POLÍMEROS. Prof. Roberto Monteiro de Barros Filho. ago. 2014

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1 POLÍMEROS ago. 2014

2 Macromoléculas Moléculas grandes contendo um número de átomos encadeados superior a uma centena e podendo atingir valor ilimitado, podendo ou não ter unidades químicas repetidas 2

3 Polímeros Moléculas relativamente grandes, de pesos moleculares l da ordem de 10 3 a 10 6 em cuja estrutura se encontram repetidas unidades químicas simples conhecidas como meros. O número de meros da cadeia polimérica é denominado grau de polimerização 3

4 Monômero Moléculas menores, mais simples, de baixo peso molecular, que reagem para formar as cadeias poliméricas. Polimerização Reação química que dá origem ao polímero. 4

5 Nomenclatura de polímeros prefixo poli + monômero 5

6 Principais Grupos Funcionais e Substâncias Químicas envolvidas na nomenclatura de Polímeros 6

7 Tipos possíveis de cadeias poliméricas (Homopolímeros) 7

8 Tipos possíveis de cadeias poliméricas (Copolímeros) 8

9 Polímeros de interesse industrial Os polímeros sintéticos são sintetizados quimicamente, em geral, de produtos derivados do petróleo Podem oferecer uma infinidade de desenhos possíveis São projetados para atender cada aplicação requerida O tamanho e a composição química podem ser manipulados a fim de criar propriedades para quase todas as funções 9

10 Classificação dos polímeros 10

11 Plásticos O termo plástico vem do grego, e significa adequado à moldagem. Plásticos embora sólidos à temperatura ambiente em seu estado final, em algum estágio de seu processamento, tornam-se fluidos e possíveis de serem moldados, por ação isolada ou conjunta de calor e pressão. 11

12 Polímeros (plásticos) Termoplástico: são polímeros que podem ser fundidos e solidificados repetidas vezes sem modificação significativa nas propriedades básicas, nesta classe estão o PE, PP, PS, PVC, PC. Termofixo, termorrígidos ou termoestáveis : são polímeros que depois do processo de cura (ligações cruzadas) não podem ser fundidos ou dissolvidos sem que ocorra degradação química. Ex: Baquelite, poliéster insaturado, borracha vulcanizada, poliuretano, etc. 12

13 Elastômeros Materiais poliméricos termofixos que trabalham com grandes deformações dentro regime elástico, em alguns casos mesmo quando se aplicam altas tensões (podem chegar a deformações de até 1000%). Amorfos, suas cadeias poliméricas estão dispostas de maneira desordenada e enovelada, não apresentando, portanto, algum grau de cristalinidade. Elastômeros Termoplásticos (TPE) Materiais copoliméricos termoplásticos que apresentam comportamento elastomérico. 13

14 Principais Termoplásticos Polietileno - PE Poliestireno PS Polipropileno PP Poli(metacrilato de metila) - PMMA Poli(cloreto l de vinila) il - PVC Poli(acetato de vinila) PVA Poliamida PA - Naylon Poli(tereftalato de etileno) PET Poloicarbonato - PC 14

15 Polietileno - PE Polietileno é, provavelmente, o plástico maisusadonodia-a-dia di di Tem uma estrutura muito simples, a mais simples esde todos os polímeros os comerciais ecas Algumas vezes sua estrutura se torna um pouco mais complicada: Às vezes, alguns átomos de carbono, ao invés de ter átomos de hidrogênio ligados a eles, têm longas cadeias de PE ligadas a eles. São chamados ramificados ou PEBD. Quando não existem ramificações, são chamados de lineares ou PEAD. PE linear é muito mais forte do que o PE ramificado, mas o ramificado é mais barato e mais fácil de sintetizar. 15

16 Polietileno - PE 16

17 Poliestireno - PS A combinação de copolímeros em bloco possibilita a construção de polímeros com diferentes propriedades. PS é um polímero rígido e barato e provavelmente apenas o PE é mais usado no nosso dia-a-dia. Tipos : cristal, resistente ao calor, alto Resistente ao Calor e Alto Impacto impacto. EPS - Poliestireno Expandido (Isopor ) PS é um dos componentes de uma borracha rígida chamada SBS poli(estireno-butadieno-estireno): termoplástico elastomérico. EPS 17

18 Poliestireno - PS Cristal EPS 18

19 Polipropileno - PP Polipropileno il é um dos mais versáteis polímeros que existem. Podem ser usados como plásticos e como fibras. Plásticos: embalagem de alimentos que são levadas a lava-louças (podem ser usadas pois não fundem abaixo de 160 o C). Fibras: carpets de uso externo/interno (funcionam bem quando feitos de PP porque são fáceis de colorir e porque não absorvem água). PPR Termofusão Tubos pra água quente Polipropileno copolímero randon 19

