Foam PP para melhorar a sustentabilidade e o custo

As espumas de PP estão fazendo incursões no setor automotivo e de embalagens para aumentar a leveza e a sustentabilidade. (Foto:Avient)


A espumação de polipropileno tem ganhado força significativa nos últimos anos, começando com espuma de PP extrudada e unida cada vez mais por espuma moldada por injeção e sopro. Os principais mercados são automotivo e de embalagens, seguidos de construção civil, produtos de consumo e bens industriais. O desempenho de custos é um grande incentivo, especialmente durante os últimos dois anos, quando os preços domésticos de PP ultrapassaram os preços globais devido a restrições de oferta em meio à forte demanda. No entanto, um fator mais importante no aumento da demanda por espuma de PP é atender às iniciativas e mandatos de sustentabilidade simplesmente usando menos resina e fornecendo uma alternativa para PS e EPS, que às vezes são percebidos como menos “ecologicamente corretos”.

A redução de peso no setor automotivo está ganhando ainda mais força com o foco da indústria em veículos elétricos (EVs) e deve contribuir para o crescimento de PP espumado. Idem para embalagens, impulsionadas por iniciativas de sustentabilidade. Habilitando as perspectivas de crescimento da espuma são os recentes avanços tecnológicos na formação de espuma física e química - e às vezes uma combinação de ambos. Por exemplo, a Trexel, líder em moldagem de espuma física com seu processo de injeção direta de gás MuCell, fez mais melhorias em sua tecnologia nos últimos três anos, o que permite a moldagem de paredes finas em níveis que não eram possíveis anteriormente.

Da mesma forma, iD Additives, Avient e Trexel estão entre os fornecedores de agentes químicos espumantes (CFA) que introduziram formulações que produzem espumas microcelulares com tamanho de célula muito pequeno, distribuição uniforme e excelente estética. Além disso, fornecedores de resina PP, como SABIC e Asahi Kasei Plastics, introduziram classes com resistência de fusão superior, especificamente para estruturas de espuma PP moldada ou extrudada, bem como compostos reforçados especiais especialmente adequados para a formação de espuma. Fontes em outro fornecedor líder de resina PP, a Borealis, observaram que a empresa está comprometida em apoiar o desenvolvimento do mercado de espuma extrudada por meio de seus produtos HMS-PP Daploy (High Melt Strength) e oferecendo soluções de espuma PP. A empresa foi pioneira em trazer PP de alta resistência à fusão para fruição comercial, especificamente voltada para o desenvolvimento do mercado de espuma de PP.

Um estudo de 2018 da empresa de pesquisa de mercado Markets &Markets projetou que o mercado global de espuma de PP extrudado crescerá quase 7% ao ano até 2023. Fontes do negócio global de espuma e peso leve da SABIC observaram que seu PP de ultra-fusão foi desenvolvido para apoiar a extrusão processo no setor automotivo, construção e embalagem, mas eles veem oportunidades em novas aplicações de injeção e moldagem por sopro, onde leveza e sustentabilidade são essenciais.

“A nova legislação para embalagens também é um fator-chave de crescimento para substituir as soluções atuais por espuma à base de PP”, observa uma fonte. Craig Sibol, gerente de produto do negócio de aditivos da Avient, diz que sua empresa vê um crescimento de PP de espuma na casa dos dois dígitos, mas principalmente na moldagem por injeção. “Os problemas de fornecimento de PP afetaram mais as aplicações de extrusão de espuma em setores como a construção civil, portanto, o crescimento é limitado.”

Todd Glogovsky, executivo v.p. de vendas e tecnologia na Asahi Kasei Plastics North America, coloca desta forma:“A formação de espuma e as paredes finas estão continuamente sendo avaliadas para melhorar os custos, o peso e a eficiência do ciclo de produção. Os clientes sempre avaliarão todas as opções para reduzir o peso. As opções de redução de peso são constantemente analisadas umas em relação às outras, e a opção com o maior impacto na economia de custos e nas atualizações de desempenho será selecionada. ”

Segundo Nick Sotos, presidente da iD Additives, “Este ano, quando os preços do PP começaram a subir, começamos a receber solicitações de amostras de nossos agentes espumantes. Havia tanta atividade que decidimos fazer um bate-papo do Zoom chamado ‘Foam It or Fill It’ para falar às pessoas sobre maneiras de ajudar a mitigar os custos crescentes de resina. Isso remonta a quando eu comecei a iD Additives e contratei Ron Bishop, que me disse que existem duas maneiras de cortar custos:‘Você pode espumar ou preencher.

