CONCEITOS BÁSICOS SOBRE MATERIAIS PLÁSTICOS
1 - Introdução Este texto tem o objetivo de informar sobre conceitos da ciência dos polímeros e algumas propriedades e aplicações dos principais tipos de materiais plásticos.
A cadeia petroquímica e o plástico 1ª GERAÇÃO Gasolina Oléo Diesel Resíduo GLP 7% Nafta Oléo Combústivel Eteno Propeno Buteno, Butadieno Benzeno Refinamento Craqueamento Tolueno e Xileno Petróleo Mercado Consumidor Embalagens para alimentos Embalagens de bebidas Utilidades domésticas Produtos para construção civil Aplicações médicas etc. 3ª GERAÇÃO Transformação 2ª GERAÇÃO Polimerização
2 Alguns conceitos básicos Os plásticos são polímeros formados pela união de grandes cadeias moleculares chamadas macromoléculas que por sua vez são formadas por moléculas menores chamadas de monômeros. Os polímeros são produzidos por um processo químico conhecido por polimerização, sendo a reação que une quimicamente as moléculas de monômero. As matérias-primas principais para a produção dos materiais plásticos são o petróleo e o gás natural e também podem ser obtidos a partir de fontes renováveis como por exemplo, do etanol (álcool etílico) proveniente da cana-de-açúcar.
3 - Classificação 3.1 Naturais (vide 3.6): os polímeros naturais são aqueles existentes na natureza na forma polimérica. Exemplo: algodão, madeira (celulose), cabelo, látex,caseína (leite). celulose 3.2 Sintéticos: os polímeros sintéticos são aqueles obtidos por meio de reações químicas, Exemplo: PE, PP, PVC, PA, PC, entre muitos outros. 3.3 Termoplásticos: são polímeros que não sofrem alterações na sua estrutura química durante o aquecimento/amolecimento e, portanto, podem novamente ser fundidos após o resfriamento. São recicláveis. Exemplo: PE, PP, PVC, PA, PC, PET, etc.
3.4 Termofixos: são polímeros que quando aquecidos uma vez, mudam sua estrutura química e não podem ser fundidos novamente. Exemplo: Poliuretano (alguns tipos são termofixos),fenol-formaldeído (baquelite), Melamina-formaldeído, resina poliéster e etc. 3.5 Elastômeros: são conhecidos como borrachas, uma vez moldados não podem ser fundidos novamente, porém podem ser reaproveitados como cargas/enchimentos em outros produtos. Exemplo: borracha natural (látex) e borrachas sintéticas (SBR). SBR Poliuretano Bolas de bilhar Látex
Polímeros obtidos a partir de fontes de matérias-primas renováveis. Os biopolímeros podem ou não ser compostáveis (biodegradáveis). 3.6.1 -Tipos de Biopolímeros 3.6 - Biopolímeros: PE verde : polímero produzido por reação de polimerização convencional utilizando matérias-primas de origem renovável (sustentável) como o etanol da cana-de-açúcar. Possui as mesmas propriedades que o material obtido de fontes convencionais (petróleo), e não é biodegradável. PLA (Poliácido lático): polímero obtido a partir do ácido lático produzido pela fermentação do milho, este material é biodegradável (compostável). Polihidroxialcanoato - PHAs, Polihidroxibutirato PHB, Polihidroxivalerato PHV: polímeros produzidos por micro-organismos ou bactérias modificadas geneticamente. Estes micro-organismos sintetizam polímeros que são extraídos e usados como plásticos. Estes materiais são biodegradáveis.
PRINCIPAIS TIPOS DE MATERIAIS PLÁSTICOS Propriedades
4 Principais tipos de materiais plásticos: Propriedades 4.1 Polietilenos PE A - Polietileno de baixa densidade e Polietileno de baixa densidade linear PEBD e PEBDL (LDPE e LLDPE) Material com baixas condutividades elétrica e térmica. É resistente ao ataque de produtos químicos. É atóxico. Flexível, leve e transparente (quando em baixas espessuras). Muito utilizado em embalagens para alimentos e produtos de higiene pessoal, tubos para irrigação, isolamento de fios, etc. O PEBDL é principalmente utilizado na produção de embalagens flexíveis para alimentos. PEBDL embalagens para alimentos
B - Polietileno de alta densidade PEAD (HDPE). Material opaco devido à sua maior densidade e alto grau de cristalinidade. Possui maiores propriedades mecânicas que o PEBD e PEBDL. É resistente às baixas temperaturas, leve, impermeável, rígido, com ótimas resistências química e mecânica. Muito resistente quimicamente o que permite sua aplicação em embalagens de produtos de limpeza e produtos químicos. Utilizado também na fabricação de autopeças. Frascos
C - Polietileno de ultra alto peso molecular PEUAPM (UHWM) Material extremamente difícil de ser processado pelos métodos convencionais devido ao seu elevado peso molecular, sendo assim, é processado por compressão e extrusão com pistão hidráulico. Suas propriedades são mantidas mesmo sob temperaturas muito baixas. Possui alta resistência ao desgaste por abrasão, alta resistência ao impacto, baixo coeficiente de atrito sendo assim, auto lubrificante. Possui elevada resistência química e não absorve água. Utilizado em peças de alta performance para indústrias alimentícia e naval, para equipamentos agrícolas, esporte e lazer, usinagem de peças técnicas, etc.