20 Poli(metacrilato de metila) - PMMA Utilizado, entre outras coisas, em substituição ao vidro em janelas de segurança PMMA é mais transparente que o vidro. Quando janelas de vidro são feitas com espessura elevada, torna- se difícil enxergar através delas. Janelas de PMMA podem ser feitas com 33cm de espessura e ainda assim são perfeitamente fi transparentes. Portanto, o PMMA um material perfeito para fazer largos aquários, cujas janelas devem ser grossas o suficiente para conter a alta pressão Aquário de SP maior da América de milhões de galões de água. Latina com 3X5m e acrílicos de 150mm 20

21 Poli(cloreto de vinila) - PVC PVC é útil porque resiste a duas coisas: fogoeágua g Inicialmente a síntese do PVC foi patenteada na Alemanha mas como eles não conseguiram descobrir uma utilização para a nova descoberta, em 1925 sua patenteexpirou. t Em 1926 pesquisadores americanos, trabalhando blh independentemente, d inventaram o PVC e primeiramente o utilizaram em cortinas para chuveiro. Posteriormente milhares de aplicações forma descobertas. PVC CPVC Policloreto de vinila clorado 21

22 Poliamida - PA - Nylon (náilon) Nylon primeira i fibra completamente sintética, foi desenvolvida em meados da década de 1930 nos laboratórios da Du Pont. Poliamida que lembra um poliéster, mas resulta de uma reação entre grupos NH 2 (no lugar de OH) e carboxilas. O átomo de hidrogênio a mais nessa substituição permite a formação de pontes de hidrogênio que dão resistência mecânica ao material. MEV - Seção da fibra do Nylon 22

23 Poli(tereftalato de etileno) - PET PET pode ser utilizado como plástico ou fibra. As cargas positivas e negativas dos diferentes grupos éster da cadeia do PET são atraídas uma em direção aoutra.estaéa razão do alinhamento das cadeias em forma organizada, responsável pela força das fibras formadas. A reutilização da garrafa de PET pode se tornar um problema devido a dificuldade na esterilização do material, pois o polímero não suportaria as altas temperaturas utilizadas. Uma alternativa seria utilizar uma mistura de PET com PEN poli(naftalato de etileno). A mistura obtida pode suportar o processo de esterilização. Lã de PET 23

24 O PU foi criado pelo químico alemão Otto Bayer no início da 2ª Guerra Mundial para substituir as borrachas naturais. Poliuretano - PU É amplamente usado em espumas rígidas e flexíveis, em elastômeros duráveis e em adesivos de alto desempenho, em selantes, em fibras, vedações, gaxetas, preservativos, carpete s, peças de plástico rígido e tintas. t Revestimento de tubulações de Ar condicionado. Telhas termoacústicas ou telhas sanduiche. 24

25 Policarbonato - PC PC obtido a partir dos monômeros bisfenol A e fosgênio apresenta características de um material termoplástico. PC podem formar ligações cruzadas tornando o polímero um material com características termorrígidas. Essas ligações cruzadas tornam o polímero muito forte, ou seja, um material com maior resistência a ruptura do que o vidro e por isso utilizado na fabricação de lentes óticas (material mais leve e com maior índice derefração). 25

26 Principais Termofixos Fenol formaldeído Baquelite Uréia formaldeído Melamina Resina epóxi Resina alquídica 26

27 Fenol formaldeído - FF - Baquelite FF - criada em 1909 nos USA pelo químico Leo H. Baekeland. Em 1910 criou a General Bakelite Company. È o mais antigo polímero sintetizado de uso industrial. 70% da produção é destinada à fabricação de resinas para os mais variados fins, como adesivos. Com boas propriedades de isolamento elétrico e térmico suportando temperaturas mais altas que a maioria dos polímeros. Ultimamente já por ser pigmentado pg disponível assim em várias cores. 27

28 Uréia formaldeído - UF UF São comumente utilizadas como adesivos, na fabricação de fibras de média densidade, e objetos moldados. Possui alta resistência mecânicas à tensões localizadas e resistente a altas temperaturas 28

29 Melamina Formaldeído - MF Foi sintetizado pela primeira vez pelo químico alemão Justus Liebig em 1834 von Resina sintética com boa aderência, resistência mecânica, química e térmica. São duros e quebradiços. 29

30 PoliepóxidoResina - Epóxi Copilímero que endurece quando misturado com um catalisador possui alta resistência mecânica e química. Usado produtos industriais, sendo empregadas na fabricação de tintas, adesivos e materiais compósitos, a exemplo dos reforçados com fibra de carbono e fibra de vidro. Resinas epóxi de menor qualidade são utilizadas na colagem de madeiras, di metais, vidros e pedras, sob condições ambientais de temperatura e pressão. 30

31 Silicone Resistentes à decomposição pelo calor, água ou agentes oxidantes, além de serem bons isolantes elétricos. Podem ser sintetizados em grande variedade de formas com inúmeras aplicações práticas, por exemplo, como agentes de polimento, vedação, proteção, impermeabilização e lubrificação. Na medicina são empregados como material básico de próteses. Atualmente estima-se que os silicones são utilizados em mais de produtos 31

