Introdução aos Materiais Plásticos. Conceitos, classificação e nomenclatura
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- Nicholas Canedo Esteves
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1 Introdução aos Materiais Plásticos Conceitos, classificação e nomenclatura
2 Classificação dos Materiais Metais Cerâmicos Polímeros Polímeros Sintéticos Polímeros Naturais (lã, algodão, borracha) Não ocorrem naturalmente Ocorrência natural ou sintetizado Modificação de polímeros naturais
3 Como é um polímero? celulose amido
4 Como é obtido um polímero?
5 Do petróleo ao grão Cadeia Petroquímica GLP Gasolina Nafta Óleo Diesel Óleo combustível Resíduo 1ª GERAÇÃO Eteno Propeno Buteno Butadieno Benzeno Petróleo Refinamento Craqueamento Tolueno e Xileno INJEÇÃO 2ª GERAÇÃO 3ª GERAÇÃO SOPRO PP EXTRUSÃO Transformação PE PS Polimerização
6 Do petróleo ao grão Cadeia Petroquímica GLP Gasolina Nafta Óleo Diesel Óleo combustível Resíduo 1ª GERAÇÃO Eteno Propeno Buteno Butadieno Benzeno Petróleo Refinamento Craqueamento Tolueno e Xileno INJEÇÃO 2ª GERAÇÃO 3ª GERAÇÃO SOPRO PP EXTRUSÃO Transformação PE PS Polimerização
7 Do petróleo ao grão Cadeia Petroquímica GLP Gasolina Nafta Óleo Diesel Óleo combustível Resíduo 1ª GERAÇÃO Eteno Propeno Buteno Butadieno Benzeno Petróleo Refinamento Craqueamento Tolueno e Xileno INJEÇÃO 2ª GERAÇÃO 3ª GERAÇÃO SOPRO PP EXTRUSÃO Transformação PE PS Polimerização
8 Do petróleo ao grão Cadeia Petroquímica GLP Gasolina Nafta Óleo Diesel Óleo combustível Resíduo 1ª GERAÇÃO Eteno Propeno Buteno Butadieno Benzeno Petróleo Refinamento Craqueamento Tolueno e Xileno INJEÇÃO 2ª GERAÇÃO 3ª GERAÇÃO SOPRO PP EXTRUSÃO Transformação PE PS Polimerização
9 Cadeia Petroquímica Refinaria: Petróleo Nafta Petroquímica 1ª geração: Nafta Monômero Petroquímica 2ª geração: Monômero Polímero Petroquímica 3ª geração: Polímero Produto
10 Conceitos Monômero (gás / líquido) Polímero (sólido) temperatura pressão ativadores catalisadores MONÔMERO = molécula pequena MERO = unidade (estrutura química) de repetição da molécula OLIGÔMERO = molécula com poucos meros POLÍMERO = macromolécula com muitos meros
11 Mero x Monômero x Polímero n CH 2 = CH 2 -( CH 2 CH 2 ) n Reação de Polimerização CH 2 = CH 2 -CH 2 CH 2 Monômero Mero -( CH 2 CH 2 ) n Polímero
12 Conceitos Macromolécula Polimérica Possui unidade química repetitiva Macromolécula não Polimérica não possui unidade química repetitiva
13 Química do Carbono Tetravalente Múltiplas ligações Ligações com vários tipos de átomos Forma cadeias
14 Ligações Químicas Primárias Iônica, Metálica e Covalente Secundárias Van der Waals (dipolo-dipolo; dipolo-dipolo induzido; dispersão) Ponte de Hidrogênio
15 Ligação Iônica Ocorre em duas etapas: 1ª transferência de elétrons 2ª atração dos íons Li Li + x oo - of oo oo x oo ofoo oo Ex.: NaCl O cátion Na + e o ânion Cl - têm cargas opostas e portanto se atraem mutuamente Na + Cl -. O composto iônico NaCl é o resultado. Note que não escrevemos as cargas como parte da fórmula de um composto neutro.
16 Ligação Covalente
17 Metálica Elétrons de valência Átomo+elétrons das camadas mais internas
18 Ligações secundárias Interação dipolo-dipolo: ocorre com moléculas polares. Pontes de Hidrogênio:Hidrogênio ligado a F, O, N.
