Materiais de Construção - Ibracon - C13

Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia

Prof. Dr. Enio José

Pazini Figueiredo –

UFG

Corrosão e Degradação dos Materiais

Capítulo 13


•

Processos de corrosão e degradação dos materiais de construção•

Estruturas atômicas e moleculares

•

Propriedades físicas, químicas e mecânicas•

Condições de fabricação

•

Cargas de serviço atuantes •

Ações ambientais

•

O presente capítulo trata dos mecanismos de corrosão e degradação dos principais materiais empregados na construção civil e suas implicações nas propriedades físicas, químicas e mecânicas desses materiais •

Degradação dos materiais cimentícios –

Livro IBRACON 2005 (Andrade,

2005; Figueiredo, 2005; Silva e Pinheiro, 2005)

Introdução


Degradação dos Materiais Cerâmicos

•

Processos de deterioração•

Agentes físicos, químicos e mecânicos externos

•

Agentes químicos internos

•

Agentes físicos externos•

Umidade e a alta temperatura

•

Agentes químicos internos•

Saís insolúveis presentes na constituição das cerâmicas


Degradação dos Materiais Cerâmicos

•

Agentes mecânicos•

A compressão, a flexão e o impacto, que modificam a estrutura do

material e provocam sua fissuração

•

Comparando com outros materiais, as cerâmicas são praticamente imunes à

ação do ambiente e à

corrosão

•

Materiais que já

sofreram corrosão de seus elementos metálicos•

Proteção de outros materiais em ambientes corrosivos

•

Deterioração ou degradação da cerâmica •

Temperaturas elevadas ou em ambientes muito agressivos


Degradação dos Materiais Cerâmicos Imperfeições e Defeitos Interatômicos

•

Os cristais nem sempre apresentam um arranjo atômico perfeito•

Imperfeições •

Influência sobre as propriedades mecânicas e físico-químicas dos materiais cristalinos

•

Imperfeições podem ser divididas em•

Defeitos pontuais

•

Defeitos de linha•

Defeitos de superfície

•

Defeitos espaciais



•

Defeito pontual•

Localizado aleatoriamente •

Átomos estão ausentes ou apresentam-se em excesso na estrutura cristalina

•

Defeito linear•

Imperfeição unidimensional•

Discordância

•

Discordância em cunha •

Discordância em hélice



•

Defeito de superfície•

Imperfeições que se estendem em duas dimensões no interior do cristal •

Falha de empilhamento

•

Defeitos espaciais•

Cristais que possuem cada posição corretamente preenchida com o exato tipo de íon •

Pequenas variações nos espaçamentos interatômicos

ao longo do

volume do cristal•

Vibrações térmicas dos átomos


Degradação dos Materiais Cerâmicos Microfissuras

•

Materiais cerâmicos são frágeis•

Formação de microfissuras•

Tensões oriundas das etapas de produção ou das tensões de tração aplicadas

•

Devido à

baixa resistência à

fratura do material, especialmente à flexão

•

As microfissuras

diminuem a resistência mecânica dos materiais cerâmicos

•

Representam regiões de maior e mais fácil acesso de agentes agressivos


Degradação dos Materiais Cerâmicos Deformação plástica

•

Resultado do movimento de discordâncias •

Ocorre nas argilas•

Interações entre os diversos minerais constituintes das argilas

•

Condições de queima, tais como a atmosfera do forno, a temperatura máxima e a taxa de aquecimento/resfriamento

•

Formada por minerais plásticos e minerais não-plásticos•

Minerais plásticos

•

Perda de água de constituição e transformações de fases •

Minerais não plásticos

•

Decomposição de hidróxidos, oxidação de matéria orgânica, transformação alotrópica do quartzo, decomposição de carbonatos, transformações de fases, redução de compostos e formação de fase líquida, entre outras modificações


