Polímeros

Microestutura dos polímeros • Polímeros na Construção Civil

- Demanda pelos polímeros deve-se, entre outros fatores, as suas propriedades de durabilidade, resistência, versatilidade na produção e baixo custo.

- Aplicações: - Não - estruturais:

- São adotados, entre os diversos usos, como encanamentos, tubulações, cabos elétricos, reservatórios, isoladores, impermeabilizantes, adesivos, pisos, foros, divisórias e janelas. Na linha dos revestimentos, encontram-se as tintas as resinas e outros materiais que atuam como proteção e acabamento superficial.

- Estruturais: - São utilizados na produção painéis, lajes e vigas, como sanduíches, compósitos reforçados, concretos poliméricos entre outros.

• Os tipos de polímeros

- Os polímeros podem ser naturais, aqueles originados de plantas e animais; a madeira, a borracha, o algodão, a lã, o couro e a seda. - A partir da determinação das estruturas moleculares destes materiais, e de pesquisas na área de desenvolvimento de polímeros tornou-se possível realizar a síntese de polímeros. Dentre os polímeros sintéticos encontram-se os plásticos, borrachas e as fibras.

• Origem e composição química dos polímeros sintéticos

- A forma mais econômica e abundante de se obter a matéria prima para síntese dos polímeros é através da destilação dos componentes do petróleo. - Reações de polimerização:

- Polimerização por Adição: PVC, PTFE, PP - Polimerização por condensação: poliamidas, resinas alquídicas, fenol-formaldeídos, poliésteres

• Características de fusibilidade

- Os polímeros lineares ou ramificados, que permitem fusão por aquecimento e solidificação por resfriamento, constituem os chamados termoplásticos. - Os polímeros que, por aquecimento ou outra forma de tratamento, assumem a estrutura tridimensional, reticulada, tornando-se insolúveis e infusíveis, são chamados termorrígidos.

• Relação estrutura x propriedades

- A intensidade das forças intermoleculares, tem um papel importante na cristalinidade dos polímeros. As ligações hidrogênio ou mesmo as forças dipolo são possíveis entre as cadeias, aumentando a possibilidade de cristalização, comparado às forças de Van der Walls, que ocorrem entre as macromoléculas apolares.

- A cristalinidade não é favorecida em moléculas poliméricas formadas por meros complexos ou ramificados, como o poli-isopreno. Estas desfavorecem o empacotamento do polímero

Propriedades dos polímeros • Generalidades

- Polímeros: 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.

• Produtos petroquímicos

- Os materiais poliméricos são oriundos de hidrocarbonetos, derivados de petróleo.

- Tipos de indústria petroquímica: - Indústria primária (1a geração): transforma a nafta em produtos petroquímicos básicos - Indústria secundária (2a geração): transforma os produtos petroquímicos básicos em polímeros - Indústria terciária (3a geração ou de transformação): os polímeros são modificados por meio de aditivos e conformados nos produtos de consumo:

- embalagens, brinquedos, tubulações, pneus, tintas, entre outros.

• Aditivos - Materiais introduzidos intencionalmente para tornar um polímero mais adequado para uma dada condição

de aplicação. - Plastificantes

- São geralmente líquidos de baixas pressões de vapor e pesos moleculares reduzidos, com moléculas de pequeno tamanho; - Proporciona flexibilidade, ductilidade e tenacidade aos polímeros.

- Pigmentos - Finalidade: colorir e dar opacidade a um polímero. - Barreira aos ataques dos raios ultravioleta

- estabilidade química - Estabilizadores

- Evitam a degradação de polímeros quando expostos à radiação ultravioleta e oxidação. - Retardadores de chama

- Aumentam a resistência à inflamabilidade dos polímeros através da diminuição da temperatura no local de queima

- Cargas - Objetivo: melhorar as propriedades dos polímeros com um custo reduzido, - As cargas de reforço tem como objetivo aumentar a resistência mecânica da peça fabricada. - Os materiais inertes são incorporados aos polímeros para diminuir o custo de produção.

• Técnicas de conformação dos polímeros

- O método mais tradicional: moldagem - Moldagem por injeção

- Moldagem por extrusão - Moldagem por compressão - Moldagem por fundição - Moldagem por insuflação

• Propriedades dos polímeros

- Massa específica - Os materiais poliméricos apresentam massa específica mais baixa que os metais e as cerâmicas

- 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.

