POLÍMEROS. Química aplicada. Profa. Dra. Carla Dalmolin

Transcrição

1 POLÍMEROS Química aplicada Profa. Dra. Carla Dalmolin BRUNA LOUISE SILVA ELTON SENHEM

2 Vantagens da utilização dos plásticos

3 Plásticos utilizados no Golf

4 Conceitos básicos Polímeros origina-se do grego: Poli = muitos; Mero = unidades de repetições; Plásticos: nome popular empregado para polímeros com propriedades de plasticidade materiais que podem ser moldados; TODO PLÁSTICO É UM POLÍMERO, MAS NEM TODO POLÍMERO É UM PLÁSTICO.

5 Conceitos básicos Etileno Polietileno

6 Conceitos básicos Macromolécula Polimérica Possui unidade repetitiva Macromolécula não Polimérica Não possui unidade química repetitiva

7 Histórico Charles Goodyear em 1830; Descobriu a vulcanização dos elastômeros; Inicialmente a borracha é mole e pegajosa após a incorporação do enxofre as suas propriedades mecânicas são modificadas;

8 Histórico Parkesina (1862) produção de bolas de bilhar, pentes, cabos de talheres bonecas, bolas de ping-pong; Desvantagens : inflamáveis e alto custo de produção; Baquelite (1877) resina termofixa (rígida); Desvantagens: sem opções de cores; Diversos tipos de polímeros foram descobertos; Primeira indústria a produzir Nylon (poliamida) foi a Dupont em 1938; A partir da 2ª Guerra mundial a comercialização de materiais plásticos alcançaram grande desenvolvimento: resinas epoxídicas e ABS (1948)

9 Cadeia petroquímica

10 Cadeias de carbono Ligações cruzadas Borrachas Termofixos

11 Tipos de Polímeros Termoplásticos THERMOS: CALOR PLASS: FORMAR São solúveis; Recicláveis Termofixos Rígidos; Insolúvel; Infusível; Não é reciclável;

12 Tipos de polímeros Elastômeros borrachas; Em temperatura ambiente pode ser dobrado de tamanho;

13 Conceitos básicos Polímero amorfo: as moléculas estão orientadas aleatoriamente e estão entrelaçadas. Polímero semicristalino: as moléculas exibem um empacotamento regular, ordenado, em determinadas regiões. semicristalino amorfo cadeia polimérica

14 Estados físicos dos polímeros Entende-se por mudanças no estado físico em plásticos o fato de estes modificarem suas formas por ação de temperaturas ou cargas de esforço mecânico;

15 Estados físicos dos polímeros

16 Influência da temperatura Aquecimento Termoplástico Fusão Aquecimento Degradação Termofixos

17 Temperaturas fusão Temperatura de fusão cristalina (Tm): Cadeias poliméricas adquirem total movimentação e passam a deslizar livremente umas sobre as outras;

18 Classificações dos polímeros Homopolímeros: Possui uma único mero;

19 Classificação dos polímeros Copolímeros: Possui mais de um mero (unidade de repetição);

20 Classificação de polímeros Blendas: Mistura mecânica de dois ou mais polímeros; Blendas miscíveis: Não há separação de fases; Blendas imiscíveis: Há separação de fases; Plástico 1 Plástico 2

21 Classificação de polímeros Noryl PPO/PS (polióxido de fenileno / poliestireno) Indústria automobilística painéis de instrumentos, nos consoles, nos alojamentos para alto-falantes e grade do ventilador; PA/ABS (poliamida / ABS) Em veículos console central, botões de comando de ventilação, espelhos retrovisores externos, para-choques de carro; Gabinetes de computador, telefones celulares;

22 Classificações dos polímeros Aditivos: ENCHIMENTOS PLASTIFICANTES ESTABILIZADORES CORANTES RETARDADORES DE CHAMA

23 Classificações dos plásticos Plásticos reforçados ou compósitos: Fase reforço e matriz com separação interfacial bem definida Ex: Fibra de vidro, fibras de carbono, nanofibras de carbono;

24 Classificações de polímeros Compostos: Mistura de polímeros com aditivos. Exemplos: PVC, elastômeros; Borracha;

25 Polimerização Polimerização é a reação ou conjunto de reações na qual moléculas simples reagem entre si, formando uma macromolécula de alta massa molar Algumas variáveis podem influenciar esse processo: Temperatura Pressão Tempo Presença e tipo de iniciador Agitação...

