Polímeros. Conceitos básicos DQA

Transcrição

1 Polímeros Conceitos básicos DQA

2 Plásticos Capaz de ser moldado Materiais artificiais / orgânicos sintéticos Moldados Polímeros / monômeros Parkesina John Hyatt - celulóide Adolf Bayer - baquelite

3 Polímeros Compostos químicos de peso molecular elevado, formados por moléculas pequenas e iguais (monômeros) ou diferentes (comonômeros). Homopolímeros (uma unidade básica). Copolímeros (duas ou mais unidades básicas). Componentes básicos: resinas.

4 Polímeros Misturas de moléculas com pesos moleculares variados, estatisticamente distribuídos em torno de um valor médio. Ligações covalentes entre os átomos. Grau de polimerização Pesos moleculares entre 10³ e Naturais: celulose, amido, proteínas. Sintéticos: plásticos.

5 Polímeros Termoplásticos: mantém as suas propriedades após amolecimento. Predominantemente lineares. PE, PP, PS, PVC, PET. Uso em embalagens diversas. Uso industrial: tanques e tubulações diversas; revestimentos anti-corrosivos. Indústria automobilística

6 Polímeros Termofixos: têm suas propriedades alteradas após aquecimento ou cura. Polímeros em que as ramificações da cadeia apresentam ligações cruzadas que se alteram irreversivelmente com o calor (cura). A cura pode ser induzida à frio. Uso em embalagens: revestimentos para latas - epóxi. Uso industrial: vasos sem pressão e revestimentos anti-corrosivos.

7 Polímeros - Uso industrial Vantagens em relação ao aço: Menor peso Alta resistência à corrosão COF muito baixo Superfícies internas lisas Baixa condutividade térmica Isolantes elétricos

8 Polímeros - Uso industrial Vantagens em relação ao aço: Facilidade de manuseio e fabricação Dispensa pintura Transparentes / translúcidos Absorvem vibrações, choques, ruídos Custo menor

9 Polímeros - Uso industrial Desvantagens em relação ao aço: Baixa resistência térmica - 100C Baixa resistência mecânica Pouca estabilidade dimensional Alto coeficiente de dilatação Combustíveis Acumulam eletricidade estática.

10 Polímeros Deterioração: Reação química com o meio Dissolução no meio Efeito da luz e oxigênio / ozônio Plásticos Luz UV O 2 / O 3 Quebra lenta das cadeias

11 Polímeros Processos de fabricação: Adição: utilizando catalisadores específicos. Semelhante à oxidação de gorduras - radicais livres. PE, PP, PVC. n(m) catalizador (M)n

12 Polímeros Processos de fabricação: Condensação: dois reagentes geram o polímero, liberando composto secundário: PET, náilon M1 + M2 catalizador M1M2 + xy

13 Polímeros Processos de fabricação: Copolimerização: polimerização por adição de dois monômeros diferentes, resultando em material com propriedades diferentes daquelas que seriam obtidas pela simples mistura: PET, náilon M1 + M2 catalizador M1xM2y A-A-A-B-A-B-A-B-B-A

14 Polímeros - tipos de cadeias Lineares (representação esquemática): Ligações covalentes típicas: C-C C-H

15 Polímeros - tipos de cadeias Com ramificações (representação esquemática):

16 Polímeros - tipos de cadeias Com ligações cruzadas (representação esquemática): Reticulados tridimensionais

17 Polímeros Aditivos Plastificantes: abaixa a T de amolecimento / moldagem; Carga: diluentes - CaCO 3 em PP; reforço - fibras de vidro ou carbono; Corantes: materiais orgânicos que dissolvem-se nos polímeros;

18 Polímeros Aditivos Pigmentos: materiais inorgânicos que dispersam-se nos polímeros; Antioxidantes Estabilizadores: absorvem luz UV e re-irradiam em outro comprimento de onda; Lubrificantes: Ajudam na retirada dos moldes;

