Aditivação para plásticos e elastômeros. Prof. Iara Terezinha Santos

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1 Aditivação para plásticos e elastômeros Prof. Iara Terezinha Santos

2 Aditivos e a evolção dos polímeros Polímeros -> inicio do séclo 20 II 2 GM -> grande expansão das indústrias de polímeros e prodtos plásticos Prodção de borracha sintética Necessidade de material isolante de fácil processabilidade -> prodção PE e poliamida 6 ( dificldade de acesso ao mercado de seda) e fabricação de paraqedas. Com o final do conflito, os polímeros começaram rapidamente a sbstitir os materiais tradicionais ( metais, vidros, madeiras em diversas campos de aplicação tais como indústria atomobilística, eletroeletrônica e da constrção civil e em prodtos com aplicações espaciais e militares.

3 Evolção dos polímeros Atalmente (sec 21) -> qalidade de vida associado ao so de polímeros sintéticos. Evolção significativa em termos de diversidade de materiais e com isso, a disponibilidade de prodtos com m grande espectro de propriedades. Os materiais inicialmente apresentavam grandes limitações de desempenho, hoje competem com os materiais tradicionais, mesmo nas sitações mais críticas. Polímeros com as mais diversas propriedades, tais como : condtores de eletricidade, biodegradáveis, resistentes as altas temperatras o elevado desempenho mecânico, por exemplo, são atalmente ma realidade indstrial. Plásticos de engenharia e os de so geral tornam essa classe de materiais de grande importância econômica e estratégica. Síntese de novos polímeros ( com estrtra qímica diferenciada a partir de novos monômeros), pela formação de copolímeros.

4 Copolímeros Preparação de copolímeros, combinando de diferentes maneiras e concentrações os monômeros, foi ma estratégia interessante, pois se poderia abreviar bastante as etapas de desenvolvimento já qe as propriedades finais poderiam ser razoavelmente previstas. Ex: PET -> recebe diferentes comonômeros qando aplicação têxtil o indústria de embalagens para bebidas carbonatadas. Varias combinações de btadieno e estireno : copolímeros ao acaso desses dois componentes e com maior teor de btadieno geram a borracha SBR ( cja rigidez é proporcional ao teor e estireno), enqanto qe copolímeros em blocos prodz a borracha termoplástica SBS. Copolímeros em enxerto de btadieno em poliestireno -> PSAI ( alta rigidez e alta tenacidade). Atalmente a forma mais sada de adeqar os polímeros existentes no mercado a ma nova aplicação é pelo so de aditivos. AJUSTE as propriedade de m determinado material polimérico a ma aplicação específica, diversificando o so dos polímeros em todos os segmentos indstriais. ( Mistras poliméricas, o blendas e o compósitos).

5 Evolção dos aditivos Coincide com o desenvolvimento e evolção das indstrias dos polímeros. EX: nitrato de cellose (1846) era de difícil manejo e até explosivo. A Adição de cânfora, viabilizo o so tornando o mais flexível. O so da borracha natral só foi possível após a descoberta da reticlação com S ( 1839) Os pnes de atomóvel não seriam viáveis sem o so de aditivos qe amentam a resistência a abrasão, protegem contra oxidação, radiação ltravioleta e ozônio. Ao nitrato de cellose foi adicionado fotoestabilizantes para proteger os alimentos embalados em este filme. O desenvolvimento do PVC com a incorporação de vários tipos de aditivos como plastificantes, estabilizantes térmicos e lbrificantes adeqo ao so. O polímero PEEK ( poli(éter-éter-cetona e polislfonas -> sbstittos de metais em mitas aplicações, apresentam elevado desempenho qando foram aditivados com fibras de reforço como as de vidro e de carbono.

6 Desenvolvimento de materiais poliméricos Seleção de materiais poliméricos apropriados para ma aplicação específica Dilema -> escolha entre a a)síntese de m novo polímero, qe atenda a todas as especificações de projeto b) copolimerização a partir de monômeros conhecidos e c) a aditivação de m polímero comercial. Caso a e bà recorrer a síntese ( reações de polimerização)-> elevado tempo de desenvolvimento, dificldade em disponibilidade e alto csto de fabricação. Limitação : baixa versatilidade na escolha e tilização. A realidade indstrial bsca grande rapidez e boa relação csto-benefício. A síntese de novos polímeros o copolímeros podem demandar mdanças profndas nas instalações fabris, como em eqipamentos de mistra e processamento, além de treinamento de pessoal, eqipamentos de análise e caracterização. >>>>>>>>>>>>>ADITIVAÇAO (desenvolvimento da formlação)