Degradação dos Materiais Cerâmicos Deformação plástica

•

Deformação plástica para os materiais não-cristalinos•

Escoamento viscoso

•

Não se deformam como conseqüência do movimento de discordâncias •

Não possuem planos cristalinos

•

Pode ocorrer em vidros e em materiais não-cristalinos semelhantes

•

Ruptura está

diretamente relacionado à

velocidade de deformação•

Aplicada lentamente

•

Existe tempo para o escoamento viscoso •

Velocidade de deformação for rápida

•

Ocorre concentração de tensões •

Exemplo: vidro


Degradação dos Materiais Cerâmicos Expansão por umidade (EPU)

•

Aumento das dimensões dos materiais cerâmicos, notadamente tijolos, telhas e revestimentos cerâmicos •

Adsorção de água

•

Em geral ocorre de modo lento e é

relativamente pequena•

Efeitos •

Comprometer a aderência das placas cerâmicas ao contrapiso

•

Fissuração das fases vítreas e do esmaltado superficial•

Aparecimento de trincas em tijolos

•

Causa mais comum de deterioração de tijolos, telhas e placas cerâmicas de revestimento•

Junto ao ataque de sais

•

Atraído a atenção de cientistas ao longo das últimas décadas


Degradação dos Materiais Cerâmicos Eflorescência

•

Manchas na superfície dos materiais devido ao acúmulo dos sais lixiviados•

Sais contidos no próprio material

•

Sais provenientes do meio em contato com o material

•

Região de acúmulo dos sais •

Proliferação de microorganismos •

Aceleram a degradação do material cerâmico

•

Efeito •

Interferência estética

•

Produção de escamações superficiais •

Aumento da porosidade do material cerâmico


Degradação das Madeiras

•

Madeira•

Materiais de origem biológica (orgânico) •

Mais conhecido e utilizado

•

Matérias-primas em quase todos os campos da tecnologia•

Retorna ao ciclo natural

•

Matéria heterogênea e variável, higroscópica (absorve água) e de comportamento ortotrópico

•

Obtida, geralmente, do trônco

das plantas lenhosas, especificamente pelos caules

•

Em sua estrutura, apresentam tecido de celulose, hemicelulose

e lignina


Degradação das Madeiras

•

Potencialidades na indústria da construção •

Elevado desempenho quando aplicadas em edifícios projetados, construídos e mantidos de forma adequada

•

Vários fatores que propiciam a degradação da madeira•

Degradação por microorganismos (fungos, mofos e insetos)

•

Degradação por

agentes oxidantes •

Degradação hidrolítica

•

Decomposição térmica da madeira •

Degradação física e química devido ao intemperismo


Degradação das Madeiras Degradação por microorganismos

•

Quando apodrece ou se deteriora, geralmente, a madeira se apresenta mofada e com manchas

•

Conseqüências do ataque de organismos xilófagos •

Fungos, mofos, insetos, moluscos, crustáceos e bactérias

•

Mais importantes•

Fungos

•

Insetos


Degradação das Madeiras Degradação por insetos

•

Responsáveis por grande parte da degradação da madeira •

Ordens de insetos a seguir listadas podem causar danos•

Isóptera, que compreende os cupins ou térmitas

•

Coleóptera, representada pelos besouros, “carunchos”

e “brocas”•

Hymenóptera, representada pelas vespas, abelhas e formigas

•

Os cupins são os que mais afetam a madeira •

Cupins subterrâneos

•

Cupins de madeira úmida •

Cupins de madeira seca

•

Medidas de preservação •

Envenenamento das substâncias nutrientes


Degradação das Madeiras Degradação por fungos

•

Fatores que favorecem o desenvolvimento de fungos na madeira •

Temperatura•

Faixa ideal para o desenvolvimento da maioria dos fungos varia entre 25°C a 30°C

•

pH•

Faixa ideal de pH entre 4,5 e 5,5, que coincide com os valores de pH apresentados pela maioria das espécies de madeira

•

Umidade•

Umidade acima de 20%

•

Condição ótima para o desenvolvimento de fungos ocorre quando a umidade atinge o ponto de saturação das fibras

•

Aspecto da madeira com início de proliferação de fungos. (Figura 1)