26 Síntese Polímeros de adição: Unidade estrutural = monômero Reação em cadeia Polímeros de condensação: Unidade estrutural monômero Reação em etapas

27 Síntese

28 Evolução da massa molar média

29 Técnicas de polimerização As técnicas de polimerização podem ser divididas em: Sistemas Homogêneos: Em massa (bulk) Em solução Sistemas Heterogêneos Em suspensão Em emulsão

30 Técnicas de polimerização Em massa Polímeros com alto grau de pureza Sem solvente Polimerização do monômero não diluído Monômero Grande aumento de viscosidade do sistema Iniciador PA6 - PMMA - PS Reação muito rápida Reação exotérmica Grandes gradientes de temperatura Grande distribuição de MM

31 Técnicas de polimerização Em solução Dissolver o monômero e o iniciador Resolve problema da transferência de calor e homogeneização da temperatura MONÔMERO + INICIADOR Polímero em solução SOLVENTE Polímero precipitado (separado, seco e granulado) Contaminação e reciclagem do solvente Poliolefinas - Resina fenólica Pode reagir com a cadeia e terminar a propagação MM Pureza

32 Técnicas de polimerização Em Suspensão Monômeros insolúveis são dispersos em água Água substitui o solvente na dissipação de calor PVC - PS - Iniciador dissolvido no monômero PMMA Quando suspensos em água, pulverizam, formando regiões de polimerização individuais Evita-se a coalescência das gotas com a adição de agentes tensoativos

33 Técnicas de polimerização Solvente não contamina o polímero Em emulsão Monômero insolúvel em água Iniciador solúvel em água Agente emulsificante sabão Parte hidrofílica e hidrofóbica Faz aproximação do iniciador e monômero ocorrendo a polimerização nas micelas Migração de monômeros das gotas para as micelas por diferença de concentração

34 Processos Principais processos: Injeção; Extrusão; Termoformagem; Compressão; Sopro;

35 Extrusão Matéria-prima em grânulos ou pó Processo contínuo Amolecimento do polímero ocorre por aquecimento e cisalhamento Rosca apresenta zonas com diferentes funções

36 Extrusão Parte comportamental do polímero na zona de compressão de uma rosca:

37 Processamento de materiais plásticos por injeção Consiste em obter a forma desejada do moldado através de pressão e calor;

38 Processamento de materiais plásticos por injeção

39 Extrusão e Sopro

40 Injeção e Sopro

41 Sopradora

42 TERMOFORMAGEM

43 Termoformadora

44 Compressão Etapas do processo: A parte superior do molde desce e comprime a resina plástica; A pressão e o calor amolecem o plástico que preenche a cavidade do molde;

45 Prensa

46 Plásticos e meio ambiente

47 Reciclagem Para haver reciclagem são necessários quatro elos: Coleta e separação Logística reversa como o material volta para a indústria da Reciclagem Parque industrial reciclador capacidade e tecnologia Perfil da demanda por materiais reciclados empresas usuárias, estímulo, valorização do reciclado

48 Separação de materiais plásticos Ação magnética ou eletrostática eliminação de contaminantes ferrosos Ar comprimido flotação do material mais leve (papel) Hidrociclone ou tanque de sedimentação para separar resinas por diferença de densidade

49 Plásticos e meio ambiente Reciclagem Mecânica Primária Resíduos de processamento Secundária Provenientes de produtos pós-consumo Reciclagem Química: Monômeros ou misturas de hidrocarbonetos que servem como matéria-prima Reciclagem Energética: Plástico atua como combustível para geração de energia elétrica e térmica.

50 Além de reciclar... Biopolimeros: A matéria-prima principal para a sua manufatura é uma fonte de carbono renovável, geralmente um carboidrato derivado de canade-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). Atenção: Nem todo Biopolímero é um biomaterial

51 Além de reciclar... Biodegradáveis todos seus componentes orgânicos sofrem biodegradação total. Exemplos: PHB: Poli(hidroxibutirato) PLA: Poli(acido Lático) PCL: Poli(caprolactona) Difícil processabilidade Alto custo

52 Biodegradáveis Degradação resulta da ação de microorganismos de ocorrência natural sob condições favoráveis de temperatura e umidade

53 Polímeros Verdes Polímeros já existentes de fonte fóssil, mas que por avanços tecnológicos podem ser produzidos através de fontes renováveis Para cada tonelada de polietileno verde produzido, uma média de 2,5 toneladas de (CO 2 ) é removida da atmosfera, ao invés de 2,5 toneladas de CO 2 liberadas por um polietileno produzido a partir de matéria-prima fóssil, como a nafta petroquímica Não confunda: o PE verde não é biodegradável

54 Oxi- bio degradáveis Polímeros contendo aditivos que aceleram sua degradação oxidativa na presença de luz ou calor. Esses aditivos são compostos de metais de transição: Ferro, Níquel ou Cobalto Não é biodegradável