O presidente da Trexel, Brian Bechard, comenta que sua empresa ainda não viu evidências significativas de aumento dos preços de PP levando os moldadores à espuma, porque com MuCell, e em menor extensão com CFA, leva tempo e comprometimento consideráveis ​​para obter um sucesso comercial produzindo uma peça espumada . “As peças moldadas no sólido precisam ser requalificadas quando espumadas. Freqüentemente, isso exige alguns ajustes no projeto da peça para que as propriedades físicas atendam aos requisitos ”, afirma Bechard. “Com o MuCell, também há origem ou modificação do equipamento. Essas tendem a não ser as soluções óbvias para a flutuação de curto prazo do preço da resina. Agora, se os preços da resina estão subindo e o consenso geral é de que eles continuarão subindo, então a economia da espuma se torna mais atraente e, naturalmente, isso vai atrair mais clientes para nós ”.

O porta-painel de instrumentos premiado da SPE Automotive foi feito com Stamax PP de vidro longo da SABIC e um processo de espumação com tecnologia core-back para reduzir o peso em 15%.

Tendências no setor automotivo

Fontes do negócio automotivo global da SABIC observam que compostos de PP espumados têm sido usados ​​no setor automotivo por quase duas décadas para reduzir o peso das peças, tanto da própria espuma quanto da capacidade de criar peças mais finas. Um participante ativo neste espaço, a SABIC ganhou um Prêmio de Inovação Automotiva SPE em 2017 para o portador do painel de instrumentos (IP) do Mini Countryman 2017, que usou o composto de PP Stamax de vidro longo da SABIC e um processo de espumação com tecnologia core-back para corte o peso em cerca de 15% em relação à parte não espumosa.

Mas até bem recentemente, as aplicações de espuma de PP eram restritas principalmente a aplicações estruturais, não visíveis, devido à baixa qualidade da superfície, de acordo com a equipe da SABIC. A demanda por peças internas leves e estéticas, além do forte interesse em reduzir os tempos de ciclo, uso de material e custos, gerou esforços para desenvolver materiais de espuma PP de última geração com acabamento de superfície de alta qualidade. A redução do peso dos componentes estéticos do interior automotivo faz parte da megatendência para reduzir o consumo de combustível e as emissões.

Disse uma fonte da SABIC Automotive, “O forte aumento na produção de veículos elétricos está contribuindo para essa tendência, visto que o peso do VE está vinculado à eficiência e ao alcance. Os compostos de espuma de PP podem dar uma contribuição importante e ajudar a alcançar aplicações com densidade mais baixa, que são 8% a 10% mais leves. Além disso, o maior fluxo de espuma de PP pode permitir peças mais finas e maior liberdade de design que pode reduzir o peso ainda mais. ” A SABIC estima que esses fatores, tomados em conjunto, têm potencial para reduzir o peso da peça em 20% a 25% em comparação com uma peça sem espuma.

Nos últimos anos, a SABIC tem se concentrado na produção de um portfólio de compostos de PP espumáveis ​​que podem contribuir para a redução de peso e, ao mesmo tempo, fornecer excelente estética de superfície. Uma melhoria importante é a minimização de riscos e defeitos na superfície e a segunda é a prevenção potencial de marcas de afundamento, mesmo em peças de parede fina. Normalmente, as peças internas são projetadas com paredes de até 3 mm de espessura, não para fins estruturais ou de rigidez, mas porque paredes mais espessas reduzem a probabilidade de afundamento. A formação de espuma cria pressão interna suficiente dentro da peça moldada para compensar o encolhimento excessivo e reduzir as marcas de afundamento. De acordo com a equipe da SABIC Automotive, design e processamento otimizados são essenciais para extrair o valor total dos materiais de espuma PP, incluindo redução máxima de peso. A próxima etapa é aprimorar ainda mais a estética da tecnologia para uso em aplicações externas.

Após significativa experiência da indústria com espuma MuCell de PP preenchido para peças automotivas, como IPs, painéis de portas e carcaças / tampas sob o capô, Bechard da Trexel diz que agora há um aumento na atividade de espuma não preenchida PP para automotivo e embalagens. As peças automotivas com visibilidade interna é um mercado onde o TecoCell CFA da Trexel foi reconhecido por produzir excelentes acabamentos de superfície por meio de espuma química. “Temos várias peças internas de automóveis classe A visíveis que logo serão comercializadas com o TecoCell, já que este CFA é único em sua capacidade de fornecer um acabamento superficial de classe A.”

