UNIVERSIDADE FEDERAL DOS VALES DO JEQUITINHONHA E MUCURI CAMPUS DO MUCURI INSTITUTO DE CIÊNCIA, ENGENHARIA E TECNOLOGIA (ICET) BACHARELADO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA www.ufvjm.edu.br Ciência e Tecnologia dos Materiais Tecnologias associadas às aplicações industriais (Espumas e Teflon) Teófilo Otoni, 21 de setembro de 2011. Grupo de Trabalho: Felipe Santos Moreira; Jessica Alves Maia; Kállen Froeder Martins; Luma Rodrigues Blanc; e Saniely Eduarda Magalhães Couy. 1
POLÍMEROS POLIURETANOS POLITETRAFLUORETILENO Espumas Teflon Poliuretanos (PU) Esquema de síntese de um poliuretano O esqueleto do poliuretano é formato por carbamatos. 2
Poliuretanos (PU) Amplas aplicações no mercado mundial. Largamente usado em espumas rígidas e flexíveis, em elastômeros duráveis, em adesivos de alto desempenho, em fibras, gaxetas, preservativos, carpetes, peças de plástico rígido e tintas. As espumas flexíveis de PU possuem células abertas, permeáveis ao ar, são reversíveis à deformação e podem ser produzidas numa grande faixa de propriedades incluindo maciez, firmeza e resiliência (HR). Poliuretanos (PU) As primeiras espumas flexíveis comerciais foram fabricadas em 1951, utilizando polióis poliésteres. Em 1964, surgiram as espumas de alta resiliência (HR). No Brasil, a fabricação de blocos de espumas flexíveis de PU começou nos anos 60. Em 2000, foram consumidos 150 mil toneladas de espumas flexíveis de PU, para produção de colchões com densidade média de 20 kg/m 3, variando desde 8 até 45 kg/m 3. Fonte:WalterVilar, disponível em: http://www.poliuretanos.com.br/ 3
Espumas Flexíveis Propriedades: maciez, firmeza, reversibilidade à deformação e resiliência. As espumas são classificadas de acordo com o tipo de poliol (poliéter ou poliéster) utilizado, e quanto as suas características elásticas. A classificação das espumas quanto a sua elasticidade é dada da seguinte maneira: Espumas flexíveis convencionais; Espumas flexíveis de alta resiliência (HR); Espumas semiflexíveis; Espumas flexíveis de pele integral; Espumas Convencionais Fabricadas com densidades entre 8 e 50 kg/m 3, são empregadas principalmente em colchões e estofados. As propriedades mecânicas de uma espuma flexível dependem tanto da geometria macroscópica das células quanto da morfologia microscópica da espuma. Figura 1 Morfologia das espumas flexíveis convencionais 4
Espumas de Alta Resiliência (HR) Fabricadas com densidades entre 25 e 60 kg/m3. Possuem maior suporte de carga e curva de tensão/deformação Possui pequena capacidade de abertura das células nas espumas de HR, que frequentemente possuem células fechadas. Figura 2 - Morfologia da espuma de alta resiliência (HR) Espumas Semiflexíveis Devido ao seu baixo peso e excelente absorção de impacto, as espumas semiflexíveis são largamente usadas na fabricação de partes internas dos automóveis como: painéis de instrumentos, quebra-sol, encosto da cabeça, portas. Utilizam água como agente de expansão e possuem mais de 90% da sua estrutura com células abertas. 5
Espumas com pele integral Possui excelente reprodução da textura do molde. Os PU's integrais são produzidos em densidades entre 200 a 800 kg/m 3 podendo chegar a 1100 kg/m 3. A indústria automobilística tem aumentado o consumo de espumas flexíveis com pele integral em peças que precisam satisfazer normas de segurança. São utilizadas principalmente onde se requer resistência ao rasgo aliado ao conforto. Exemplos: Assentos e encostos, apoios de cabeça e de braço, volantes; Propriedades das Espumas Flexíveis Características que podem ser controladas para a produção de diferentes tipos de espumas: O controle da dureza e densidade, que pode ser realizado, por exemplo, através da variação do teor de água e a utilização de endurecedores; Tamanho das células, que pode ser alterado através da adição de surfactante de silicone e da velocidade de agitação. Resiliência e viscoelasticidade, que podem ser controladas, por exemplo, através da adição de amaciantes; 6
Propriedades das Espumas Flexíveis Propriedades de tensão, sendo estas alteradas através da adição de água; Deformação permanente, que pode ser diminuída com a elevação do índice ou a utilização de poliol com maior funcionabilidade; Resistência ao fogo, que pode ser adquirida pelo uso de retardantes de chama, como por exemplo, asparafinas cloradas; Espumas Rígidas Amplamente difundidas em aplicações no ramo da engenharia civil, como por exemplo, em isolamentos térmicos e painéis; Possuem em sua composição os polieterpolisiloxanos que são surfactantes, que possuem a capacidade de promover a formação de uma estrutura de células fechadas, uniformes e sem vazios. Canos de ar-condicionados revestidos interiormente com PU 7
Espumas Rígidas Principal característica se da pela capacidade de resistência às tensões a ela submetidas. Além da resistência às tensões, pode-se listar outras propriedades importantes para as espumas rígidas: Condutividade térmica; Densidade; Teor de células fechadas; Fator de resistência à difusão do vapor d água; Coeficiente de expansão térmica linear; Resistência química; Resistência ao cisalhamento; Resistência à flexão. Teflon Teflon é o nome popular do polímero Politetrafluoretileno (PTFE); Surgiu em 1938 com experimentos com o gás de Tetrafluoretileno, químico Roy Plunkett; do Polímero formado por cadeia de 100.000 átomos de carbono ligados a dois átomos de flúor; 8
