MATERIAIS POLIMÉRICOS MATERIAIS POLIMÉRICOS

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1 MATERIAIS POLIMÉRICOS Prof. Dr: Anael Krelling 1

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5 Hidrocarbonetos submetidos a condições de temperatura e pressão apropriadas. Macromoléculas Ligação Covalente C carbono H hidrogênio O oxigênio N nitrogênio S enxofre F flúor Cl - cloro Poucos elétrons livres. Materiais isolantes térmicos e elétricos. 5

6 MERO POLÍMERO 6

7 (a) Politetrafluoroetileno (PTFE), (b) cloreto de polivinila (PVC), (c) polipropileno (PP) 7

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11 Um monomero = vários polímeros MATERIAIS POLIMÉRICOS 11

12 Homopolímero Todas as unidades mero ao longo da cadeia são do mesmo tipo. Copolímero cadeias compostas por duas ou mais unidades mero diferentes. (a) aleatório, (b) alternado, (c) em bloco, (d) por enxerto. SBR (Styrene-Butadiene-Rubber) é um copolímero aleatório comum a partir do qual são feitos os pneus dos automóveis. NBR (Nitrile Rubber) copolímero aleatório, muito elástico e resistente ao processo de inchação frente a solventes orgânicos, usado na fabricação de 12 mangueiras de gasolina.

13 ESTRUTURA MOLECULAR Polímeros Lineares únicas. Unidades mero ligadas em cadeias Polietileno (PE) Cloreto de Polivinila (PVC) Poliestireno (PS) Polimetil Metacrilato (PMMA) Náilon 13

14 Polímeros Ramificados Cadeias de ramificações laterais encontram-se ramificadas às cadeias principais. As ramificações ocorrem durante a síntese. Resulta numa diminuição da densidade. Os polímeros que formam estruturas lineares também podem ser ramificados. 14

15 Polímeros com Ligações Cruzadas As cadeias lineares adjacentes estão unidas em várias posições através de ligações covalentes. A formação de ligações cruzadas é obtido através de átomos ou moléculas aditivos que estão ligados covalentemente às cadeias. Características dos materiais elásticos como a borracha (vulcanização). 15

16 Polímeros em Rede Unidades mero possuem três ligações covalentes ativas. Característica dos materiais epóxi. 16

17 CARACTERÍSTICAS E PROPRIEDADES A polímeros frágeis; B plásticos C elastômeros 17

18 PLEXIGLAS Diminuição do módulo de elasticidade; Redução do LRT; Melhoria na ductilidade. 18

19 Formação do pescoço; as cadeias se tornam orientadas paralelamente a direção de alongamento levando a um aumento localizado da resistência. O alongamento do CDP prossegue pela propagação da região de pescoço. Contraste com os metais, onde, uma vez formado o pescoço, toda a deformação fica confinada no interior dessa região. 19

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26 POLÍMEROS TERMOPLÁSTICOS E TERMOFIXOS Termoplásticos Amolecem quando são aquecidos e endurecem quando são resfriados, processos que são totalmente reversíveis e podem ser repetidos. Fabricados normalmente pela ação simultânea de calor e pressão. São relativamente moles e dúcteis. A maioria dos polímeros lineares e aqueles que possuem algumas estruturas ramificadas com cadeias flexíveis são termoplásticos. Termofixos Se tornam permanentemente duros quando submetidos a aplicação de calor e não amolecem com um aquecimento subsequente. Somente aquecendo-se a temperaturas excessivas irá ocorrer a degradação do polímero. São geralmente mais duros, mais fortes e mais frágeis do que os termoplásticos e possuem melhor estabilidade dimensional. A maioria dos polímeros com ligações cruzadas e em rede (epóxis, resinas poliéster, borrachas vulcanizadas) são do tipo termofixo. 26

27 ELASTÔMEROS VULCANIZAÇÃO Para que haja um comportamento elastomérico é preciso que a estrutura molecular seja levemente provida de ligações cruzadas que sejam capazes de serem torcidas e dobradas no seu estado sem tensões. O processo de formação de ligações cruzadas nos elastômeros é chamado de vulcanização. Compostos de enxofre são adicionados ao elastômero aquecido. As cadeias de átomos de enxofre se ligam com as cadeias principais de polímero, formando ligações cruzadas entre elas. 1 a 5% de S. 27

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29 ADITIVOS PARA POLÍMEROS Muitas vezes é necessário modificar as propriedades mecânicas, físicas e químicas a um nível muito superior ao que é possível através de uma simples modificação da estrutura molecular fundamental de um polímero. São, então, introduzidos aditivos intencionalmente para melhorar ou modificar muitas dessas propriedades, tornando um polímero mais útil para um determinado serviço. Entre os aditivos estão incluídos: Materiais de enchimento ou de carga; Agentes plasticizantes; Estabilizadores; Corantes; Retardadores de chama. 29

30 ENCHIMENTOS São adicionados aos polímeros para melhorar os limites de resistência à tração e compressão, resistência á abrasão, tenacidade e estabilidade dimensional e térmica. Os materiais usados incluem: serragem em pós muito finos, areia de sílica, vidro, argila, talco, calcário e até alguns polímeros sintéticos. O tamanho das partículas varia de 10nm até dimensões macroscópicas. O custo do produto final é reduzido, uma vez que estes materiais adicionados são mais baratos do que o polímero. 30

31 PLASTICIZANTES São usados para melhorar, por exemplo, a flexibilidade, a ductilidade e a tenacidade dos polímeros. Sua presença produz reduções na dureza e na rigidez. São geralmente líquidos que possuem baixas pressões de vapor e baixos pesos moleculares (para não evaporar e, assim, evitar a fragilização do polímero). As pequenas moléculas de plasticizantes ocupam posições entre as grandes cadeias de polímeros, aumentando a distância entre as cadeias com uma redução na ligação intermolecular secundária. ESTABILIZADORES Alguns materiais poliméricos, sob condições ambientais normais, estão sujeitos a uma rápida deteriorização (resultado da exposição do material à luz, em particular à radiação ultravioleta e também á oxidação). A radiação ultravioleta interage com algumas ligações covalentes ao longo da cadeia causando o seu rompimento. A deterioração por oxidação é consequência da interação química do oxigênio e as moléculas dos polímeros. Os aditivos que atuam contra esses processos de deteriorização são chamados de estabilizadores. 31

32 CORANTES Conferem uma cor específica a um polímero. Podem ser adicionados na forma de tintura ou de pigmentos. As moléculas em uma tintura se dissolvem e se tornam parte da estrutura molecular do polímero. Os pigmentos são materiais de enchimento que não se dissolvem, mas que permanecem como uma fase distinta. RETARDADORES DE CHAMA A maioria dos polímeros é inflamável na sua forma pura; as exceções incluem aqueles que contém teores significativos de cloro e/ou flúor. A resistência à inflamação dos demais polímeros pode ser melhorada com o uso dos retardadores de chama. Esses retardadores podem funcionar pela interferência no processo de combustão através da fase gasosa ou pela iniciação de uma reação química que leva a um resfriamento da região onde está ocorrendo a combustão. 32

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34 Envelhecimento pelo clima / luz do sol. Trincamento pelo ozônio Alcális diluídos / concentrados Hidrocarbonetos clorados, desengraxantes Hidrocarbonetos alifáticos, querosene 34

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