7 Polímeros, aditivos e o ambiente IMPACTO AMBIENTAL; derivados do petróleo (matéria prima não renovável) -> amento da preocpação da sociedade. Plásticos: não biodegradáveis ( acmlo de peças em lixões e oceanos)-> campanhas anticonsmo. Cenário EXAGERADO?? BAQUELITE ( FINAL sec 19) salvo os elefantes da completa extinção. Os USA importaram t marfim de elefante para spri mercado interno ( bolas de bilhar, teclas de piano, cabos de talheres piteiras de cachimbo). Área agricltável não é sficiente para prodzir alimentos, plantar algodão o criar carneiros em qantidade sficiente para alimentar e vestir toda a poplação existente no mndo????? (fibras sintéticas pode ajdar a preservar os ecossistemas brasileiros qe estão sendo destrídos pela monocltra do algodão? 1ª empresa brasileira a prodzir elastômero sava o etanol de cana de açúcar como matéria prima para obter o btadieno (COPERBO) No brasil estão sendo implantadas no brasil fabricas de termoplásticos sando álcool de cana como matéria prima de partida para os monômeros. O glicerol (sbprodto do biodiesel ) pode ser obtido para a prodção de termofixos.

8 Crise de Petróleo Conseqências imediatas: a) desenvolvimento de espmas plásticas (agente expansão), b)incorporação de carga mineral de baixo csto c) valorização do material reciclado. Necessidade de melhorar as propriedades de m material reciclado desencadeo grandes desenvolvimentos em sistemas de estabilização, melhorando a qalidade do material e, assim prolongando a vida útil de novos prodtos. Os aditivos interferem positivamente na preservação ambiental No processamento o so de lbrificantes redz a temperatra de processamento, com economia de energia; O so de agentes ncleantes em prodtos injetados redz o tempo de ciclo, também o consmo nas indstrias; Os antioxidantes e fotoestabilizantes prolongam a vida útil do prodto, torando-o mais ecoeficiente; Aditivos qe modificam o comportamento mecânico, como carga de reforço e os modificadores de impacto, redzem as chances de falha prematra do material, amentando sa drabilidade; Aditivos representam m benefício em termos ambientais, desde qe esses materiais sejam adeqadamente sados, descartados e reciclados. (CONTRIBUIÇÃO DO CONSUMIDOR EM GERAL).

9 Importância técnica e mercadológica dos aditivos Indústria de materiais plásticos transformados (2010)-> mercado de 22 bilhões de dólares à consmo de 6 milhões de ton de artefatos plásticos. Mndo -> consmo plásticos de 176 milhos de ton sendo 8 milhões t em aditivos. Diversificação de aplicação dos polímeros à aditivos à agregam qalidades e características diferenciadas a m mesmo tipo de material polimérico. Ex: PVC ( esqadrias, botas de segrança o calcados femininos) Formlação ( conjnto de aditivos qe conferem características específicas). Tipos de aditivos : Aditivos protetores, aditivos de processamento e aditivos modificadores Características do plásticos à aditivos adicionados Baixas propriedades mecânicas-> carga de reforço o modificador de impacto Sofrem efeitos de intemperismo à foto e termoestabilizantes Inflamáveis à retardante de chama Alta viscosidade no processamento --à lbrificante Rigidez elevada--à plastificante Dificldade de pintraà pigmento o modificador de sperfície Acmlo de poeira e carga estática-à anti-estático Baixa temperatra limite de so à carga o reticlante Não são biodegradáveis-à pro -degradantes

10 Reqisitos gerais dos aditivos Aditivos podem ser l, liqido viscosos o sólidos, orgânicos o inorgânicos. Obtidos de fontes natrais, sintéticas o minerais e são adicionados de 0,1% a 50% em massa dependendo do tipo e da finalidade. Eficiência em sa fnção -> menor qantidade possível Estabilidade na condição de processamento. Temp. elevadas-> podem provocar reação qímicas em aditivos termosensíveis. Fácil distribição e dispersão -> aditivos concentrados o 50% aditivo disperso em m polímero veiclo em qe o polímero veiclo é incopativo com o polímero aditivado. Estabilidade na condição de serviço -> o efeito tempo pode provocar alteração qímica o físicas nos aditivos, o podem ocorrer reações qímicas entre os aditivos. Não migrar o migrar de forma controlada-> aditivos possem baixa massa molar podem ter mobilidade acentada na massa polimérica, difndindo para a sperfície do prodto. ( esbranqecimento, descoloração, pegajosidade). Ser atóxico e não provocar gosto o odor ( contato com alimentos, medicamentos o brinqedos) Não afetar negativamente as propriedades do polímero-> Ser de baixo csto

11 Exceções Agente qímicos de expansão e os reticlantes termoplásticos -> adicionados para sofrerem reações drante o processamento. Algns pigmentos-> conferem o efeito textra ( imitando granito o mármore) e assim não devem ser bem dispersos. O biocida -> adicionado para evitar a proliferação de micro-organismos - >(reqisito atóxicidade) Antiestático -> migração desejada