Fórmula Estrutural do PE n CH 2 = CH 2 --(-- CH 2 CH 2 --) n -- etileno Polietileno - PE
4.2 - POLIPROPILENOS PP A Polipropileno Homopolímero PP Homo Material resistente a altas temperaturas podendo ser esterilizado. Boa resistência química e poucos solventes orgânicos podem solubilizá-lo à temperatura ambiente. Em comparação ao PEAD possui menor densidade, maior ponto de amolecimento, maior dureza superficial, maior rigidez, menor resistência ao impacto, maior sensibilidade à oxidação, melhor resistência ao stress cracking e maior fragilidade a baixas temperaturas. Material muito usado na fabricação de peças com dobradiças, autopeças, embalagens para alimentos, fibras e monofilamentos, etc. Tampas flip-top
B Polipropileno Copolímero PP Copo Material transparente, mais flexível e resistente (exceto resistência química) que o homopolímero. Quando modificado com elastômeros, torna-se mais resistente ao impacto. Possui alta resistência mecânica a baixas temperaturas. Utilizado em utilidades domésticas, frascos, embalagens em geral.
Fórmula Estrutural do PP n CH 2 = CH --(-- CH 2 CH --) n -- CH 3 CH 3 Propileno Polipropileno - PP
4.3 - POLIESTIRENOS PS e seus derivados A Poliestireno Cristal Material rígido, leve, transparente e brilhante. Possui baixas resistências química, térmica e às intempéries. Possui baixa resistência mecânica (rígido e quebradiço). Utilizado em copos, pratos e talheres descartáveis, brinquedos, produtos para escritório etc.
B Poliestireno Expandido EPS (Isopor ) Consiste na incorporação de um agente de expansão ao PS (geralmente o pentano) o que torna o material uma espuma com excelentes propriedades acústica e térmica e dependendo da espessura e densidade, boa resistência mecânica. Possui baixa absorção de água. Utilizado em embalagens para alimentos, em lajes e isolamento acústico/térmico para construção civil, em boias etc. Lajes Embalagem para transporte de alimentos
C Poliestireno Alto Impacto PSAI (HIPS) Material translúcido podendo ser opaco, é muito sensível à radiação ultravioleta, possui baixa resistência química, é mais resistente ao impacto que o PS cristal e absorve pouca umidade. Utilizado em produtos descartáveis, brinquedos, autopeças, eletroeletrônicos.
Fórmula Estrutural do PS n CH 2 = CH --(-- CH 2 CH --) n -- estireno Poliestireno - PS
D Copolímeros estirênicos Os copolímeros estirênicos possuem propriedades superiores às do PS cristal e elas variam de acordo com o tipo e quantidade do comonômero utilizado conforme o quadro. Acrilonitrila Resistência térmica e química Resistência ao impacto e propriedades a baixas temperaturas Butadieno Brilho, moldabilidade e rigidez Estireno
D1 Copolímeros de Estireno Acrilonitrila - SAN Transparente e brilhante, possui maiores resistências química e térmica que o PS. Utilizado em eletrodomésticos nas tigelas para batedeiras e processadores, copos de liquidificador e em alguns tipos de autopeças.
D2 Copolímero de Acrilonitrila-Butadieno-Estireno ABS Possui boa resistência ao impacto devido ao butadieno, sua dureza depende das quantidades de butadieno e acrilonitrila, possui boa resistência à tração (menor que PA e POM), pode ser usado sob temperaturas de até 80ºC, possui baixa resistência às intempéries e maior resistência química que o PS (devido à acrilonitrila). Blendas com PC resultam em materiais com excelentes resistências ao impacto e à oxidação. Utilizado em autopeças, eletrodomésticos e eletroeletrônicos.
D3 Copolímero de Acrilonitrila - Estireno-Acrilato ASA Possui alta resistência à tração, alta resistência às intempéries, não amarela, alta resistência química, alto brilho, alta rigidez e alta estabilidade térmica (até 108 C) devido ao comonômero acrilato. As blendas com PC resultam em maiores resistências ao impacto, ao desgaste e ao calor. Utilizado em eletrodomésticos e autopeças.
