CURSO DE PÓS - GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE POLÍMEROS

Transcrição

1 CURSO DE PÓS - GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE POLÍMEROS Módulo 4 Aplicações dos Materiais Poliméricos Principais Requisitos Técnicos Tintas Vernizes Colas Vedantes Mastiques Espumas rígidas Elastómeros microcelulares Fibras têxteis Agregantes para cortiça e madeira Construção civil Celulose e derivados (solúveis e funcionais) Super-absorventes Micro-electrónica

2 ASPECTOS QUÍMICOS NAS PRINCIPAIS APLICAÇÕES DOS POLÍMEROS Tintas Vernizes Colas/ligantes Filme sobre superfície Filme entre superfícies Vedantes Mastiques Material de junta entre superfícies Adesão (Química > Física) Estabilidade Flexibilidade

3 TINTAS

4 Eficácia do Revestimento Critérios: Impermeável à Água (e.g. soluções salinas) Integridade do filme Ausência de microporosidade Efeito Barreira O 2 SO 2 HCl Adesão (e respectiva durabilidade) Retenção da flexibilidade Retenção do Interlocking Mecânico Durabilidade Resistência à radiação U.V. e efeitos de cor Energias superiores à da ligação C C Comp. de Onda: 290 nanómetros Resistência à hidrólise

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6 Resina Base Vantagens Desvantagens Alquídica Preço Baixa resistência à hidrólise Silicone Filme flexível Baixa resistência ao rasgamento (energia de coesão) Poliester Insaturado Dureza, Resistência mecânica Brilho indirecto Acrílica Brilho Post - endurecimento Uretano (1 comp.) Adesão, Resistência à abrasão Tempo de polimerização Uretano (2 comp.) Adesão, Resistência à abrasão 2 componentes

7 Dispersões Poliméricas Convencionais 50% Água 50% Polímero coloidal 5 < P.H.R. aditivos para melhorar o desempenho Processo de Secagem Coalescência de partículas coloidais numa camada contínua

8 Química Mecanismo Radicalar Polimerização por radicais livres

9 Química Mecanismo Radicalar Activação por fotoiniciador

10 Comparação dos Mecanismos

11 VERNIZES

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15 Impregnação Efeito Directo Reforço das zonas próximas da zona de impregnação Efeito Indirecto Dissipação das tensões devido à diferença de expansão térmica

16 Objectivos da Impregnação CONSOLIDAR O impregnante actua como cola interna evitando a degradação REDUZIR O EFEITO DOS SAIS Revestindo os poros internamente reduz a entrada de soluções salinas e as tensões causadas por cristalização dos sais HIDROFOBICIDADE Reduz a penetração de soluções salinas

17 Impregnar, de que se Trata? - Proteger o azulejo por um processo físico - Se alterar a estrutura porosa do azulejo - Evitar que a degradação por agentes externos continue: - INFILTRAÇÕES - CHUVAS ÁCIDAS - ETC.

18 Características do Impregnante - Solução de co-polímero de baixa viscosidade - Não é um verniz mas vai embeber toda a estrutura - Confere alguma hidrofobicidade - Filme agregante permeável aos gases nos limites de grão - Não altera o aspecto do material tratado - Aplicação prática e simples

19 PROCEDIMENTO: Técnica da Impregnação Pesam-se as amostras depois de secas Colocam-se as amostras com o vidrado para baixo, na solução de impregnante sem cobrir a superfície de chacota A impregnação dura 4h Terminado o tempo de impregnação as amostras são retiradas ocorrendo a filmificação

20 Impregnante de Dois Componentes Mecanismo de acção do reticulante Polímero Polímero interligado pelo reticulante

21 Esquema do Revestimento

22 Solução Impregnante De Dois Componentes Efeito Químico HDI (Hexametileno Diisocianato) Isocianato alifático bastante reactivo Reacção pode ocorrer com compostos que contenham hidrogénio activo e móvel Actua pela formação de ligações de reticulação entre cadeias de polímero Produto incolor, de baixa viscosidade e alta volatilidade, mas perigoso

23 Testes de Verificação POROSIDADE ABSORÇÃO DE ÁGUA RESISTÊNCIA AO ATAQUE QUIMICO RESISTÊNCIA MECÂNICA À PERFURAÇÃO ENVELHECIMENTO POR RADIAÇÃO ULTRA VIOLETA RESISTÊNCIA AO CHOQUE TÉRMICO

24 Resistência ao Choque Térmico OBJECTIVO: Testar a eficácia da impregnação na resistência ao choque térmico. PROCEDIMENTO: Baseado na norma europeia EN-104 são efectuados dez ciclos de aquecimento arrefecimento entre 110ºC (numa estufa) e 15ºC (num banho de água), sendo depois observado o aspecto dos azulejos.