Embora o PP espumado tenha sido usado principalmente em áreas não estruturais e não Classe-A, como componentes sob o capô, como bases e tampas de baterias, Glogovsky diz que a Asahi Kasei Plastics tem como objetivo se expandir para aplicações semiestruturais. Um exemplo futuro potencial disso são os consoles de chão, observa ele. Alguns aplicativos existentes incluem bolsos de mapas, headliners e algumas peças de acabamento interno inferiores. ”

Fontes da Borealis apontam que toda a linha de Daploy HMS-PP são materiais ramificados de cadeia longa que combinam alta resistência à fusão e extensibilidade na fase de fusão. Além disso, esses materiais podem ser misturados com toda a gama de graus de extrusão PP padrão e outros materiais à base de poliolefinas. Como tal, eles oferecem a oportunidade de adaptar amplamente as propriedades da espuma para atender às demandas específicas de aplicações de uso final em automotivo, bem como em embalagens e construção.

Sibol da Avient observa que o potencial automotivo para espuma PP continua a ser forte devido ao foco na leveza, e ainda mais agora que os padrões CAFE estão na agenda da atual administração dos EUA. Os segmentos de transporte além do automotivo também estão tendo um bom crescimento. A maioria dos usos de espuma de PP nos quais a Avient se concentrou são na moldagem por injeção, como grandes componentes automotivos e certas aplicações de embalagens. Ainda assim, seus CFAs são usados ​​como o agente de peso leve na moldagem por injeção e como o agente de nucleação na extrusão com injeção direta de gás, para criar uma estrutura de espuma mais fina.

A segunda área de crescimento da Trexel para PP não preenchido são as aplicações de embalagens de parede fina, já que MuCell aumenta a capacidade do material de fluir livremente e preencher peças mais finas moldadas na prensa do mesmo tamanho.

Crescimento em embalagens

Segunda área de crescimento alvo da Trexel para não preenchido PP são aplicações de embalagens de parede fina, como recipientes, xícaras, tigelas, tampas e bicas. Diz Bechard, “Com MuCell, aumentamos a capacidade do material de fluir livremente e isso permite que peças mais finas sejam moldadas no mesmo tamanho de equipamento. Estamos trabalhando em estreita colaboração com vários proprietários de marcas e grandes moldadores de embalagens para trazer produtos comerciais ao mercado usando esta tecnologia. ” Ele observou que no último Chinaplas, o construtor chinês de máquinas de injeção Yizumi (pai de Yizumi HPM nos EUA) usou MuCell para moldar uma tigela que alcançou uma redução de peso de 5%, pressão de injeção 15% menor e redução de 20% da tonelagem de braçadeira vs. moldagem sólida. Resultados semelhantes foram alcançados com um recipiente de manteiga na última exposição.

Fontes da divisão Foam &Lightweight da SABIC estão observando uma maior demanda por espuma de PP em caixas e paletes retornáveis ​​de comércio eletrônico, embalagens de alimentos e embalagens protetoras. A SABIC lançou seu material PP-UMS (ultra-melt-Strength) no final de 2017. Disse uma fonte da equipe:“Desenvolver o mercado e as aplicações leva tempo. Especialmente na indústria de espuma, que pode ser bastante conservadora. O crescimento tem ocorrido desde então, mas foi definitivamente impulsionado em 2020 e ainda continua em 2021 ”.

Sotos, da iD Additives, diz que um grande mercado de PP espumado para sua empresa tem sido o de embalagens industriais como gaylords e pallets “Também entramos em garrafas moldadas por sopro e tampas e fechos com nossos agentes de espuma micro-celular microcelulares.”

Glogovsky de Asahi Kasei vê potencial para expansão no mercado de embalagens, especificamente para esteiras por causa de suas paredes grossas, deixando espaço para melhorias no tempo de ciclo. “Para peças com seção espessa, o processo de moldagem é muito longo devido ao tempo de resfriamento necessário para a retirada do calor. Com a formação de espuma, o tempo de resfriamento será menor porque a massa do material será reduzida. Isso pode economizar de 5% a 35% do tempo de ciclo. ”

Fontes da Borealis observam que as resinas Daploy HMS-PP e suas misturas não são reticuladas. Isso significa que as espumas de PP extrudadas resultantes são totalmente recicláveis, um fator cada vez mais importante no segmento de embalagens e outros segmentos da indústria de plásticos.