4.4 Policloreto de Vinila PVC Este material plástico possui grande importância devido à sua grande versatilidade, ou seja, com a adição de aditivos como plastificantes, lubrificantes, estabilizantes, pigmentos e corantes, cargas entre outros aditivos, é possível obter uma infinidade de grades com propriedades muito diferentes para diversas aplicações. O PVC é utilizado em embalagens de alimentos, cosméticos e medicamentos; em mangueiras em geral; na construção civil em tubos e conexões, em conduítes, em recobrimento de fios e cabos, em forração, em revestimento de pisos, em esquadrias e janelas; como couro sintético para indústria de calçados, bolsas e estofados; acessórios médico-hospitalares, dentre outras diversas aplicações.
Tipos de PVC: PVC NÃO PLASTIFICADO - PVC-U (rígido) alta resistência mecânica, rigidez e dureza baixa resistência ao impacto translúcido ou transparente alta resistência química PVC PLASTIFICADO - PVC-P (flexível) flexibilidade ajustável em grande faixa tenacidade dependente da temperatura resistência química depende da formulação translúcido ou transparente
Fórmula Estrutural do PVC n CH 2 = CH --(-- CH 2 CH --) n -- Cl cloreto de vinila Cl Poli(cloreto de vinila) - PVC
4.5 Polimetacrilato de metila - PMMA Comumente conhecido como acrílico é um tipo de material plástico com alta transparência, alta resistência ao impacto, alta resistência às intempéries, alto brilho, é duro e rígido. Possui média resistência química, podendo sofrer reações de esterificação que fragilizam o produto. É utilizado em aplicações como luminosos (propaganda), telhas transparentes, lanternas de automóveis, luzes de estacionamento, janelas de inspeção, lentes de óculos, olhos artificiais, lentes de contato, dentaduras/próteses, peças decorativas, maquetes, entre outras.
Fórmula Estrutural do PMMA
4.6 Polietileno tereftalato PET Material rígido e transparente sofre lenta cristalização, é amorfo, absorve muita umidade (por ser um éster) funde sob temperaturas próximas a 265ºC. Possui excelente resistência ao impacto, baixa permeabilidade aos gases (CO 2 ). Algumas aplicações do PET são: filamentos (fios para tecelagem), fitas magnéticas, filmes para radiografias, laminados para impressão, embalagens para cozimento de alimentos, garrafas para bebidas carbonatadas, frascos para alimentos, cosméticos e produtos de limpeza. Pré-formas
Fórmula Estrutural do PET
4.7 Polibutileno tereftalato PBT Polímero cristalino (opaco), mais flexível que o PET, funde com menores temperaturas, absorve umidade (requer desumidificação anterior ao processamento), O PBT é utilizado nas indústrias automobilística, eletroeletrônica e de eletrodomésticos.
Fórmula Estrutural do PBT
4.8 Poliamidas PA Polímeros cristalinos com alta rigidez, alto ponto de fusão, alta resistência química. Alta absorção de umidade (requer estufagem/ desumidificação anterior ao processamento). Requer tratamento de umidificação posterior ao processamento a fim de estabilizar as dimensões. Fácil oxidação, alta viscosidade no estado fundido (requer bicos valvulados no processo por injeção) Algumas aplicações das PAs são: para indústria alimentícia, automobilística, eletroeletrônica, têxtil, eletrodomésticos, química etc. corda engrenagens
4.8.1 Características dos diferentes tipos de PA PA 6:6 - maior dureza, rigidez, resistência à abrasão e HDT PA 6 - muito dura e resistente PA 6:10 e 6:12 - baixa absorção de umidade, portanto peças com boa estabilidade dimensional PA 11 - muito baixa absorção de umidade; menor dureza e rigidez que PA6; maior resistência ao impacto dentre as PAs PA 12 - menor absorção de umidade que a PA11; maior resistência à corrosão
Fórmula Estrutural da PA -- -- N (CH 2 ) 6 C (CH 2 ) 6 -- -- H O
4.9 Policarbonatos PC Material transparente, rígido com boa resistência à oxidação (não amarela), possui boa resistência química, não resiste a solventes aromáticos. Possui excelente resistência ao impacto (praticamente não quebra) e boa resistência térmica. Material utilizado nas indústrias eletroeletrônica, automobilística, médica e hospitalar, aérea (janelas de avião, luzes de posição), lentes de semáforos etc. Coberturas Lentes de semáforos Faróis de automóveis
Fórmula Estrutural do PC
4.10 Polioximetilenos (Poliacetais) POM Material plástico com alta cristalinidade (opaco), possui alta temperatura de fusão e dureza. Sua resistência química é boa, resiste a vários produtos químicos. Material autolubrificante. Conhecido por Poliacetal ou ainda pelo nome comercial de Delrin (Du Pont). Existe na forma de homopolímero e copolímero. O copolímero possui maiores estabilidades térmica e química. Material utilizado em engrenagens, peças de cintos de segurança, fieiras para extrusão de macarrão, carcaças de isqueiros, bombas de gasolina etc.