19 Ligação de Dispersão ou de London: ocorre com moléculas apolares Pontes de dipolo-induzido: ocorre entre moléculas polares e apolares
20 Forças Intermoleculares Influência das forças intermoleculares no ponto de ebulição de substâncias orgânicas Molécula CH 4 C 2 H 4 C 3 H 8 C 4 H 10 C 5 H 12 Temperatura de ebulição ( o C) - 161, ,5 36
21 Forças Intermoleculares nos polímeros Porque os polímeros são sólidos à temperatura ambiente? moléculas muito compridas: muitas forças intermoleculares emaranhamento das moléculas Ponto de fusão: Policetona: 255 C Polietileno: 120 C
22 Importância das forças intermoleculares Por que o diamante tem um ponto de fusão mais alto que o polietileno? (ambos fazem ligações covalentes) PE Diamante
23 Principais Conceitos Polímero Plástico Termoplásticos Termofixos Elastômeros Fibras Copolímero Homopolímero compósitos Blendas Graftizado Mero monômero
24 Principais Conceitos Polímero (IUPAC International Union of Pure and Applied Chemistry): substância caracterizada por uma repetição múltipla de um ou mais espécies de átomos ou grupo de átomos unidos uns aos outros de maneira que mudanças na massa molar por acréscimo ou remoção de unidades monoméricas não altera as propriedades gerais
25 Principais Conceitos Plásticos Origem grega: Adequado a moldagem Resulta de uma formulação: polímeros + aditivos = propriedades + =
26 Principais Conceitos Termoplásticos Capacidade de amolecer e fluir quando sujeito a um aumento de temperatura e pressão. Transformação FÍSICA. Estes polímeros são solúveis, fusíveis e recicláveis. Termofixos Termorrígido ou termoestável: plástico que com o aquecimento amolece uma vez, sofre o processo de cura (transformação QUÍMICA), tornando-se rígido. Este polímero é infusível e insolúvel.
27 Termoplástico x Termofixo
28 Principais Conceitos Elastômeros Polímero que à temperatura ambiente pode ser deformado repetidamente a pelo menos duas vezes o seu comprimento original. Retirado o esforço, deve voltar rapidamente ao tamanho natural. Fibras Termoplástico orientado com a direção principal das cadeias poliméricas posicionadas paralelas ao sentido longitudinal (eixo maior) L/D > 100.
29 Principais Conceitos Plásticos Fibras Pouca elasticidade deformação predominantemente plástica Podem ser rígidos ou flexíveis Pequena deformação e alta resistência Elastômeros Grande elasticidade deformação predominantemente elástica
30 Principais conceitos Homopolímero apenas um tipo de mero Copolímero presença de dois ou mais meros
31 Principais Conceitos - Homopolímero
32 Principais Conceitos Terpolímero...
33 Principais Conceitos ou aleatório Copolímero alternado ou randômico
34
35 Exemplos de copolímeros ABS (terpolímero de acrilonitrila, butadieno estireno) muito utilizado na indústria automobilística (peças sujeitas a grandes esforços mecânicos) SAN (copolímero de estireno acrilonitrila) peças de alta transparência e que pode entrar em contato com alimentos (copos de liquidificadores, partes internas de refrigerador)
36 Principais Conceitos Blenda polimérica ou mistura mecânica Mistura física de polímeros, sem ocorrer reação química intencional. A interação que ocorre entre os polímeros é normalmente secundária 1μm
37 Exemplos de blendas Noryl PPO/PS Indústria automobilística painéis de instrumentos, nos consoles, nos alojamentos para alto-falantes e grade do ventilador PA/ABS Em veículos console central, botões de comando de ventilação, espelhos retrovisores externos, pára-choques de carro Gabinetes de computador, telefones celulares
38 Principais Conceitos Composto: Mistura de polímeros com aditivos. Plásticos reforçados ou compósito: Matriz polimérica com uma carga reforçante dispersa. Ex.: Fibra de vidro, carbonato de cálcio, fibras de carbono, nanofibras de carbono; wiskers...
39 Exemplos de aditivos Principais tipos de aditivos para termoplásticos Estabilizantes, estrutura química e modo de ação: antioxidantes, estabilizantes térmicos, desativadores de metais, fotoestabilizantes e preservativos. plastificantes, lubrificantes, agentes antiestáticos, retardantes de chama, pigmentos e corantes, agentes de expansão, nucleantes e espumantes, modificadores de impacto.