19 Polímeros Aditivos Catalisadores: positivos - aceleradores de reações; negativos: retardadores de reações; Agentes de cura participam da reação de cura (não são catalizadores) Agentes de esponjamento Retardantes de chama: apenas reduzem o risco de combustão (trióxido de antimônio)

20 Polímeros Aditivos Antiestáticos são levemente incompatíveis com o polímero e migram para a a superfície; Deslizantes

21 Polímeros - cristalinidade Estrutura molecular: Amorfa; Cristalina; Cristalina orientada.

22 Polímeros - cristalinidade Acima do ponto de amolecimento todas as resinas são amorfas. Estruturas enoveladas aleatoriamente; Maior elasticidade, maciez, flexibilidade e transparência.

23 Polímeros - cristalinidade Cristalinidade aumenta quando a temperatura é reduzida: Cristais: arranjo ordenado de moléculas; Maior resistência mecânica e térmica; Índice de cristalinidade: % volume de cristais. Quanto mais cristalino menos transparente.

24 Polímeros - cristalinidade Cristalinidade orientada: aumenta a resistência ao deslizamento das moléculas numa direção: Aumenta a resistência nessa direção; Náilon orientado.

25 Polímeros Propriedades térmicas

26 Polímeros - propriedades térmicas T C Tm - amolecimento (moldagem) Tg - mobilidade Rígido, quebradiço, semelhante ao vidro Tempo

27 Polímeros - propriedades térmicas Temperatura de transição vítrea (Tg): Característica de cada polímero; As moléculas do polímero se afastam e adquirem mobilidade. Materiais com baixa Tg são flexíveis à temperatura ambiente - polietileno de baixa densidade. Materiais com alta Tg são quebradiços à temperatura ambiente.

28 Polímeros - propriedades térmicas Temperatura de fusão cristalina (Tm): Plástico fundido - comporta-se como vidro, amorfo, transparente. Acima de Tm pode-se moldar o polímero. Temperatura de distorção: O material deforma-se com o próprio peso

29 Polímeros Propriedades mecânicas Tensão Deformação Fluência (creep) Resistência ao impacto Fadiga

30 Polímeros - propriedades mecânicas Gráfico tensão vs. deformação a diferentes temperaturas. Tensão de ruptura -25C 0C 25C 50C Deformação percentual

31 Polímeros - propriedades mecânicas Gráfico tensão vs. deformação comparativa de materiais. Tensão de ruptura Fibra Plástico Borracha Deformação percentual

32 Polímeros - propriedades mecânicas Fluência (creep) Esforço contínuo de longa duração Alongamento Remoção da carga Carga Tempo Deformação permanente

33 Polímeros Outras propriedades químicas Ver tabela 21 - texto - resistência dos materiais plásticos aos diferentes compostos químicos.

34 Polímeros Processos de transformação: Extrusão Filmes e chapas Coextrusão Filmes e chapas Injeção Frascos, potes, peças diversas

35 Polímeros Processos de transformação: Sopro Frascos, garrafas Termoformagem Vácuo, pressão, molde macho-fêmea Potes Rotomoldagem Tanques, containeres

36 Polímeros - Polietileno Polímero do etileno - (-CH2-CH2-)n Termoplástico Inodoro, insípido, atóxico, inerte Transparente (PEBD) a translúcido (PEAD) Deterioração: Sensível à luz UV - descora / quebradiço Stress-cracking

37 Polímeros - Polietileno Transformação: Extrusão: filmes e chapas Injeção: frascos e peças diversas Sopro: frascos e bombonas Termoformagem: potes Rotomoldagem: containers

38 Polímeros - PEBD Polietileno de Baixa Densidade - PEBD: Densidade: 0,910 a 0,925 g/cm a 1000 átomos / molécula Polimerização por adição (alta pressão) Cristalinidade: 55 a 70% Ponto de fusão: 110 a 115 C Flexível TPO2 típica para filme 100 µm - 1,5 l/m 2.dia TPVA típica para filme 100 µm - 1 g/m 2.dia