Figura 1 -

Madeira verde de Pinus

estocada no campo, por cerca de três semanas, com a presença

de fungos


Degradação das Madeiras Degradação por agentes oxidantes

•

Na ausência de agentes agressivos deteriorantes, a madeira permanece inalterada por centenas de anos

•

Ação de agentes oxidantes como o cloro, hipocloritos e dióxido de cloro •

Reação com a lignina

•

Tratamento da madeira com diazometano

•

Madeira é

bastante reativa com os agentes oxidantes fortes•

Permanganato de potássio, ácido crômico, peróxido de hidrogênio, peróxido de sódio e ácido nítrico concentrado

•

Quando soluções diluídas de agentes oxidantes fortes são usadas, as reações são mais suaves


Degradação das Madeiras Degradação por agentes oxidantes

•

Reação de oxidação pode ser denominada de oxicelulose•

Quantidade, natureza e distribuição variada de grupos oxidados •

Tipo de agente oxidante usado

•

Condições de reações empregadas •

Alguns oxidantes têm ação específica, atacando e formando apenas determinados grupos•

Hipoiodito, o clorito e o periodato

•

Agentes oxidantes não-específicos •

Cloro-hipoclorito e o ácido crômico


Degradação das Madeiras Decomposição térmica da madeira

•

A rápida combustão da madeira é

responsável pelo seu uso como combustível

•

Aquecimento ou queima da madeira na ausência de oxigênio -

Pirólise

•

Estável a 100ºC •

Entre 100 ºC e 250ºC a madeira escurece e perde sua resistência, embora mantenha sua estrutura

•

A altas temperaturas (500ºC) ocorre a carbonização e o

desprendimento de mais substâncias voláteis


Degradação das Madeiras Degradação hidrolítica

•

Nível de degradação hidrolítica•

Origem da celulose, concentração do agente químico de degradação, temperatura, entre outros

•

Degradação hidrolítica

pode ser homogênea ou heterogênea •

Celulose solúvel ou não no meio de reação

•

Exemplo •

Degradação homogênea

•

Ácido fosfórico concentrado •

Degradação heterogênea

•

Ácido sulfúrico ou clorídrico concentrado

•

Hidrólise heterogênea da celulose é

mais importante industrialmente do que a homogênea•

Hidrólise alcalina da celulose (Figura 2)


Figura 2 -

Reação de cisão da ligação acetal

da cadeia de celulose pela ação de uma base


Degradação das Madeiras Degradação física e química devido ao intemperismo

•

Intemperismo

pode causar degradação física e química •

A madeira exposta ao tempo sem uma proteção tende a escurecer

•

Efeito das intempéries limita-se à

superfície•

Deterioração física pelos agentes atmosféricos •

Mudanças de cor, aspereza superficial, rachaduras e fissuras

•

Deterioração química •

Fenômeno superficial oriundo da seqüência de reações com os radicais livres e rompimento da estrutura da lignina

•

Fatores que afetam a madeira quando exposta no ambiente •

Luz solar (raios ultravioleta e luz visível), a umidade (chuva, orvalho e vapor de água), o calor e a chuva ácida


Degradação dos metais

•

Perda efetiva de material•

Dissolução (corrosão)

•

Formação de uma incrustação ou película de material não- metálico (oxidação)

•

Corrosão •

Deterioração dos materiais pela ação química ou eletroquímica do meio, podendo estar ou não associado a esforços mecânicos

•

Podem ser classificados em dois grandes grupos •

Corrosão eletroquímica ou aquosa

•

Corrosão química ou oxidação


Degradação dos metais

•

Oxidação •

Reação química direta entre o metal e o oxigênio atmosférico (O2

) •

Acúmulo de óxidos na superfície dos metais •

Para alguns metais, o revestimento de óxidos é

brando e fornece

proteção contra ataques ambientais •

Para outros, o revestimento tende a apresentar falhas e não culmina em uma proteção efetiva