40 Cargas Principais tipos de cargas: Cargas de enchimento: apenas reduzem o custo do produto. Cargas de reforço: alteram as propriedades mecânicas do produto. Cargas funcionais: alteram propriedades específicas do produto, como condutividade elétrica ou condutividade térmica.
41 Principais Conceitos Espumas: Plásticos obtidos na forma celular por meios térmicos, químicos ou mecânicos. Placas: Forma na qual a espessura é muito menor que as outras duas dimensões (largura e comprimento). Adesivos: Substância capaz de manter materiais unidos por adesão superficial.
42 Principais Conceitos Filmes: São placas com espessura inferior a 0,254mm (um centésimo de polegada).
43 Principais conceitos Biopolímeros Os biopolímeros são materiais poliméricos classificados estruturalmente como polissacarídeos, poliésteres e poliamidas. A matéria-prima principal para a sua manufatura é uma fonte de carbono renovável, geralmente um carboidrato derivado de cana-de-açúcar, milho, batata, trigo e beterraba, ou um óleo vegetal de soja, girassol ou palma. Os biopolímeros mais importantes são: o polilactato (PLA), o polihidroxialcanoato (PHA), os polímeros de amido (PA) e a xantana (Xan). Nanocompósito é um compósito onde uma das fases possui dimensões em escala nanométrica.
44 Principais Conceitos Polímeros de cadeia homogênea Ou polímeros de cadeia carbônica são polímeros que possuem apenas átomos de carbono na cadeia principal. Polímeros de cadeia heterogênea: São polímeros que apresentam outro átomo além do átomo de carbono na cadeia principal.
45 Principais Conceitos Polímeros artificiais polímeros naturais orgânicos modificados pelo homem através de reações químicas. Ex.: acetato de celulose... Polímeros naturais orgânicos: Polímeros sintetizados pela natureza. Ex.: borracha natural, celulose... Polímeros naturais inorgânicos: Ex.: Grafite, diamante... Polímeros sintéticos: Polímeros sintetizados pelo homem. Ex.: PP, PET, PC...
46 Classificação
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48 Classificação: origem Naturais Celulose Borracha natural Naturais Modificados Acetato de celulose Nitrato de celulose celulose Sintéticos PP, PS, PE, PVC PA, ABS, PC, POM PU, PES
49 Classificação comportamento mecânico Fibras Plástico rígido Plástico Flexível Elastômeros Resistência à Tração (psi) Deformação (%)
50 Classificação escala de fabricação Plásticos de comodidade (commodites) Plásticos de especialidade Plásticos de engenharia Plásticos de alta performance
51 Classificação mecanismo de obtenção (síntese) Reação de polimerização Cadeia PP, PE, PS, acrílico...
52 Etapa Nylon, PET, PC...
53 Nomenclatura
54 Nomenclatura Monômeros de origem Estrutura química do mero Estrutura química da cadeia principal (grupo funcional) Nomes comerciais/marcas registradas IUPAC (International Union of Applied Chemistry)
55 Nomenclatura Com base no monômero (reação em cadeia) Poli + Monômero Ex: CH 2 = CH 2 monômero de etileno Polietileno CH 2 = CH monômero de proprileno CH 3 Polipropileno CH 2 = CH monômero de (cloreto de vinila) Cl Poli(cloreto de vinila)
56 Nomenclatura - Com base no mero (reação em etapa) Poli + Mero Ex: Ácido tereftálico + etileno glicol = (tereftalato de etila) Poli(tereftalato de etila) PET Hexametileno diamina + ác. Hexanóico = hexametilenodiamida Poli(hexametilenodiamida) - PA
57 Nomenclatura - Com base no mero (copolímeros) Copolímero + Meros Ex: Propileno + etileno = Copolímero de propileno e etileno Acrilonitrila + estireno = Copolímero de estireno e acrilonitrila Acrilonitrila + estireno + butadieno = Terpolímero de acrilonitrila butadieno e estireno
58 Nomenclatura - Com base na estrutura química da cadeia polimérica Ex: Ácido tereftálico + etileno glicol = (tereftalato de etileno) Poli(tereftalato de etileno) Éster = Poliéster Hexametileno diamina + ác. Hexanóico = hexametilenodiamida Poli(hexametilediamida) Amida = Poliamida
59 Nomenclatura - Com base em nomes comerciais Ex: Hexametileno diamina + ác. Hexanóico = hexametilenodiamida Poli(hexametilediamina) Amida = Poliamida = NYLON Teflon - politetrafluoretileno Isopor poliestireno espandido
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