Degradação de Polímeros

Degradação de Polímeros Degradação de Polímeros e Corrosão Prof. Hamilton Viana Prof. Renato Altobelli Antunes

1. Introdução Degradação é qualquer reação química destrutiva dos polímeros. Pode ser causada por agentes físicos e/ou por agentes químicos. A degradação causa uma modificação irreversível nas propriedades dos materiais poliméricos. É evidenciada pela deterioração progressiva destas propriedades, incluindo o aspecto visual.

1. Introdução (continuação) Para alguns autores, o conceito de degradação é mais amplo e pode também abranger efeitos físicos que conduzirão à perda de função do produto polimérico. Um exemplo desses efeitos físicos é a perda de plastificantes de um sistema polimérico, por migração ou por evaporação. Nesta situação, o polímero em si não sofre alteração, porém o conjunto composto por polímero e plastificante perde funções importantes.

1. Introdução (continuação) Geralmente as reações de degradação são indesejáveis. Procura-se alta durabilidade, ou vida útil elevada, pela aplicação adequada de sistemas poliméricos: Uso de aditivos antidegradantes específicos. As reações de degradação poderão ser benéficas para os casos de: rejeitos poliméricos não recicláveis por contaminação ou por inviabilidade econômica os sacos de lixo, Sacolas Fraldas e embalagens de curta duração Também são úteis das reações induzidas de degradação que ocorrem nos processos mecanoquímicos de mastigação da borracha natural.

2. Tipos de degradação dos polímeros Os tipos de degradação são geralmente analisados pelos seguintes aspectos: Em relação à severidade da degradação 1. superficial: altera o aspecto visual do material polimérico e principalmente a sua cor, para moldados em cores claras. 2. estrutural: altera as propriedades mecânicas, térmicas, elétricas, etc., e compromete o desempenho estrutural do material polimérico.

2. Tipos de degradação dos polímeros (continuação) Em relação aos mecanismos gerais das reações de degradação 1. degradação sem cisão da cadeia principal do polímero: em geral é uma degradação de nível superficial; podem ocorrer:» formação de ligações cruzadas,» substituição ou eliminação de grupos laterais,» reações entre os próprios grupos laterais, incluindo ciclização. este tipo de degradação poderá evoluir para o tipo 2. 2. degradação com cisão da cadeia principal do polímero: redução drástica dos pesos moleculares das cadeias poliméricas, É uma degradação de nível estrutural; acontece de forma aleatória ou de forma inversa ao processo de polimerização (depolimerização.)

2. Tipos de degradação dos polímeros (continuação) Em relação ao local de atuação dos agentes de degradação, são três casos distintos: 1. degradação causada pelo processamento do polímero. 2. degradação em condições de serviço, e isto é, durante o uso do material polimérico. 3. degradação após o uso do material polimérico, caso ele tenha se transformado em resíduo não reciclável.

2. Tipos de degradação dos polímeros (continuação) Em relação aos agentes ou fatores causadores da degradação: 1. agentes físicos: radiação solar e outras radiações, temperatura e atrito mecânico e intenso. 2. agentes químicos: água, ácidos, bases, solventes, outros produtos químicos, oxigênio, o ozônio, e outros poluentes atmosféricos. 3. agentes biológicos: microorganismos, tais como fungos e bactérias; as pregações ideológicas são de natureza química, sendo que os microorganismos são os agentes destes ataques químicos.

2. Tipos de degradação dos polímeros (continuação) A degradação de material polimérico pode ser causada por um ou mais agentes. Nas degradações com agentes combinados, normalmente a análise é mais complexa. Estas solicitações são freqüentemente muito severas. Um destes casos ocorre quando a temperatura atua como fator de aceleração nos processos fotodegradativos.

