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O acetato de etileno-vinilo (EVA) é um copolímero macio e semi-cristalino que impressiona pela sua elevada flexibilidade, excelentes propriedades de amortecimento e uma janela de propriedades excecionalmente ampla – precisamente onde os polietilenos clássicos, os termoplásticos rígidos ou os elastómeros frágeis atingem os seus limites. Ajustando especificamente o teor de acetato de vinilo (VA) e o grau de reticulação, o EVA pode ser personalizado, desde transparente e macio até estruturalmente estável e altamente amortecedor. Isto torna-o a primeira escolha em áreas como solas de sapatos, elementos de amortecimento, encapsulantes solares ou películas flexíveis. [1]
Cristalinidade: a chave para a flexibilidade e o amortecimento
O EVA é um copolímero aleatório de etileno e acetato de vinilo, no qual o teor de VA interfere significativamente com a cristalização do segmento de polietileno. medida que o teor de VA aumenta, o teor cristalino diminui de cerca de 50-60% no PE puro para estruturas quase amorfas com cerca de 40% de VA em peso, tornando o material significativamente mais macio e mais elástico. [2]
A cristalinidade controla tanto a rigidez como a resiliência: uma cristalinidade mais elevada proporciona resistência mecânica, enquanto uma cristalinidade mais baixa conduz a um amortecimento e absorção de energia acentuados – uma razão fundamental pela qual o EVA tem um desempenho tão bom sob cargas cíclicas, por exemplo, em calçado desportivo ou almofadas de vibração. Nas redes de EVA reticulado (cEVA), os domínios cristalinos também podem ser utilizados como pontos de ancoragem física, melhorando a resistência e a estabilidade dimensional, mesmo a temperaturas mais elevadas. [1]
Ponto de fusão e processabilidade térmica
O ponto de fusão do EVA está diretamente relacionado com a cristalinidade e, por conseguinte, com o teor de VA. Enquanto os tipos de EVA cristalinos e ricos em PE têm picos de fusão na gama de cerca de 110-120 °C, a gama de fusão desloca-se para um intervalo mais amplo e significativamente mais baixo de cerca de 40-60 °C com elevados teores de VA (cerca de 40 wt.%). [2]
Na prática, isto significa que os tipos de EVA com um teor moderado de VA combinam um ponto de fusão suficientemente elevado para a resiliência térmica com uma boa processabilidade nos processos de extrusão, moldagem por injeção ou formação de espuma. Nos sistemas EVA reticulados, o ponto de fusão clássico torna-se menos importante, uma vez que a reticulação química impede o fluxo completo – as transições térmicas, no entanto, permanecem dentro do ponto de fusão. Sinal DSC visível. [1]
Temperatura de transição vítrea e comportamento de atenuação
A temperatura de transição vítrea(Tg) do EVA situa-se tipicamente entre cerca de -25 °C e -30 °C, dependendo do teor de VA e da morfologia da rede, pelo que a influência do teor de VA na Tg é comparativamente baixa. As análises dinâmico-mecânicas (DMA) também mostram dois processos de relaxamento: um relaxamento profundo em torno de aproximadamente -90 °C, que é atribuído a segmentos amorfos de PE, e um relaxamento adicional entre aproximadamente -50 °C e +30 °C com um máximo de atenuação pronunciado entre -32 °C e -3 °C. [1]
Estes processos de relaxação são decisivos para o comportamento de amortecimento: na área do fator de perda máximo, o EVA apresenta uma absorção de energia e um amortecimento de vibrações particularmente elevados – uma razão fundamental para a sua utilização em calçado desportivo, almofadas de proteção e aplicações acústicas. Se os componentes forem operados especificamente na janela de temperatura da relaxação principal, o amortecimento pode ser maximizado sem ter de mudar para elastómeros separados. [5]
Estabilidade térmica e mecanismos de degradação
As investigações termogravimétricas As investigações termogravimétricas revelam uma degradação térmica do EVA em duas fases: em primeiro lugar, ocorre a desacetilação dos segmentos VA entre cerca de 300-410 °C, seguida da degradação da cadeia da espinha dorsal de etileno entre cerca de 420-510 °C.
