Materiais Poliméricos INTRODUÇÃO Polímeros são materiais compostos de origem natural ou sintética com massa molar elevada, formados pela repetição de um grande número de unidades estruturais básicas. Características principais: boa resistência à corrosão baixa massa específica boas características de isolamento térmico e elétrico. Plástico nome popular empregado para os polímeros pela propriedade de plasticidade que este material apresenta, ou ainda, por ser uma das fases do polímero antes da sua conformação. Os materiais poliméricos são oriundos de hidrocarbonetos, derivados de petróleo. No Brasil, a Petrobrás detém a tecnologia para a exploração do petróleo, com 75% da produção nacional na Bacia de Campos, Rio de Janeiro. Produtos gerados: as parafinas, as olefinas, o naftaleno e os hidrocarbonetos aromáticos (metano, propano, etano, etileno, propileno, butenos, ciclohexanos, benzeno, tolueno). Processo de produção: destilação 1, realizado em refinarias de petróleo. Tipos de indústria petroquímica: 1. Indústria primária (1a geração) - Transforma a nafta em produtos petroquímicos básicos. Ex.: Olefinas (eteno, propeno e butadieno); Aromáticos (xileno e tolueno). 2. Indústria secundária (2a geração) - Transforma os produtos petroquímicos básicos em polímeros. Ex.: polipropileno e polietileno. 3. Indústria terciária (3a geração ou de transformação) - Os polímeros são modificados por meio de aditivos e conformados nos produtos de consumo. Ex.: embalagens, brinquedos, tubulações, pneus, tintas, entre outros. 1 Destilação - consiste em separar fluidos com pontos de ebulição diferentes através do aquecimento dos mesmos 1 P á g i n a
PROPRIEDADES DOS POLÍMEROS A. Massa específica - Os materiais poliméricos apresentam massa específica mais baixa que os metais e as cerâmicas. Tabela 1 - Valores de massa específica para materiais (MANO, 2000) B. Estabilidade dimensional - Propriedade importante para aplicações como engrenagens e peças de encaixe. A variação de umidade é um dos principais fatores que alteram tal propriedade, pois a água absorvida aumenta o volume e a massa específica da peça. A remoção da água pode acarretar o aparecimento de vazios e microfraturas que modificam as propriedades do material. C. Comportamento mecânico - As propriedades elásticas dos polímeros apresentam variação com o decorrer do tempo mesmo em condições normais. A resposta molecular de um polímero para atingir o equilíbrio com as forças externas é lenta, ou seja, material continua a deformar ou flui quase que indefinidamente com a aplicação da tensão. Figura 1 - Principais grupos de materiais poliméricos de acordo com o seu comportamento mecânico até a ruptura (Callister Jr., 2002 apud Andrade, 2008) D. Resistência ao impacto - o estudo do comportamento dos materiais poliméricos sob impacto é importante, pois há um grande número de situações em que estarão sujeitos a tal tipo de solicitação (choques mecânicos em quedas, batidas, entre outras). Polímeros cristalinos e amorfos frágeis à baixas temperaturas. Fratura de polímeros termofixos frágil. Fratura de polímeros termoplásticos dúctil ou frágil. Fatores que influenciam temperatura, taxa de deformação e presença de entalhes. E. Permeabilidade a gases e vapores - é de importância para aqueles materiais que serão empregados em embalagens. De uma forma geral apresentam baixa permeabilidade. A borracha butílica (copolímero de isobutileno e isopreno) é empregada em pneus pela 2 P á g i n a
impermeabilidade a gases, propriedade que é devida à cristalinidade imposta ao material quando sujeito à tração. F. Inflamabilidade - quando um polímero é aquecido, ocorrem modificações físico-químicas, pelas quais o material, invariavelmente, se decompõe em produtos voláteis. Os polímeros de fácil decomposição entram em combustão rapidamente, como: nitrato de celulose. Já os polímeros termofixos maior dificuldade de combustão, são empregados na fabricação de peças para uso elétrico. G. Propriedades térmicas e elétricas - apresentam baixa condutividade térmica e são isolantes elétricos. CLASSIFICAÇÃO DOS POLÍMEROS A classificação mais encontrada e aceita para os materiais poliméricos divide-os em: Polímeros termoplásticos São aqueles que amolecem e fluem quando submetidos a uma dada temperatura e pressão, podendo ser moldados. Apresentam possibilidade de reciclagem, não apresentam um reticulado cristalino preponderante, podendo fundir somente em certas faixas de temperatura e são materiais de baixo custo, alta produção, facilidade de processamento e baixo nível de resistência mecânica comparados a outros tipos de polímeros. Características: Amolecem quando aquecidos e endurecem quando resfriados Processo totalmente reversível e que podem ser repetidos Fabricados pela aplicação simultânea de calor e pressão Maioria dos polímeros com estrutura linear e aqueles que possuem algumas estruturas ramificadas com cadeias flexíveis Exemplos: Polietileno lona plástica Policloreto de vinila (PVC) tubulações hidrossanitárias Polipropileno fibras para estruturas de concreto (para combater a fissuração) Poliestireno revestimento de pisos e paredes (isolação térmica e acústica) Acetato de vinila (PVA) - tintas Polímeros Termofixos Tais polímeros são também chamados de termorrígidos. Características: Conformados plasticamente apenas em um estágio intermediário da sua fabricação Produto final duro que não amolece mais com o aumento da temperatura Tratamento térmico inicial Formação de ligações cruzadas covalentes entre cadeias adjacentes Resistência aos movimentos vibracionais e rotacionais da cadeia a altas temperaturas 3 P á g i n a
