileno (PE);
Materiais relacionados com PVC;
EVA;
EVOH et al.
Durante a produção de EVOH, o etileno fornece a estrutura do etileno na cadeia polimérica, conferindo ao material flexibilidade, processabilidade e resistência à umidade.
O teor de etileno também é um importante indicador do desempenho do EVOH. Em geral:
Baixo teor de etileno → alto desempenho de barreira ao oxigênio, mas baixa resistência à umidade;
Alto teor de etileno → melhora a flexibilidade, melhora o desempenho do processamento, mas reduz o desempenho da barreira.
Portanto, diferentes campos de aplicação escolherão diferentes graus de EVOH com proporções de etileno.
(2) Acetato de vinil
O acetato de etileno é outra matéria-prima fundamental para a produção de álcool vinílico.
O acetato de vinil consiste principalmente em:
Etileno;
Ácido acético;
Oxigênio
preparado por reação catalítica.
O acetato de etileno primeiro copolimeriza com etileno para formar:
Acetato de etileno vinil
EVA é então alcoolizado para converter os grupos de ácido acético em estruturas hidroxila, resultando em:
Copolímero de álcool etileno vinílico
Entre eles, a estrutura do álcool etileno é a chave para as propriedades de alta barreira do EVOH.
3. Processo de produção de EVOH: Do EVA às resinas de barreira de alto desempenho
O álcool vinílico e o álcool vinílico não podem ser polimerizados diretamente porque o próprio álcool vinílico é muito instável para a polimerização industrial direta. A produção industrial segue, portanto, um caminho indireto.
Todo o processo de produção consiste em três etapas principais:
Fase 1: Copolimerização de etileno com copolimerização de acetato de vinila
Primeiro, o etileno e o acetato de vinila copolimerizam para formar a resina EVA.
Esta fase determina:
Estrutura molecular;
Razão de etileno;
Desempenho subsequente do produto.
Segunda etapa: reação de alcoólise
unidades de acetato de vinil em EVA são convertidas em unidades de álcool vinílico por alcoolólise.
Compreensão simples:
Acetato de vinil → → Estrutura do álcool vinílico
Quanto maior a solubilidade do álcool, maior a proporção de grupos hidroxila no EVOH e melhor o desempenho da barreira ao oxigênio do material.
Fase III: Processamento de Granulação
Após a degradação do álcool, o EVOH passa por:
Limpeza;
Seco;
Extrusão por fusão
Corte de partículas;
Finalmente, são formadas partículas de resina EVOH.
Essas partículas de resina são revendidas para empresas de filmes e processadas em produtos finais por meio de sopro, fundição e coextrusão multi-camadas.
Como a estrutura da matéria-prima afeta o desempenho do EVOH?
O desempenho do EVOH está intimamente relacionado à proporção de matéria-prima, e o indicador mais importante é o teor de etileno.
O teor de etileno é normalmente em torno de 20% a 50%, com diferentes proporções resultando em propriedades diferentes.
Baixo teor de etileno EVOH
Características:
Desempenho de barreira de oxigênio ultra{0}}forte;
Alta transparência;
Adequado para embalagens de alta demanda.
Aplicativo:
Filme de alta barreira alimentar;
Embalagens de medicamentos;
Materiais de embalagem de precisão.
Fraquezas:
Higroscopicidade forte;
O processamento é relativamente difícil.
EVOH rico em etileno
Características:
Melhor flexibilidade;
Janela de processamento mais ampla;
Melhore a resistência à umidade.
Aplicativo:
Sistemas de combustível automotivo;
Embalagens industriais;
Camada de barreira de oxigênio do gasoduto.
Fraquezas:
o desempenho da barreira de oxigênio diminuiu.
Portanto, as empresas produtoras de EVOH precisam ajustar a proporção de etileno de acordo com a demanda do mercado e desenvolver diferentes tipos de produtos.