39 Polímeros - PELBD O PELBD em relação ao PEBD: Mesclas de até 30% sem alterar equipamentos. Aumenta produtividade e reduz perdas em envasadoras (quadro comparativo) Facas de corte com maior dureza e perfil especial Propriedades óticas inferiores ao PEBD Maior resistência ao envase a quente. Menores ciclos de injeção e sopro Uso crescente em projeções até 2005

40 Polímeros - Polietileno PEBD / PELBD Substituição PEBD por PELBD. Catalisadores metalocênicos - Filmes PEBD com TPVA e TP gases sob medida. - Maior resistência à perfuração. - Maior hot tack.

41 Polímeros - Polietileno Resumo PEBD PEAD PELBD PEUBD Polietilenos especiais EVA Ionômeros UHMWPE

42 Polímeros - Polipropileno Polímero do propileno - ((-CH2-CH2-)-CH2)n Termoplástico - soldagem mais difícil que PE Inodoro, insípido, atóxico, inerte Orientável - OPP e BOPP Transparente e com alto brilho Quebradiço / baixa resistência ao impacto

43 Polímeros - Polipropileno Reciclagem: Reutilização como PE Queima Pode ser pigmentado Impressão após tratamento corona

44 Polímeros - Polipropileno Polipropileno - PP: Densidade: 0,900 g/cm 3 Polimerização por adição (alta pressão) Estruturas: Atática: ao acaso Isostática: ordenada / cristalinidade máx = 70% Estereostática: ordenada com inversões periódicas Ponto de fusão: 150 C Boa resistência a óleos e gorduras

45 Polímeros - Polipropileno Polipropileno - PP: Acumula eletricidade estática Flexível TPO2 típica para filme 70 µm - 1,0 l/m 2.dia TPVA típica para filme 70 µm - 1 g/m 2.dia (25 C / 75% UR)

46 Polímeros - Polipropileno Características do filme: BOPP rasga com facilidade - embalagem para biscoitos Amassa Baixa resistência ao choque a frio.

47 Polímeros - Polipropileno Aplicações do material: Injeção: Potes, baldes e tampas Peças com dobradiça Tampas Sopro: Garrafas: vinagre, água, detergente Frascos: random com boa transparência de contato Utensílios domésticos Termoformagem: Potes e tampas

48 Polímeros - Polietileno tereftalato - PET Polimerização por condensação Etileno glicol + ácido tereftálico (ou di-metiltereftalato) Termoplástico Inodoro, insípido, atóxico, inerte Odor - acetaldeído Transparência e brilho

49 Polímeros - PET Densidade: 1,29 a 1,40 g/cm 3 Boas propriedades de barreira Alta resistência à tração e abrasão Alta resistência a gorduras

50 Polímeros - PET Aplicações do material: Extrusão: Filmes bi-orientados Baixo TPO2 E TPVA Queijos e carnes Extrusão - injeção - sopro: pré-forma soprada com biorientação Uso em refrigerantes Mais leves e adaptáveis às linhas velozes

51 Polímeros - Polietileno naftalato - PEN Polimerização por condensação Termoplástico Inodoro, insípido, atóxico, inerte Transparência e brilho semelhantes ao PET Propriedades de barreia melhores que o PET Permite envase a quente Usado em mesclas com PET

52 Poliamidas - náilon - PA Polimerização por condensação Náilon 6,6 e náilon 6 são os mais comercializados Náilon 6,6: Hexametileno di-amina (6C) + ácido adípico (6C) Náilon 6,10: Hexametileno di-amina (6C) + ácido sebácico (10C)

53 Poliamidas - náilon - PA Náilon 6: Ácido w-amino-capróico (6C) Náilon 11: Ácido w-amino-undecanóico (11C) Outros tipos de náilon: 6,9; 6,10; 6,12; 12 e outros

54 Poliamidas - náilon - PA Termoplástico semi-cristalino Alta resistência à tração e abrasão Alta resistência à gorduras Faixa de trabalho: -60 C a 110 C Modificável por aditivação e reforço (ex: fibras de vidro) Autolubrificável