Exemplos Époxis - adesivos Resinas fenólicas - acessórios elétricos Poliésteres - Tanques e piscinas de fiberglass Polímeros elastoméricos Também são denominados de elastômeros ou borrachas. Os polímeros elastoméricos são materiais que, na temperatura ambiente, podem apresentar deformações muito superiores ao seu comprimento original, com uma recuperação elástica total quando a tensão é retirada. Características: Conformados plasticamente Propriedades importantes o Elasticidade o o o Estado sem tensões - Amorfo e composto por cadeias moleculares torcidas, dobradas e espiraladas Aplicação de carga de tração - Desenrola, distorce e retifica apenas parcialmente as cadeias Liberação da tensão - As cadeias se enrolam novamente de acordo com suas conformações iniciais Exemplos Neoprene aparelho de apoio Borracha de estireno materiais de reparo Borracha de butila impermeabilizações Borracha de nitrila vedações UTILIZAÇÃO DOS MATERIAIS POLIMÉRICOS NA CONSTRUÇÃO CIVIL Os materiais poliméricos ocupam, atualmente, lugar de destaque entre os materiais da construção civil. A seguir, estão listadas as principais aplicações desses materiais. Dependendo de suas propriedades, um determinado polímero pode ser usado em uma ou mais dessas categorias de aplicações. Tintas, Vernizes, Lacas e Esmaltes Freqüentemente, são aplicadas pinturas às superfícies dos materiais para que sirvam a uma ou mais das seguintes funções: Proteger o material do ambiente Melhorar a aparência Proporcionar isolamento elétrico Muitos dos componentes presentes nos materiais utilizados nas pinturas são polímeros. Esses revestimentos orgânicos se enquadram dentro de várias classificações, quais sejam: tintas, lacas, 4 P á g i n a
vernizes e esmaltes. A. Tintas - Constituídas essencialmente de uma suspensão de polímeros e pigmentos B. Vernizes - Soluções de resinas, naturais ou sintéticas, em um veículo (óleo secativo ou solvente volátil), os quais são convertidos em uma película transparente ou translúcida, após a aplicação em finas camadas C. Lacas - Compostas de um veículo volátil, uma resina sintética, um plastificante, grande quantidade de pigmento não ativo, um solvente muito ativo e, ocasionalmente, um corante. D. Esmaltes - Obtidos adicionando-se pigmentos aos vernizes ou lacas, resultando numa tinta caracterizada pela capacidade de formar um filme extremamente liso. Tabela 2 - Relação entre base, pintura e substrato. 5 P á g i n a
Impermeabilização Impermeabilização é a proteção das construções contra a infiltração de água na forma líquida ou na de vapor. Os materiais poliméricos são, junto com os betuminosos, os materiais mais utilizados nos serviços de impermeabilização. Os principais materiais que possuem polímeros em sua composição utilizados em impermeabilização são: A. Concretos, argamassas ou cimentos modificados com polímeros - são bastante usadas em situações em que exige água de percolação e condensação, como nos casos de pisos não sujeitos a movimentações excessivas da base, paredes expostas, cozinhas, banheiros e varandas, bem como em situações de água sobre pressão, como em reservatórios de água potável. B. Membranas acrílicas e poliméricas - são adequadas a impermeabilização de grandes áreas e não requerem proteção mecânica, no entanto, deve-se proteger a impermeabilização contra raios solares. C. Mantas poliméricas - são indicadas para utilização em impermeabilizações para água de percolação, de solo ou de pressão hidrostática positiva, como no caso de impermeabilização de piscinas. Também são indicadas para lajes com trânsito de pedestres ou tráfego de veículos. Adesivos Um adesivo é uma substância usada para colar as superfícies de dois materiais sólidos com o objetivo de produzir uma junta com elevada resistência ao cisalhamento Materiais poliméricos usados como adesivos são: epóxis, elastômeros, acrílico, poliuretano e adesivos naturais (cola animal, caseína, amido e rosina). Os adesivos poliméricos podem ser usados para colar uma variedade de combinações de materiais, tais como: metal-metal, metal-plástico, metal-cerâmica, madeira-madeira, e assim por diante. A principal desvantagem é a limitação da temperatura de serviço. Películas Películas que possuem espessuras entre 0,025mm e 0,125mm têm sido fabricadas e usadas largamente como "lona plástica" e sacos de proteção e embalagem de produtos da construção civil. Isolamento térmico O polímero mais usado como isolante térmico é o poliestireno expandido, conhecido como "isopor". Trata-se de um material de origem sintética com grande quantidade de bolhas de ar em seu interior. Proporciona ótimos resultados quando aplicado em pisos flutuantes, sanduíches em painéis para paredes divisórias, decoração, forros, isolamento acústico e térmico e como fôrmas de estruturas nervuradas. 6 P á g i n a