12 Tipos e classificações Classificação geral: Aditivos protetores, aditivos de processamento e aditivos modificadores Aditivos protetores -> atam diretamente no controle da drabilidade de m artefato plástico o elastômero, pela ação do intemperismo o pela ação de agentes externos: Estabilizantes: antioxidantes, fotoestabilizantes e desativadores de metais. Antiácidos Antimicrobianos o biocidas e Retardantes de chama Aditivos modificadores-> alteração controlada de propriedades visando a ma aplicação final específica. Antiestáticos e anti-fogging, ( amentam a condtividade elétrica do material como m todo) Agentes reticlantes de termoplásticos Agentes de cor o colorantes: pigmentos, corantes e embranqecedores; Agentes espmantes; Agentes ncleantes -> controlam o gra de cristanlinidade de ma peça, redzindo o tempo de ciclo da peça. Os plásticos heterofásicos são prodzidos sando: Modificadores de impacto o tenacificantes ( amentao RI) Cargas: de enchimento e reforço - redzir

13 Sitações dúbias Plastificantes_> atam no processamento mas alteram as ppdades mecanicas; Agentes ncleantes-> alteram as ppdades óticas, mas redzem os ciclos de injeção ( aditivos de processamento) Os espmantes atam no processamento, mas mdam características físicas e mecânicas dos polímeros. Cargas inertes e de reforço alteram as ppdades mecânicas e são aditivos de processamento (redzem a contração de moldagem). Exemplo típico: negro de fmo -> amenta resistência a tração e módlo elástico, confere cor preta, ata estabilizante a radiação ltravioleta. Os estabilizantes cadeia longa-> ata como plastificante. Talco (aditivo com diversas fnções -> agente ncleante, carga de reforço). NÃO EXISTE UM REGRA ABSOLUTA COM RELAÇÃO A CONCENTRAÇÃO IDEAL

14 Aditivos de processamento -> atam drante a transformação do material plástico, acelerando o processo, alterando as ppdades reológicas o controlando propriedades específicas de processamento. Plastificantes-> deslocam a tg para valores mais baixos, amentando a flexibilidade à t amb. Lbrificantes e desmoldantes -> redzem a viscosidade do material fndido dentro do eqipamento de processamento; Agentes deslizantes o anti-bloqeio -> evitam adesão de peças plásticas entre si, especialmente prodção de filmes. Axiliares de flxo

15 Formlação de elastômeros (borrachas) Agente de vlcanização; Acelerador; Ativador; Antioxidante; Carga (reforçadora o inerte); Plastificante, etc. 15

16 Mistra da borracha Uso de mistrador abertos de cilindros o fechados tipo banbry. A massa homogeneizada, de aspecto córneo, massa cra, é sbmetida à moldagem, sob calor e pressão. Neste estágio ocorre a reação de vlcanização, passando o polímero, qe era solúvel e fsível, pela reticlação moleclar. 16

17 Formlação do plástico Estabilizador; Plastificante; Carga; Corante e pigmento; Lbrificante; Catalisador; Agente de cra; Agente de esponjamento, etc 17

18 Mistra do plástico Proceder a homogeneização dos pós segido da extrsão, segida de corte, para obtenção dos pellets, reglares, cilíndricos o poliédricos para preparação dos corpos de prova para os ensaios físicos. 18

19 Fibras Contêm polímero qe passa por eqipamentos para obtenção dos filamento, qe recebem evental tratamento sperficial. As formlações de fibras são mais simples; 19

20 Elasticidade É ma característica encontrada em todos os materiais sob deformação, seja por tração o por compressão. Depende da natreza qímica, da temperatra e da velocidade de deformação. O termo elasticidade é ambígo, e tem significados variáveis, conforme se apliqe a materiais macios (soft), borrachosos (rbbery) o materiais dros (hard), rígidos (stiff). 20

21 Deformação de materiais Deformação elástica em faixa estreita (0,1%) : reversível e ocorre com alto módlo; é ma alteração não permanente; este tipo de deformação obedece a lei de Hooke- deformação é proporcional a força aplicada; esta elasticidade é ligeiramente afetada pela temperatra; esta deformação é mais evidente em materiais cristalinos, reticlados o abaixo da Tg. 21

22 Deformação elástica em faixa larga (cerca de 1000 %) Reversível e ocorre com baixo módlo; Depende da configração moleclar do material; Deformação pode ser totalmente recperada; Pela aplicação da força de tração peqenas, ocorre o desembaraçamento das macromoléclas, qe passam então realmente a reagir à ação da força. Nessa fase a deformação pode ser totalmente recperada. Ex: borracha natral vlcanizada. 22