Ron Bishop (r.) da iD Additives e um técnico de moldagem examinam a espuma feita com o novo Micro Fine Cell CFA.

Edifícios / Construção e outras aplicações

Sotos vê a madeira plástica como um candidato óbvio para espuma de PP, mas sua empresa também fez alguns trabalhos em peças para telhados e outras aplicações relacionadas, como caixas de ferramentas e níveis para construção.

Espumas estruturais e componentes de construção pré-fabricados, como isolamento para casas, tubos e revestimento de piso, são aplicações buscadas pela equipe de Espuma e Leve da SABIC. Glogovsky de Asahi Kasei não vê a leveza como um fator crítico neste mercado, a não ser porque afeta os custos de envio. “Se os aplicativos forem expandidos para os mercados de construção civil, o raciocínio provavelmente será para a redução de custos resultante do menor uso de material e tempo de ciclo.”

Enquanto isso, Glogovsky vê as aplicações de consumo e de saúde como possibilidades para espuma de PP caso a caso, dependendo da possibilidade de melhoria do tempo de ciclo. Bechard observa que a Trexel está trabalhando com uma grande empresa de produtos domésticos que está explorando o uso do TecoCell CFA da empresa para reduzir o custo e o consumo de resina em sua linha de produtos. E a ID Additives trabalhou com várias empresas em bens de consumo, como cabides de plástico PP com espuma. E aplicações de nicho, como calçados, são citadas pela equipe Foam &Lightweight da SABIC.


O PP termileno reforçado com vidro curto e quimicamente acoplado de Asahi Kasei tem sido usado em módulos de teto solar de espuma para substituir vidro longo / PP sem espuma. (Foto:SPE Automotive) PP reforçado.

Últimos avanços

A equipe automotiva da SABIC lançará um novo portfólio de compostos de espuma de PP para aplicações estéticas de interiores de automóveis no início de 2022. Diz-se que três compostos iniciais demonstram um acabamento superficial aprimorado para essas peças.

A Asahi Kasei desenvolveu materiais para espuma que fornecem cosméticos aprimorados e leveza. Essas tecnologias incluem termileno reforçado com vidro curto, PP quimicamente acoplado, que tem sido usado em módulos de teto solar de espuma, onde foi capaz de substituir o PP de vidro longo não espumado mais caro e tem sido elogiado por fornecer bons cosméticos.

Sotos da iD Additives diz que o lançamento de seus Micro Fine Cell CFAs foi uma virada de jogo para a empresa, pois permitiu que ela visasse aplicações de paredes mais finas.

Na mesma linha, na NPE2018, a Trexel lançou o sistema de gás MuCell P-Series projetado especificamente para soluções de embalagem de parede fina de ciclo rápido. De acordo com Bechard, “desde então, aumentamos muito nossa flexibilidade na implementação de MuCell, oferecendo dosagem de ponta de parafuso, onde gerenciamos a introdução de gás e mistura em uma área mais curta, o que nos permite equipar parafusos padrão com uma ponta de parafuso especial para gás de dosagem. Isso é particularmente importante para aplicações de embalagem onde a saída é fundamental, pois este design não limita a saída de plastificação como nosso design de parafuso tradicional faz. ”

Trexel também complementou recentemente suas unidades de dosagem baseadas em satélite com uma linha potente e de baixo custo de boosters centrais de gás, que fornece moldadores que irão operar várias máquinas usando MuCell uma opção de implementação flexível e de baixo custo.

De acordo com Sibol, o portfólio expandido da Avient de CFAs líquidos e sólidos e suporte de teste pode ajudar os clientes que buscam esticar os limites da leveza enquanto mantém as propriedades mecânicas, especialmente para peças técnicas. “O tamanho menor da célula e a capacidade de manipular a estética da superfície são importantes, mas também somos capazes de manipular as propriedades da superfície. Desenvolvemos tecnologia que permite pintar e / ou decalques adesivos sem corona ou outro tratamento de superfície. Estudos de clientes mostram que também podemos melhorar a eficiência. Por exemplo, às vezes, CFA líquido injetado na impressora faz mais sentido com base nas operações e investimentos que seriam necessários para implementar CFAs sólidos. ”

SABIC’s Foam &Lightweight team touts its PP-UMS as a next-generation high-melt-strength foamable PP. With a melt strength of more than 65 cN, it has been shown to create good foamability, especially if high expansion ratios are required. It is being commercially applied to automotive, packaging (including food containers as an alternative to EPS), and building/construction.

SABIC’s PP-UMS can produce foamed food containers that can replace EPS.