PRINCIPAIS TIPOS DE MATERIAIS PLÁSTICOS Aplicações
Principais tipos de materiais plásticos PEBD Frascos, tampas, filmes agrícolas Recobrimento de fios e cabos, revestimento de Tetra Pak Filmes para empacotamento automático de leite, suco, iogurte Filmes para alimentos, filmes termo contráteis, sacarias em geral Utilidades domésticas, brinquedos PEAD Sacolas, bobinas picotadas, sacarias em geral Back sheet de absorventes higiênicos e fraldas Tampas para bebidas, caixas de uso geral, coletores de lixo Frascos para alimentos, cosméticos, higiene e limpeza Garrafeiras, peças técnicas, recipientes para alimentos, brinquedos
PEBDL Sacaria industrial, filmes stretch Tanques para armazenamento de água, cisternas, caixas d água Filmes para empacotamento automático de líquidos e sólidos Tampas com lacre Brinquedos, geomembrana PP Homo Peças de parede fina, caixas de DVD, brinquedos, eletrodomésticos Tampas com lacre, flip-top, utilidades domésticas de parede fina Embalagens transparentes para alimentos e cosméticos Frascos; copos e pratos descartáveis; chapas planas e corrugadas Fibras para tapetes, filmes para balas e bombons
PP Copo Peças de alta transparência, potes para freezer Embalagens para cosméticos ; copos para requeijão Potes para sorvetes, tampas para potes de margarina Utilidades domésticas, baldes Tampas para garrafas de bebidas, peças automotivas (caixas de baterias ) PS cristal Brinquedos Materiais escolares/ de escritório Embalagens descartáveis (pratos, copos, talheres)
PS Expandido EPS Embalagens descartáveis (copos, pratos e talheres) Bandejas para alimentos Proteção contra impactos no transporte de equipamentos eletroeletrônicos e eletrodomésticos Caixas térmicas Revestimentos acústicos PS alto impacto Brinquedos Embalagens descartáveis (copos, pratos e talheres) Eletrônicos (carcaças de televisores, home theater etc. Eletrodomésticos Automobilística
ABS Eletrônicos Eletrodomésticos (carcaças de liquidificadores, processadores, mixers, batedeiras etc.) Automobilística grades, retrovisores, painéis etc. SAN Copos de eletrodomésticos como liquidificadores, processadores, mixers, batedeiras etc.
PVC Filmes para embalar alimentos Couro sintético para confecção de bolsas, revestimentos de estofados Calçados/solados Brinquedos: bolas, bonecos, piscinas (infláveis em geral) Móveis Revestimentos de fios e cabos Construção civil: pisos laminados, perfis, tubos e conexões, forros, esquadrias de portas e janelas. Medicina: cateteres, bolsas para sangue, mangueiras. Cartões magnéticos Lonas Mangueiras para líquidos diversos e gases Frascos Indústria automobilística
PMMA Faróis, lanternas, triângulos de segurança (automobilística) Construção civil: pias, cubas, tampas de vasos sanitários, peças decorativas Lentes de contato Lentes de óculos Displays para propaganda Luminosos para propaganda Aquários Próteses dentárias Visores em máquinas e equipamentos
POM Peças para cinto de segurança Engrenagens Válvulas Peças técnicas Peças do sistema de combustível PC Faróis e lanternas Saltos de sapatos Lentes para semáforos Embalagens DVDs Chapas Telhas Escudos para policiais Capacetes
PET Garrafas para bebidas em geral Frascos para alimentos, cosméticos e produtos de limpeza Peças para eletrodomésticos e eletrônicos PBT Automobilística: peças do sistema de freio, peças do cinto de segurança, painéis etc. Eletrônicos: interruptores, teclados, comutadores, soquetes, tomadas. Eletrodomésticos: cabos, peças de aspiradores de pó, de liquidificadores, processadores, mixers, cafeteiras etc.
PA Eletrônicos Peças técnicas: bombas, válvulas, polias, engrenagens Automobilística: tampas do tanque de combustível, do radiador, dos reservatórios de água, óleo e fluido de freio, mangueiras para transporte de combustível, filtros, calotas, hélices de ventilador, painéis, coletor de ar, sistema de combustível. Têxtil: tecidos sintéticos, tapetes Monofilamentos: cerdas, fios para pesca, cabelo para boneca, cabelo para peruca Indústria aeroespacial Coletes à prova de balas Kevlar
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