2. Tipos de degradação dos polímeros (continuação) Em relação aos processos responsáveis pela degradação dos polímeros Segundo esse critério, derivado de alguns aspectos apresentados, a classificação das reações de degradação é separada nas seguintes formas principais: degradação térmica, degradação mecânica, degradação químicas (incluindo a oxidação), Biodegradação, fotodegradação, degradação por radiações ionizantes, termooxidação, fotooxidação, degradação termomecânica, degradação mecanoquímica, e fotobiodegradação, conforme esquema apresentado na Figura 1.

2. Tipos de degradação dos polímeros (continuação)

3. Métodos utilizados para estudo da degradação Existem métodos para detectar a degradação que já aconteceu num polímero; Existem métodos para simular ambientes e/ou situação de degradação em polímeros.

3.1. Métodos Ambientais O envelhecimento ambiental também é chamado de natural É importante conhecer detalhadamente as condições geográficas e climáticas: A luz solar sofre influência : da época do ano, da latitude, da altitude, da hora do dia, do ângulo de exposição; a composição química da atmosfera sofre influência dos poluentes, da umidade; a freqüência da chuva e sua intensidade

3.1. Métodos Ambientais (continuação) O tempo de exposição para verificação dos resultados: dificilmente fica abaixo de 4 anos; as amostragens devem ser feitas a cada mês; caso as primeiras amostragens não apontem sinais de degradação drástica, o espaço de amostragem pode ser aumentado.

3.1. Métodos Ambientais (continuação) As medidas utilizadas podem ser : - avaliação visual - medida de cor superficial - avaliação de propriedades mecânicas - avaliação de alterações estruturais por métodos espectrométricos

3.1. Métodos Ambientais (continuação) As amostras podem ser preparadas como: filmes, corpos-de-prova para ensaios mecânicos, peças no formato final de uso.

3.1. Métodos Ambientais (continuação) O estudo do envelhecimento natural: é dos mais demorados, dos mais trabalhosos, além da avaliação das amostras, é necessário: um acompanhamento das condições ambientais:» quantidade de chuva» quantidade de horas de insolação» temperatura diária e composição média da atmosfera.

3.1. Métodos Ambientais (continuação) É importante ressaltar que existem métodos para detectar a degradação que já aconteceu num polímero e também existem métodos para simular ambientes e/ou situação de degradação em polímeros.

3.1. Métodos Laboratoriais Os métodos de laboratório muitas vezes são confundidos com os métodos acelerados, porém os métodos de laboratório utilizam condições compostas e não isoladas. Alguns dos equipamentos/métodos utilizados para tal finalidade: Weather-o-meter: câmara de luz com lâmpadas de xenônio spray de água pura ou de uma solução de sal; Câmara UV: uma câmara com lâmpadas UV-A e UV-B demais características da câmara Weather-o-meter. DSC indica as absorções e liberações de energia da amostra, TGA indica as perdas/ganhos de massa de uma amostra em diferentes atmosferas e com aumento de temperatura. Métodos espectrométricos: neste grupo encontram-se o FTIR e o UV-Vis. Os espectros das amostras são preparados em diferentes datas e as diferenças indicam a formação de novos grupos químicos em detrimento do desaparecimento de outros grupos. Previsão do tempo de vida: uma aplicação particular da TGA. Amostras são analisadas em diferentes faixas de temperatura e em conjunto coma equação de Arrhenius é possível determinar o tempo de vida do composto nas condições ambiente.

3.1. Métodos Laboratoriais Métodos espectrométricos: neste grupo encontramse o FTIR e o UV-Vis. Os espectros das amostras são preparados em diferentes datas e as diferenças indicam a formação de novos grupos químicos em detrimento do desaparecimento de outros grupos. Previsão do tempo de vida: uma aplicação particular da TGA. Amostras são analisadas em diferentes faixas de temperatura e em conjunto coma equação de Arrhenius é possível determinar o tempo de vida do composto nas condições ambiente.

3.3. Envelhecimento acelerado Os processos naturais são muito lentos, Os fatores que causam a degradação devem ser simulados individualmente: ação da luz UV em temperatura ambiente, aquecimento no escuro. muitos dos métodos acelerados são realizados em laboratório.