Materiais de Construção - Ibracon - C12

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Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia Jane Proszek Gorninski Claudio de Souza Kazmierczak PPGEC - Unisinos Microestutura dos polímeros Capítulo 12

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Jane Proszek GorninskiClaudio de Souza Kazmierczak

PPGEC - Unisinos

Microestutura dos polímeros

Capítulo 12

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• o setor da construção, é considerado o segundo maior consumidor de polímeros, depois do setor de embalagens;

• aplicações não-estruturais, como aplicações estruturais;

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

Polímeros na Construção Civil

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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.

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Aplicações

Estruturais:

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

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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.

• Outros polímeros naturais, como as proteínas, os amidos, as celuloses, são também importantes para processos biológicos e fisiológicos nas plantas e nos animais.

• 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.

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Origem e composição química dos polímeros sintéticos

• A matéria prima que dá origem ao polímero chama-se monômero.

• O monômero é obtido a partir do petróleo ou do gás natural.

• Entretanto, os monômeros podem ser obtidos da madeira, álcool, carvão e até do CO2 , pois todas essas matérias primas são ricas em carbono, átomo principal que constitui os materiais poliméricos.

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

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Fundamentos importantes relacionados a estrutura química dos polímeros

• Constituição dos polímeros (hidrocarbonetos);• Carbono é tetravalente, compartilha quatro elétrons,

formando assim quatro ligações interatômicas;• Se um átomo estiver rodeado por quatro outros átomos,

este preferencialmente compartilhará elétrons com seus vizinhos, ou seja, cada átomo contribuirá com um elétron formado-se a ligação covalente e a molécula formada será dita saturada.

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Hidrocarbonetos insaturados

Entretanto se um átomo de carbono não estiver rodeado por outros quatro átomos, este formará ligações com carbonos adjacentes como o eteno,como o eteno,

As moléculas com ligações covalentes duplas ou triplas são chamadas de insaturadas.

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Conceituação

• Polímeros são materiais compostos por macromoléculas. Essas macromoléculas são cadeias compostas pela repetição de uma unidade básica, chamada de mero;

• chama-se monômero a unidade isolada que deu origem ao mero;

• Podem existir centenas, milhares ou centenas de milhares de moléculas encadeadas numa molécula polimérica;

• Grau de polimerização, geralmente simbolizado pela sigla DP ou n, é o número de meros presentes na cadeia polimérica.

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Reações de polimerização

Polimerização por Adição:• São aquelas formadas pela reação sucessiva de

monômeros contendo dupla ligação carbono-carbono, denominados monômeros vinílicos.

• O termo vinílico é aplicado a todos os monômeros contendo dupla ligação carbono-carbono.

nCH2 CH

Y

( CH2 CH

Y

)n

onde Y pode ser um grupo substituinte como hidrogênio, alquil, aril, nitrila, éster, cetona, éter ou halogênio.

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Exemplos de poliadição

• Quando o substituinte é o cloro forma-se o policloreto de vinila (PVC);

• Quando temos substituintes como o flúor forma-se o politetrafluoretileno (PTFE);

• Quando temos um grupamento metila forma-se então o polipropileno (PP).

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Reações de polimerização

Polimerização por condensação:• As reações de condensação se notabilizam pela

eliminação de uma pequena molécula (geralmente água, álcool...) durante o processamento da reação.

• Uma reação de condensação típica é a de esterificação, onde um álcool reage com um ácido orgânico, gerando um éster conjuntamente com a eliminação de uma molécula de água.

• Nesse tipo de reação, os grupos químicos responsáveis pela reação são o grupo hidroxila (OH-) no álcool e o grupo ácido carboxílico (HO-C=O) no ácido.

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Exemplos de policondensação

• Através deste tipo de polimerização são obtidas as poliamidas, resinas alquídicas, fenol-formaldeídos, poliésteres, conforme exemplo:

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Peso molecular numérico médio (Mn)

• onde ni = Ni = número de cadeias de um determinado tamanho, Mi é a massa molar de uma determinada cadeia i e nt é o número total de cadeias.

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Peso molecular ponderal médio (Mw)

•onde, wi é a quantidade em gramas de material com massa molar igual a Mi.

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Estrutura das macromoléculas

• HomopolímerosO polímero que é constituído apenas de um tipo de mero, é denominado homopolímero. Ex.: PVC

• CopolímerosQuando há mais de um tipo de mero na composição do polímero, este é designado copolímero, e os monômeros que lhes dão origem, comonômeros. E.: SBR

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Classificação das cadeias dos copolímeros• Os copolímeros estão classificados de acordo com a disposição dos

monômeros nas cadeias poliméricas.

• Os copolímeros cujas unidades químicas não seguem qualquer ordenação, dispondo-se ao acaso, são chamados de copolímeros estatísticos.

• No outro extremo, quando há perfeita regularidade de constituição, dispondo- se as unidades químicas diferentes de modo alternado, são chamados de copolímeros alternados.

• Se ao invés de uma unidade química de cada tipo, alternam-se seqüências de unidades químicas iguais, o produto é denominado copolímero em bloco.

• No caso particular de esses blocos existirem como ramificações poliméricas do esqueleto principal da macromolécula, o copolímero é dito grafitizado ou enxertado (graft copolymer).

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Copolímeros clássicos e os comonômeros que lhe deram origem

Copolímero Sigla Meros

Copolímero de Butadieno - Estireno SBR Estireno e Butadieno

Copolímero de Etileno-Acetato de Vinila EVA Etileno e Acetato de Vinila

Copolímero de Acrilonitrila-Butadieno-Estireno ABS Acrilonitrila, Butadieno e Estireno

Copolímero tribloco de Estireno-Buatadieno- Estireno

SBS Estireno, Butadieno e Estireno

Elastômero de Etileno -Propileno EPR Etileno e Propileno

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Estrutura das cadeias poliméricas

•Os polímeros podem ter suas cadeias sem ramificações, admitindo conformação em zigue-zague - polímeros lineares ou podem apresentar ramificações, cujo grau e complexidade pode ir até o extremo da formação de retículos, resultando então o que se denomina polímero reticulado, ou polímero com ligações cruzadas, ou polímero tridimensional.

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Estrutura das cadeias poliméricas

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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.

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Termorrígidos

• Os polímeros termorrígidos, também conhecidos como termofíxos, reagem quimicamente formando ligações cruzadas entre as cadeias e se solidificam. Estes polímeros são moldados ainda na forma de pré-polímero, antes da cura e da formação das ligações cruzadas.

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Relação estrutura x propriedades

• A viabilidade de cristalização está relacionada a uma configuração regular das cadeias, o que é obtido nos polímeros sindiotáticos e isotático.

• Outros fatores que afetam a cristalinidade:• A intensidade das forças intermoleculares, também 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 a 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.

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Representação esquemática de um esferutilo polimérico