A Fórmula Química do Politetrafluoretileno É um polímero similar ao polietileno; Pressão de cerca de 50.000 atm; Polietileno Politetrafluoretileno Comércio do Politetrafluoretileno Teflon é uma marca registrada de propriedade da empresa estadunidense DuPont, conhecida mundialmente, desde 1946; Outras resinas de PTFE também são conhecidas comercialmente pelas marcas: HOSTAFLON Marca registrada HOESCHST (Alemanha); FLUON Marca registrada ICI (R.U.); ALGOFLON Marca registrada MONTEDISON (Itália); 9
Propriedades Praticamente inerte; Carência de reatividade; Impermeável; Resistência à altas temperaturas; Não é afetado por radiações ultravioletas; Não queima; Propriedades Excelente isolamento elétrico e perda dielétrica insignificante; Possui o mais baixo coeficiente de atrito; Não sofre fenômenos de envelhecimento; A densidade do teflon varia de 2,0 a 2,3 g.cm -3 ; Superfície antiaderente; Nenhum outro material adere a sua superfície; 10
Aplicações devido às suas Propriedade Revestimento anticorrosão: Reduz o custo de peças e equipamentos; Desmoldante permanente: revestimentos de baixa camada protegem o molde sem alterar a geometria, facilita a limpeza. Materiais Produzidos No mercado podemos encontrar os seguintes produtos: Pistões; Sondas; Peças de deslize; Conectores; Sede de válvulas; Vedações; Chapa de filtro; Anéis de Vedação; Assento de válvulas; Selos mecânicos; Retentores; Mancais; Camisas de válvulas; Diafragma; 11
Materiais Produzidos Tensor de corrente; Guias; Cintas tipo cunha; Isoladores; Parafusos; Buchas; Rolos; Porcas; Arruelas; Equipamentos para a indústria química, aérea e espacial; Películas antiderrapantes. Áreas de onde o PTFE é utilizado Construção Civil; Tecnologia, nuclear e de vácuo; Instrumentação; Alimentícia; Indústria eletroeletrônica; Indústria técnica de transporte e movimentação de cargas; Tecnologia laser; Medicina; Tratamento de água. 12
Curiosidades Como surgiu a idéia de utilizar o Teflon na confecção de panelas? Aplicação de ácido clorídrico; Aquecimento; Fixação. Pesquisador Louis Hartmann. Aplicação do TEFLON na Construção Civil O PTFE tem encontrado muitas aplicações na área da construção civil, tais como: Revestimentos que não permitem a aderência de sujeira; Peças de apoio para minimizar o atrito; Película de PTFE tratado para adesão + elastômero para comportas de usinas hidroelétricas, por ser estável a intempéries; 13
Aplicação do TEFLON na Construção Civil Placas de PTFE + aço + elastômero para apoio de pontes, viadutos e tubulações; Placas e películas de PTFE para estruturas e fundações, por sua resistência mecânica; Fitas Veda Rosca para vedação de vapor, óleo, gases, água e etc.; Fitas com densidade específica para revestimento de fiação, por ser isolante. Sapatas Deslizantes: É escorregadio ao tato e é, por isso, utilizado na fabricação de peças móveis que não necessitam de lubrificação. Um de seus empregos mais curiosos está na construção de edificações à prova de terremotos, pois, sapatas deslizantes de PTFE, incluídas nas fundações, permitem que o prédio se movimente sem desgastar os seus suportes. 14
Considerações Finais O estudo e aprimoramento dos polímeros possibilita a inserção de novos materiais no mercado, permitindo mais conforto e proteção ao homem. Hoje, continuam sendo criados novos e interessantes polímeros, obtendo-se então novas propriedades mecânicas, ópticas e elétricas. A importância destes materiais pode ser apresentada, observando a quantidade de objetos feitos de plásticos utilizados diariamente, sustentando uma intensa atividade industrial (REDQ, 2010). 15
Referências Bibliográficas ALVES, L., Composição do Teflon. Brasil Escola. Disponível em: <http://www.brasilescola.com/quimica/composicao-teflon.htm>. Acesso dia: 15/09/2011. APLASTEC., Fitas dupla face de espuma de PE. Disponível em <http://www.aplastec.com.br/produtos.html> Acesso dia: 16/09/2011 BASF S.A., Sistemas de espuma flexível. Disponível em: <http://www.basf.com.br/default.asp?id=3023> Acesso dia: 16/09/2011 CANGEML, J., M., SANTOS, A., M., NETO, S., C., Poliuretano: de travesseiros a preservativos,umpolímeroversátil. Química e sociedade. V. 11, N. 3, agosto, 2009. Disponível em: <http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc31_3/02-qs- 3608.pdf> Acesso dia: 19/09/2011 Referências Bibliográficas LEITE, R., D., Análise de enrijecedores à flexão com concentrador de tensões. Dissertação de mestrado, URFJ/COPPE, 2010, Rio de Janeiro. Disponível em: <http://pt.scribd.com/doc/63588110/86/referencias- BIBLIOGRAFICAS> Acesso dia: 19/09/2011 VILAR, W. D., Química e Tecnologia dos Poliuretanos. 3ª Ed., Vilar Consultoria, Rio de Janeiro. Disponível em: <http://wwwpoliuretanos.com.br/> Acesso dia: 15/09/2011 SILVEIRA, L., Polímeros Tetrafluoretileno, Universidade Estadual do Rio de Janeiro, 2009. Disponível em <http://www.ebah.com.br/content/abaaaaapuaa/polimerostetrafluoretileno>.acesso dia: 15/092011. 16