55 Poliamidas - náilon - PA Limitações: Higroscópico - alterações dimensionais Alta contração na moldagem Ponto de fusão: 185 C a 215 C Dá corpo ao material laminado Densidade: 1,05 a 1,14 g/cm 3

56 Polímeros - náilon - PA Aplicações do material: Extrusão: Filmes com baixa TPO2 Laminados Fibras - filamentos - tipos 6, 11 ou 6,6: Fibras têxteis Linhas de pescar Escovas Plásticos de engenharia: Engrenagens

57 Polímeros - Poliestireno Polímero do estireno - ((-CH2-CH2-)-benzeno)n Termoplástico Cristal claro, quebradiço, brilhante como o vidro Acumula eletricidade estática Solúveis em solventes clorados e aromáticos Densidade: 1,04 a 1,06 g/cm 3

58 Polímeros - Poliestireno Aplicações do material: Extrusão: Filmes e chapas Expansão: Isopor Termoformagem: Potes e blisters

59 Polímeros - Poliestireno Aplicações do material: Injeção: Seringas Caneta BIC Copolimerização: Acrilonitrila: EAN Acrilonitrila + butadieno: ABS

60 Polímeros - Policloreto de vinila - PVC Polímero do cloreto de vinila ((-CH2-CH2-)-Cl)n Termoplástico Estrutura amorfa Necessita aditivos para transformação: plastificantes, estabilizantes, lubrificantes, antioxidantes Propriedades dependem da formulação Densidade: 1,14 a 1,80 g/cm 3

61 Polímeros - PVC Resistente, barato, pode ser processado facilmente Material polar que interage com solventes polares Pode ser pigmentado Boa resistência a óleos e gorduras Reciclável e não incinerável Problemas ao redor do mundo

62 Polímeros - PVC Polimerização por adição: Suspensão (VCM em água) Emulsão Produção de cloreto de vinila: Acetileno + HCl Cloração do etileno

63 Polímeros - PVC Aplicações do material: Extrusão: Tubos rígidos e mangueiras Tubos e sacos para sangue Extrusão - sopro: Frascos e garrafas Calandragem: Filmes laminados e chapas Termoformagem: Potes e blisters

64 Polímeros - PVC Aplicações do material: Injeção: Solados e chinelos Revestimentos por imersão: em plastisol / segue secagem Moldagem rotacional: bonecas

65 Polímeros - PVC Pastas: Dispersões de polímero em líquidos não aquosos Plastissóis: misturas 100% sólidas de polímeros plastificados e ingredientes de composição Organossóis:misturas de baixa viscosidade com 60 a 80% de sólidos

66 Polímeros - Policloreto de vinilideno - PVdC Polímero do cloreto de vinilideno ((-CH=CH-)-Cl)n Termoplástico Estrutura amorfa Baixa TPVA e TPO2 Usado em laminados para embalagem à vácuo Produto comercial: saran

67 Polímeros - Fluoroplásticos Polímero do tetra flúor etileno - (-CF2-CF2-)n Termoplástico Temperatura de trabalho C a +255 C Alta resistência química e mecânica Boa resistência à abrasão Alto coeficiente de atrito Teflon (marca DuPont)

68 Polímeros - Policarbonatos Baixa permeabilidade a gorduras Transparente ou translúcido Boa resistência à chama - auto extinguível Excelente resistência ao calor - mamadeiras Laxon - GE

69 Polímeros - Poliuretanos Isolantes térmicos Absorvedores de impacto Excepcional resistência a solventes orgânicos

70 Polímeros - termofixos - epóxi Revestimentos de equipamentos - anticorrosivo Revestimento interno de latas Resiste a 135 em uso contínuo Boa estabilidade dimensional Construção civil - reforçado com fibras de vidro

71 Polímeros - termofixos -fenólicos Resistências térmica, química e mecânica superior à do epóxi Revestimento interno de latas Utilizados em laminados reforçados com fibras de vidro