- Comportamento mecânico - As propriedades elásticas dos polímeros apresentam variação com o decorrer do tempo mesmo em condições normais.

- Resistência ao impacto - 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. - Permeabilidade a gases e vapores

- Importância: materiais que serão empregados em embalagens. - De uma forma geral: baixa permeabilidade.

- Inflamabilidade

- Aquecimento de um polímero orgânico: modificações físico- químicas - Decompõe em produtos voláteis.

- Polímeros de fácil decomposição entram em combustão rapidamente - Polímeros termofixos: maior dificuldade de combustão

- Empregados na fabricação de peças para uso elétrico - Propriedades térmicas e elétricas

- Elevados valores para o coeficiente de dilatação térmica linear dos polímeros - Apresentam baixa condutividade térmica - São isolantes elétricos

• Tipos de polímeros - Polímeros termoplásticos:

- Amolecem e fluem quando submetidos a uma dada temperatura e pressão - Apresentam possibilidade de reciclegem - Não apresentam um reticulado cristalino preponderante, podendo fundir somente em certas faixas de temperatura. - Materiais de baixo custo, alta produção, facilidade de processamento e baixo nível de resistência mecânica comparados a outros tipos de polímeros.

- Polietileno (PE): - Polietileno de baixa densidade:

- Boa tenacidade - Satisfatória resistência ao impacto e a algumas soluções aquosas (inclusive a elevadas temperaturas) - Usos: filmes para embalagens industriais e agrícolas, brinquedos e utilidades domésticas, revestimentos de fios e cabos, dutos e mangueiras

- Polietileno de alta densidade: - Polímero de elevada rigidez e resistência à tração se comparado aos outros tipos de polietileno - Usos: fios, cabos, malhas redes, tubos rígidos, isolamento de fios e cabos elétricos

- Polietileno linear de baixa densidade: - Usos: fraldas descartáveis, recipientes, artigos flexíveis, entre outros.

- Polietileno de ultra-alto peso molecular - Polietileno de ultra baixa densidade

- Poliestireno (PS): - Material de elevada dureza, rigidez e resistência à tração, amolecendo em temperaturas de 90-95 °C, com baixo custo. - Poliestireno expandido (EPS): isopor® - Usos: isolamento térmico, em construções como câmaras frigoríficas, no preenchimento de juntas de dilatação, nas lajes nervuradas e na fabricação de concreto leve.

- Polipropileno (PP): - Polímero termoplástico derivado do gás propeno de moderada resistência mecânica - Boa resistência química - Usos: fabricação de tubos e conexões rosqueáveis e soldáveis para condução de água, bem como em fibras empregadas no concreto

- Minimizar as fissuras de retração plástica em pavimentos e aumentar a resistência à tração do concreto projetado

- Policloreto de vinila (PVC): - Principais características: bom isolante elétrico, térmico e acústico, baixa permeabilidade a gases e líquidos, baixo consumo de energia para sua fabricação, boa resistência à oxidação e à corrosão e baixa combustibilidade; - Boa resistência à degradação química, sendo vulnerável a alguns compostos - Na Engenharia Civil, o PVC extrudado é utilizado para a fabricação de tubulações, perfis de janelas, revestimentos de cabo - Produtos em PVC flexível: isolamento elétrico devido à baixa condutividade.

- Policarbonato (PC): - Material com boa estabilidade dimensional, resistência ao escoamento e às intempéries, apresentando uma boa transparência. Possui baixa resistência à abrasão, podendo ser facilmente riscado - Na Engenharia Civil: substituição do vidro em coberturas e fechamentos que exigem iluminação natural, principalmente devido às suas características de alta resistência ao impacto

- Politetrafluoretileno (PTFE): - Teflon®: plástico com maior resistência a agentes químicos; - Principais características: baixo coeficiente de atrito, bom isolamento elétrico, baixa condutividade térmica, excelente resistência química (solventes e reagentes), propriedades mecânicas satisfatórias mesmo a baixas temperaturas.