Este mecanismo explica a razão pela qual o EVA pode ser processado com segurança a temperaturas de processamento moderadas (normalmente inferiores a 250 °C), mas tende a libertar ácido acético e a causar degradação estrutural quando exposto a uma tensão térmica excessiva. [1]
A estabilidade térmica pode ser significativamente melhorada com estabilizadores adequados e reticulação, o que permite a utilização em laminados fotovoltaicos, isolamento de cabos e espumas técnicas a temperaturas elevadas. Em aplicações termomecânicas dinâmicas, os tipos de EVA reticulados garantem um módulo estável e propriedades de amortecimento numa gama de temperaturas alargada. [4]
Resistência química, UV e mecânica
Quimicamente, o EVA apresenta uma boa resistência à água, a muitos meios polares e a soluções aquosas; existem limitações quando se trata de produtos químicos fortemente oxidantes ou de certos solventes orgânicos. Em comparação com o PE a adesão e a compatibilidade com cargas – uma vantagem importante para compostos, adesivos e sistemas compósitos. [4]
Sob exposição aos raios UV, ocorrem processos de envelhecimento, tais como amarelecimento, fragilidade e alterações das propriedades mecânicas, particularmente com exposição prolongada. Estes efeitos são fortemente influenciados pelo pacote de aditivos: os graus de EVA formulados com absorventes de UV e antioxidantes adequados alcançam uma resistência a longo prazo significativamente melhorada e são, por isso, adequados para aplicações no exterior, tais como módulos fotovoltaicos, solas exteriores e vedantes. [3]
Mecanicamente, o EVA caracteriza-se por uma elevada resistência ao impacto, boa resistência ao rasgamento e excelente resiliência, especialmente com teores médios a elevados de VA e/ou ligações cruzadas. A combinação de uma matriz macia e de estruturas reticuladas permite um amortecimento e uma estabilidade dimensional simultâneos – um perfil de propriedades que outros termoplásticos de base muitas vezes não cobrem. [4]
Variantes de EVA: Do baixo teor de VA ao hotmelt
A variabilidade do EVA baseia-se em três variáveis de controlo centrais: Teor de VA, distribuição do peso molecular e grau de reticulação [4]. [ 4] As qualidades típicas podem ser classificadas em três grupos: EVA com um baixo teor de VA (aprox. 4-10 %) comporta-se mais como PE, é semi-cristalino e oferece um bom compromisso entre resistência e flexibilidade. Teores médios de VA (aprox. 10-28 %) proporcionam materiais altamente flexíveis com melhor transparência e amortecimento – qualidades típicas para películas e espumas. [ 2] Teores elevados de VA (≥ 30-40 %) resultam em materiais quase amorfos, semelhantes a borracha, com muito boa absorção de energia e adesão, que são frequentemente utilizados em sistemas adesivos. [5]
A reticulação química, por exemplo, utilizando peróxido, cria redes de cEVA com maior estabilidade dimensional térmica, maior módulo e maior durabilidade a longo prazo – um princípio de conceção fundamental para encapsulantes de EVA em módulos fotovoltaicos. Misturas de EVA com poliolefinas ou biopolímeros, tais como PLA reduzem a fragilidade e aumentam especificamente a resistência e o amortecimento sem alterar fundamentalmente o conceito de processamento.
Campos de aplicação típicos: Onde o EVA mostra os seus pontos fortes
A combinação de uma estrutura macia e semi-cristalina, baixa Tg, reticulação ajustável e boa adesão faz do EVA o material de eleição para aplicações de amortecimento e flexíveis. [5]
Solas de sapatos e palmilhas: As espumas EVA oferecem leveza, elevada absorção de energia e amortecimento de baixa fadiga – especialmente em calçado desportivo e palmilhas ortopédicas. Artigos desportivos e de lazer, como tapetes, almofadas de proteção e auxiliares de natação, beneficiam do toque suave, da compressibilidade agradável e da resistência robusta. Os amortecedores de vibrações e oscilações em máquinas, veículos ou eletrónica utilizam a ampla janela de amortecimento do EVA, bem como a possível combinação de estabilidade térmica e flexibilidade. [5]
Os encapsulantes fotovoltaicos feitos de EVA reticulado encapsulam as células solares, protegem contra a humidade, o stress mecânico e a luz UV e garantem uma elasticidade definida do módulo[4]. [ 4] O isolamento de cabos utiliza as propriedades de isolamento elétrico, a flexibilidade a baixas temperaturas e a resistência química do EVA. As colas termofusíveis à base de EVA combinam adesão, resistência e segurança de processamento e são amplamente utilizadas nos sectores da embalagem, da madeira e da construção. [5]
Em muitos destes cenários, a baixa dependência do amortecimento em relação à temperatura, a baixa Tg e a reticulação personalizável determinam se os componentes continuam a funcionar de forma fiável mesmo após milhões de ciclos de carga – e é aqui que o EVA mostra os seus pontos fortes em relação a termoplásticos ou elastómeros mais frágeis e difíceis de processar. [5]
Caracterização instrumental do EVA
Para os utilizadores de laboratório que pretendem otimizar os tipos de EVA especificamente em termos de flexibilidade, amortecimento e resistência térmica, são essenciais análises térmicas abrangentes. Com a Análise Térmica Simultânea (STA, TGA-DSC), os processos de fusão, a cristalinidade, as transições vítreas e a decomposição térmica em duas fases (desacetilação, degradação da espinha dorsal) podem ser determinados e diretamente correlacionados num único ciclo de medição. Além disso, os sistemas DSC oferecem uma análise de alta resolução do comportamento de fusão e cristalização, Tg e entalpias, enquanto a dilatometria e os métodos de medição termofísica apoiam a conceção de componentes EVA no que respeita à expansão térmica e à transferência de calor. Nesta base, os investigadores e engenheiros podem adaptar com precisão as formulações de EVA aos seus requisitos de aplicação – em termos de flexibilidade e amortecimento, bem como de estabilidade a longo prazo e de processo.
Bibliografia
[1] Li, G. et al. (2019): “As propriedades térmicas e mecânicas dos copolímeros de poli (etileno-co-acetato de vinila) e seus análogos reticulados”. Polymers. PMC6631310.
https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC6631310/
[2] Gétenga, C. et al. (2019): “Evolução da viscoelasticidade de copolímeros de etileno-acetato de vinila”. Chemical Engineering Transactions, Vol. 74, pp. 183-188.
https://www.aidic.it/cet/19/74/183.pdf
[3] Jin, J. et al. (2010): “Comportamento de envelhecimento por UV de copolímeros de etileno-acetato de vinilo (EVA) com diferentes teores de acetato de vinilo”. Polymer Degradation and Stability.
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0141391010000911
[4] Renner, K. et al. (2022): “Comparação da cinética de reticulação de encapsulantes EVA e POE transparentes aos raios UV”. Polymers. PMC9003555.
https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC9003555/
[5] Sinocure Chemical (2024): “Aplicações, benefícios e estratégias para prevenir o envelhecimento e o amarelecimento em EVAs reticulados”.