Figura 2 - Poliestireno expandido como isolante térmico em sistema de cobertura (cortesia da Isoeste). Fio e fibras poliméricas A maioria dos polímeros em fibras é usada na indústria têxtil. Nos últimos anos tem sido cada vez maior a utilização de concreto com fibras. O papel das fibras descontínuas, distribuídas aleatoriamente, em concreto reforçado com fibras, é atravessar as fissuras que se formam no concreto, seja sob ação de cargas externas, seja sujeito às mudanças na temperatura ou na umidade do meio ambiente. A real contribuição das fibras é aumentar a ductilidade do concreto, como por exemplo as fibras de náilon. A fibra de polipropileno é a fibra mais utilizada em concretos. Assim, o concreto reforçado com fibras tem sido usado na execução de pavimentos rígidos, pavimentação de pontes, estradas, aeroportos, concreto projeto para revestimento de túneis, pisos industriais, estacionamentos, obras hidráulicas e concreto projetado para estabilização de taludes. Aditivos químicos Produtos empregados na elaboração de concretos, argamassas e caldas de cimento para modificar certas propriedades do material fresco ou endurecido. Devem ser usados com muito cuidado, porque, geralmente, eles também têm efeitos secundários indesejáveis e porque a dosagem influi muito no resultado. Mastiques ou selantes São composições pastosas usadas para calafetar juntas de dilatação, fissuras, furos, etc. Ao secarem devem formar uma material dúctil e conservar a elasticidade por tempo indeterminado, bem como apresentar aderência à superfícies em que são aplicados. Eletrodutos e materiais elétricos Os materiais poliméricos são, muitas vezes, utilizados para a fabricação de eletrodutos e materiais elétricos devido à sua alta resistência elétrica, o que os torna isolantes elétricos. Tubulações e conexões hidrossanitárias O polímero mais utilizado para a fabricação de tubulações e conexões hidrossanitárias é o Cloreto de Polivinila (PVC) 7 P á g i n a
PRINCIPAIS POLÍMEROS TERMOPLÁSTICOS UTILIZADOS NA CONSTRUÇÃO CIVIL A. Cloreto de Polivinila (PVC) - É mais usado na fabricação de tubulações de água, esgoto e eletricidade. No setor das coberturas, as telhas de PVC substituem as telhas de vidro, aumentando a iluminação natural em grandes áreas do telhado. Na eletrotécnica, o PVC substitui a borracha isolante na maioria das aplicações e atua como isolamento devido à sua pequena absorção de água. E muito utilizado como piso vinílico B. Poliestireno - polímero do monômero estireno - É um material de grande emprego. Muito utilizado em aparelhos de iluminação mais econômicos. Quando poliestireno é de alta densidade são feitas conexões de material sanitário e assentos de banheiro; quando o poliestireno é do tipo expandido (isopor), é usado como isolamento térmico. C. Polietileno - Polímero do etileno - É muito utilizado pelo seu baixo custo e pela facilidade de ser trabalhado. É utilizado para proteção de paredes e lajes contra chuva, eletrodutos, cobertura de materiais e equipamentos e proteção contra poeira D. Náilon - Polímero das amida - É um dos plásticos mais nobres e de melhor qualidade. É usado como reforço nas telhas plásticas, em buchas de fixação e na fabricação de dobradiças. É usado na eletrotécnica por sua grande resistência à dissolução E. Acrílicos - São plásticos nobres, de qualidade óticas e aparência semelhantes ao vidro. São usados em decoração como paredes divisórias, tapa-vistas e em substituição ao vidro em portas para box. PRINCIPAIS POLÍMEROS TERMOFIXOS UTILIZADOS NA CONSTRUÇÃO CIVIL A. Resinas fenólicas e alquídicas - Usadas na indústria de tintas e vernizes. A resina fenólica é bastante empregada nos laminados plásticos e no revestimento de chapas. B. Epóxis - Estão sendo aplicados na construção civil, principalmente, como revestimentos, por sua dureza e resistência à abrasão e como adesivos de alta resistência para concreto. As resinas epóxi são empregadas para as seguintes finalidades: adesivos, selante, revestimento e pavimentação. PRINCIPAIS POLÍMEROS ELASTOMÉRICOS UTILIZADOS NA CONSTRUÇÃO CIVIL A. Neoprene - polímeros do cloropreno - São elastômeros ou borrachas sintéticas usadas em impermeabilizações. O Neoprene possui diversas outras aplicações, como, por exemplo, gaxetas, para vedação de paredes de vidro e esquadrias. Também é usado em juntas de expansão e como base antivibratória em pontes B. Silicones - polímeros do siloxano - Os silicones possuem um campo de aplicação limitado na construção civil, sendo especificamente indicados para a proteção de superfícies sujeitas às intempéries. Recentemente surgiu uma nova utilização dos silicones como mástiques para a vedação de juntas 8 P á g i n a