32 Aramida - Kevlar Inventado em 1965 pela química Stephanie Louise Kwolek, que inventou a p-fenilenodiamina com cloreto de tereftaloila. Resistente ao calor e sete vezes mais resistente que o aço por unidade de peso. O kevlar é usado no fabrico de cintos de segurança, cordas, construções aeronáuticas, velas, coletes a prova de bala, linhas de pesca, de alguns modelos de raquetes de ténis, na composição de alguns pneus, para fitas de alguns modelos dl de pedal dl de bumbob e telemóveis, como o motorola razr i. O tanque de combustível dos carros de Fórmula 1 é composto deste material, para evitar que objectos pontiagudos perfurem os tanques no momento da colisão. 32

33 Principais Elastômeros Borracha Natural - NR Policloropreno - Neopreno Poliestireno butadieno estireno - SBS Copolímero estireno butadieno - GRS Copolímero acrilonitrila it butadieno - SBR 33

34 Borrachas - NR A borracha é um exemplo de um elastômero, um polímero elástico. A borracha natural é obtida comercialmente do látex coagulado da Hevea brasiliensis. É dura e quebradiça quando fria e pegajosa quando quente. Suas propriedades elásticas são mais eficientes se a borracha for moldada d na forma desejada e depois aquecida com enxofre (Vulcanização). EX: poli-cis- isopreno natural (NR), BR, SBR, NBR, EVA, Neoprene, etc. Látex da seringueira i 34

35 Policloropreno Neopreno - Neoprene Foi inventado pelos cientistas Elmer K. Bolton do laboratório da Du Pont, que se baseou em pesquisas de Julius Athur Nieuwland, um professor de química na Universidade Notre Dame. O neopreno é uma borracha sintética de ótima qualidade: de: resiste semuito bem a tensões mecânicas, aos agentes atmosféricos e aos solventes orgânicos. Étambémempregado na fabricação de juntas, tubos flexíveis e no revestimento de materiais elétricos 35

36 Polímeros Naturais O cabelo, a lã e a seda são Polipeptídeos, isto é, compostos cuja característica é a unidade de repetição CO-NH-C-, C com vários grupos pendurados no segundo átomo de carbono. Eles são a versão natural do nylon. Polipeptídeos - proteínas (lã e seda) 36

37 Fio de cabelo Sem condicionador Com condicionador Esquema do fio de cabelo 37

38 Fibra de lã MEV da fibra de lã. 38

39 Polipeptídeo 39

40 Cadeias polipeptídicas (seda) 40

41 TEIA DE ARANHA 41

42 TEIA DE ARANHA MEV da fiandeira da aranha e da seda extrudada. Versão industrial da fiandeira da aranha. 42

43 Polissacarídeos Amido, glicose, celulose etc Tal como as proteínas, amido e celulose são polímeros naturais; a unidade que neles se repete é a glicose ou uma outra molécula similar. Amido é comestível; a celulose não, mas tem função estruturaleéasubstânciaorgânicamaisabundantesobre a Terra. Ambos são exemplos de carboidratos. 43

44 Amido (polímeros de glicose: amilose e amilopectina) 44

45 Fibras São estruturas que apresentam comprimento muito elevado em relação ao diâmetro médio da seção transversal. Devido à composição alguns polímeros podem ser obtidos sob esta forma. Ex: Poliamida,Poliéster, etc. 45

46 MEV O que éi isto? 46

47 Propriedades dos polímeros Por serem produzidos como plásticos, borrachas e fibras, apresentam propriedades diversificadas. Propriedades Fisico-químicas Permeabilidade a gases e vapores 47

48 Propriedades Químicas As propriedades d químicas mais importantes dos materiais i poliméricos relacionadas às suas aplicações: Resistência à oxidação Resistência ao calor Resistência às radiações ultravioleta Resistência à água Resistência a ácidos e bases Resistência a solventes e reagentes Inflamabilidade 48

49 Tensão X Deformação 49

50 Técnicas de Processamento de Polímeros Os materiais poliméricos são hoje utilizados para a produção deumagamavariadadeartigosdeformageométricavariada, suprindo requisitos funcionais os mais diversos de uma maneira eficaz e econômica. Para que a substituição de materiais convencionais por polímeros seja bem sucedida, é necessário que a concepção dos produtos se faça com critério e experiência. Três elementos são participantes do processo de concepção e materialização do projeto adequado de uma peça ou produto em material polimérico: o projetista do projeto, o especialista de manufatura em polímeros e o especialista em materiais. 50

51 Processos de transformação Ij Injeção Extrusão Coextrusão Laminação Revestimento Moldagem por Sopro Moldagem por Compressão Cl Calandragem Rotomoldagem (vazamento) 51

52 Injeção jç 52

53 Extrusão 53

54 Coextrusão 54

55 Coextrusão 55

56 Extrusão de filmes 56

57 Moldagem por sopro 57

58 Calandragem 58

59 Revestimento em leito fluidizado 59

60 Rotomoldagem 60

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