Usos: fabricação de mantas empregadas na construção de tensoestruturas - Polimetil metacrilato (PMMA):

- Conhecido como acrílico. - Apresenta certa semelhança ao vidro; - Apresenta características ópticas e mecânicas superiores ao poliestireno, mas apresenta um custo mais elevado

- Poliacetato de vinila (PVA ou PVAc): - Fracas propriedades mecânicas, não sendo adequado para a moldagem de materiais; - Apresenta uma elevada adesividade: emprego sob a forma de emulsão em tintas de interiores e na fabricação de adesivos do tipo cola branca.

- Polímeros termofixos:

- São também chamados de termorrígidos - Amolecem e fluem sob dada temperatura e pressão adquirindo a forma do molde, com subseqüente solidificação. - Novas aplicações de temperatura e pressão não exercem influência no material, tornando os materiais infusíveis, insolúveis e não recicláveis. - Normalmente, apresentam maior resistência ao calor que os materiais termoplásticos - São amorfos

- Resinas epóxi (ER):

- As resinas não são aplicadas isoladamente, mas necessitam da presença de um catalisador para polimerizar o material e ocorrer o endurecimento. O conjunto resina + catalisador é denominado sistema epóxi. - Usos na Engenharia Civil: injeção de fissuras e trincas, união de aço e concreto em reforços, união de concretos com diferentes idades, argamassas para preenchimento de descontinuidades nos elementos e como adesivos para união de argamassas e concretos em reparos.

- Polidimetil-siloxano: - São os silicones. - Principais propriedades: boa resistência elétrica, antiaderência, elevadas resistências químicas e térmicas, resistência ao intemperismo, baixa tensão superficial e repelência à água. - Usos: juntas de dilatação em concreto, na vedação de esquadrias de alumínio, louças sanitárias e janelas.

- Fabricação de tintas: melhora a aderência e a resistência ao fendilhamento, ao risco e à abrasão.

- Poliamidas: - Nome comercial: nylon® - Fios de grande resistência - Apresentam boa resistência à tração, resistência química e fácil moldagem. - Desvantagem: materiais higroscópicos

- Diminuição das suas propriedades mecânicas devido ao aumento de volume quando da incorporação de água. Fibras de vidro incorporadas ao material minimizam esse efeito

- Polímeros elastoméricos: - Também denominados de elastômeros ou borrachas. - Na temperatura ambiente podem apresentar deformações superiores ao seu comprimento original

- Recuperação elástica total quando a tensão é retirada - Presença de cadeias com baixa densidade de ligações cruzadas na estrutura do material.

- Borracha Natural (NR – natural rubber):

- Não é adequada para o emprego nas Engenharias - Material mole e pegajoso - Pequena resistência à abrasão.

- Vulcanização: - Aumento do módulo de elasticidade

- Acréscimo do limite de resistência à tração e da resistência à degradação por oxidação.

- Estireno-butadieno (SBR – styrene-butadiene rubber): - Possui boa resistência contra o inchamento na presença de ácidos e bases, mas não resiste quando em contato com óleos minerais, graxas de lubrificação e gasolina - Na Engenharia Civil, o SBR pode ser empregado na fabricação de concreto polímero, que apresenta um aumento de resistência em relação ao concreto convencional de até 50%.

- Policloropreno (CR): - Nome comercial: neoprene. - Possui boa resistência ao envelhecimento, às intempéries, ao ataque do ozônio e a determinados agentes químicos, sendo dificilmente inflamável. - Usos: aparelhos de apoio em pontes, viadutos e em algumas estruturas pré-fabricadas

- Polietileno clorosulfonado: - Nome comercial: hypalon® - Principais características: resistência ao ataque de diversos compostos químicos, resistência a elevadas temperaturas de trabalho (~150°C), baixa inflamabilidade, boa resistência à abrasão e elevada resistência ao ozônio.

- Isobutileno-isopreno: - Conhecido como borracha butílica. - Características: excelente resistência às intempéries e envelhecimento e baixa permeabilidade, podendo ser utilizado em uma faixa que varia de -40ºC até +150ºC. - Após a vulcanização: torna-se termofixo, com baixa permeabilidade aos gases e elevada resistência ao intemperismo - Na Engenharia Civil: mantas poliméricas para impermeabilização de estruturas