25 Requisitos da Impregnação Baixa viscosidade Controle da tensão superficial Molhagem Ângulo de contacto No entanto, são também importantes os seguintes requisitos: Espessura da camada (superior a 0,5 mm) Cobertura homogéna da interface

26 Desenvolvimento da Solução Impregnante Requisitos: Baixa viscosidade Migração no interior dos poros por capilariedade Boa molhagem da superfície da pedra Permeabilidade ao vapor de água Impedimento da migração das soluções salinas Efeito ligante após polimerização Repelente da água (hidrofibização)

27 Melhores Resultados: Revestimento da Superfície dos poros com uma camada muito fina de polímero Esquematicamente:

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29 Cinética da Impregnação Montagem para determinação da cinética de impregnação. 1- Tubo de Karsen; 2- Pedra. Desempenho após consolidação Montagem para determinação do desempenho após consolidação. 1- Medidor de binário; 2- Pedra.

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31 COLAS

32 Primeira geração de Adesivos Reactivos Resinas Epóxi dois componentes: Baixa Temp. Alta Temp. Epóxi + Amina Epóxi + Anidrido Poliésteres Insaturados Poliésteres insaturados lineares com ligações cruzadas entre cadeias com o co-monómero estireno

33 Factores Condicionantes da Eficácia da Colagem - Impregnação Inter - Locking mecânico Reforço das camadas superficiais Primário Apenas eficazes no betão quando o mecanismo de falha não é a falta de coesão.

34 Adesão Testes de Diagnóstico Ensaio em Corte Ensaio de Arrancamento Observação das Superfícies após Teste Fractura com falha de Coesão Falha de Adesão (em que substrato?) Efeito de Reforço / Falha de Coesão do substrato Ensaios de Envelhecimento Acelerado Weather-o-test Fotoperíodo Ciclos de Condensação Espessuras óptimas

35 Geometria do Teste Tracção Perpendicular à camada adesiva Baixa reprodutibilidade Compressão Impacto Paralela à camada adesiva Isoladamente, nenhum teste é completamente informativo Choque térmico

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39 Testes de Adesão A resistência adesiva é medida com um Equipamento de medida de adesão mecânica Elcometer 106. Os filmes de Polímero fundido feitos sob pressão com 40 a 60 µm de espessura são colados com um adesivo epóxi a cilindros de alumínio e do outro lado ao substrato a testar (vidro, PVC, aço, etc.)

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41 Adesão a materiais difíceis de colar P.P. P.E. Cortiça P.T.F.E. Pode ser aumentada através da realização de um tratamento corona a aplicar à superfície antes da colagem.

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43 Adesão à Borracha e a Outros Elastómeros Formulação Típica: Poliuretano linear de levado peso molecular 18% Metil Etil Cetona 80% Estabilizadores e outros aditivos 2% Processo de Aplicação: Revestimento Secagem Reactivação Colagem Impacto Ambiental: Preparação da superfície: halogenação Solvente proveniente do processo de secagem

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45 VEDANTES

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47 MASTIQUES

48 Mastiques Mastiques de Caixilharia Juntas de Dilatação Mastiques Hidroexpansíveis Mastiques de Silicone Acéticos Neutros De cadeia polieter Aspectos Gerais da Aplicação de Mastiques - Energia de Coesão - Aderência inicial e força de adesão - Aditivos com aplicação especifica

49 Textura e Composição do Mastique Comportamento elastómerico Baixa viscosidade inicial (interlocking mecânico) Curvas de endurecimento progressivo Elastómeros SBR + Solventes + Cargas Quasi prepolímeros PU + Cargas Silicones (ou PolieterSilicones) + SiO 2 + Cargas

50 Mastiques de Base Aquosa Base: Emulsões Acrílicas espessadas Aplicações: Substratos Permeáveis ao Vapor Problemas: Gradientes de humidade Falta de homogeneidade de Filmificação tridimensional Estabilidade Sinerése Coagulação localizada

51 ESPUMAS RÍGIDAS

52 Polímeros na Indústria Automóvel OBJECTIVOS Redução de Peso Aumento da Segurança Aumento do Conforto EXEMPLOS Espumas poliméricas para Insonorização Pastilhas de travão sem amianto Novos sistemas de pintura (garantia 5 anos) Componentes dos pneus

53 ELASTÓMEROS MICROCELULARES

54 ELASTÓMEROS Borracha Natural Fases do Processo de Transformação Vulcanização Outros elastómeros naturais Primeiros elastómeros sintéticos Elastómeros Termoplásticos Espumas microcelulares

55 Aplicações Actuais dos Poliéster - Uretano Sólidos: Elastómeros (microcelulares) Vedantes e Juntas Roletes Espumas Flexíveis (Resistência à abrasão) Solas de Ténis PM > < Em Solução: Napas (Têxteis revestidos) PM a Amorfos flexíveis Colas PM > crist. Vernizes PM > amorfos

56 FIBRAS TÊXTEIS

57 FIBRAS Características e Requisitos dos Polímeros Processos de Fabricação Acabamento Mecânico e Superficial Exemplos. Outros Tipos de Aplicações Industriais dos Materiais Poliméricos Detergentes e Emulsionantes

58 AGREGANTES PARA CORTIÇA E MADEIRA

59 Teste de Novos Ligantes Agregados de Cortiça com 4 a 6% de ligante Vantagens relativamente aos ligantes convencionais: Menor penetração de água (Red./Elimin. de Parafina) (devido ao carácter hidrofóbico da estrutura macromolecular) Muito estável antes de desbloqueado (shelf life) Muito boa molhagem da superfície cerosa da cortiça Reacção rápida após desbloqueamento (80-90ºC)

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61 CONSTRUÇÃO CIVIL

62 Consolidação de Solos Polímeros solúveis em Água que se ligam por ligações covalentes dos silicatos Poliacrilamidas Polietileniminas Como Reticulante o GLIOXAL

63 Desenvolvimento de novos Selantes para Aplicações em Construções e consolidação de Solos Cooperação com: STAP, Tecnocrete, Universidade de Évora OBJECTIVOS: - Desenvolvimento de novas estruturas de Poliuretano para aplicação na construção civil - As principais aplicações destes materiais hidro-selantes dividem-se em três grupos: 1. Vedação de juntas, fendas ou fissuras em elementos de betão, alvenaria ou rocha, que possam originar infiltrações; 2. Eliminação de fugas de água em túneis, galerias subterrâneas, reservatórios, tubagens, colectores, caixas de visita e diques; 3. Consolidação e aumento da resistência de solos arenosos e siltosos. 4. Fundações abaixo do nível freático.

64 Desenvolvimento de novos Selantes para Aplicações em Construções e consolidação de Solos CONSOLIDAÇÃO E AUMENTO DA RESISTÊNCIA DE SOLOS ARENOSOS E SILTOSOS

65 Polímeros com Flúor - Com boa adesão a substratos metálicos EXEMPLO: Revestimento de um Reflector de um Rádio Telescópio (Próximo de Grenoble) Sup. Autolimpante Não inflamável (B1) HOSTAFLON ET -50 a 150ºC

66 Biolaboratórios Flutuantes Malha de Poliéster de alta tenacidade revestida com filme aderente de PVC. Exemplo: Lago Comabbio Itália Estudo in vivo de processos de recuperação de lagos sujeitos a: - Invasão da flora lacustre - Diminuição dos teores de oxigénio - Presença de fosfatos -... Diagnóstico Ensaios de recuperação de lagos Condições de evolução para equilíbrio ecológico local.

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68 CELULOSE E DERIVADOS (Solúveis e Funcionais)

69 ASPECTOS QUÍMICOS NAS PRINCIPAIS APLICAÇÕES DOS POLÍMEROS Fibras Têxteis Têxteis Revestidos (Napas) Polímeros de Origem Natural Celulose e Derivados Solúveis Lenhina Agar-agar e Espessantes Alimentares Polifenois e Taninos Reticulados Polímeros Solúveis e Quasi-solúveis Polialquilenoglicois Álcoois Polivinilicos Superabsorventes

70 Estrutura dos Polímero do tipo Di - Ceteno

71 GRAU DE POLIMERIZAÇÃO DA CELULOSE PROVENIENTE DE: FONTE GRAÚ DE POLIMERIZAÇÃO A. xylinum Bagaço Fibras de bast Fibras de algodão Linter de algodão Fibras flax Pulp celulose(bleached) 500 2,100 Fibras ramie Palha de arroz Valonia Fibras de madeira

72 ESTRUTURA QUÍMICA DA CELULOSE

73 SUPER - ABSORVENTES

74 Polímeros de Elevado Peso Molecular usados na Descontaminação dos Lagos Polímeros Super-absorventes com M W > são capazes de fixar metais pesados na sua estrutura de gel. Cadeia Principal

75 Aplicações Actuais dos Polímeros Super - Absorventes Fraldas e Pensos* Prevenção /Recolha de Derrames Alternativa aos Explosivos (Pedreiras) Neve Artificial Incremento da Retenção Hídrica de Solos Embalamento de Fruta e Vegetais Combate a incêndios * 1990: > 95% 1995: > 90% 2000: > 80%

76 MICRO - ELECTRÓNICA

77 Aplicação de Filmes Poliméricos como Dieléctricos em Condensadores EXEMPLO: Locomotiva Intercity Express 108 condensadores com uma área de filme de m 2 (Condensadores de Inversor Asincrono de Alimentação do Motor) Trespaphan

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