•

Oxigênio, nitrogênio e enxofre

•

Corrosão•

A aquosa é

uma forma comum de ataque eletroquímico

•

A galvânica resulta quando um metal mais ativo está

em contato com um metal mais nobre em um meio aquoso

•

A corrosão pode ainda ocorrer pela redução gasosa


Degradação dos metais Degradação eletroquímica

•

Corrosão aquosa de metais •

Átomos metálicos dissolvem-se como íons em um meio aquoso

•

Corrosão é

de natureza eletroquímica •

Quando metais dessemelhantes são colocados em contato elétrico na presença de um eletrólito

•

Termo “dessemelhante”•

Diferentes variações de energia livre quando quantidades equivalentes de cada metal são ionizadas e dissolvidas no meio ambiente

•

Dessemelhança depende•

Concentração de íons no meio ambiente, da resistividade do eletrólito, da microestrutura dos metais e das tensões existentes



•

Processo eletroquímico •

Transferência de elétrons de um componente químico para outro

•

Átomos metálicos perdem ou cedem elétrons •

Reação de oxidação

M → Mn+ + ne-n é

o número de elétrons que o metal cede

•

Elétrons cedidos de cada átomo de metal oxidado são transferidos para outro composto químico•

Reação de redução

Mn+ + ne-

→ M n é

o número de elétrons que o metal recebe

•

Reação eletroquímica global •

Soma dessas duas semi-reações

•

Todos os elétrons gerados através da oxidação serão consumidos durante a redução



•

Exemplo do processo eletroquímico •

Corrosão do ferro na água, contendo oxigênio dissolvido

•

Processo ocorre em duas etapas •

Primeira etapa, o ferro é

oxidado a Fe2+

, como Fe(OH)2

Fe

+ 1/2O2

+ H 2

O → Fe2

+ + 2OH -

→

Fe(OH)2

•

Segunda etapa, ele é

oxidado a Fe3+, como Fe(OH)3

2Fe(OH)2 + 1/2 O2

+ H 2

O → 2Fe(OH)3

•

Fe(OH)3

é

comumente conhecido como ferrugem



•

A facilidade com que os metais se oxidarão para formar íons é

variada

•

Em uma pilha padrão formada por ferro e cobre, o ferro sofrerá corrosão ou oxidação, ao passo que o cobre sofrerá

deposição ou

redução•

Voltagem específica de 0,780V (Figura 3)

•

Pilha padrão formada pelo zinco e pelo ferro, o zinco é

que se oxidará

e o ferro, nesse caso, sofrerá

redução

•

Voltagem dessa pilha é

de 0,323V (Figura 4)


Figura 3 -

Pilha eletroquímica consistente de eletrodos de ferro e de cobre (Callister

Jr., 2002)


Figura 4 -

Pilha eletroquímica formada por eletrodos de ferro e de zinco (Callister

Jr., 2002)



•

Medidas de voltagem da pilha •

Diferença no potencial elétrico dos dois eletrodos

•

Necessário estabelecer um padrão de pilha para fazer as comparações •

Pilha de referência é

o eletrodo de hidrogênio padrão

•

Série de potenciais de eletrodo (Quadro 1)•

Gerada pelo acoplamento de semi-pilhas padrões para vários metais ao eletrodo padrão de hidrogênio e, em seguida, pela classificação desses materiais de acordo com a voltagem medida

•

Potencial de redução •

Positivos significam que o metal tem a tendência natural de ser reduzido

•

Potenciais padrões de redução negativos indicam que o metal tende a se oxidar


Quadro 1 –

Série de potenciais em relação ao eletrodo padrão de hidrogênio

Reação do Eletrodo Potencial de Eletrodo padrão, V0 (V)

↑

Progressivamente mais inerte(catódico)

Progressivamente mais ativo(anódico)

↓

Au3

+ + 3e-

→ Au +1,420 O2

+ 4H+

+ 4e-

→ 2H2

O +1,229 Pt2

+ + 2e-

→ Pt ±

1,200 Ag+ + e-

→ Ag +0,800

Fe3+

+ e-

→ Fe2+ +0,771 O2

+ 2H2

0 + 4e-

→ 4(OH-) +0,401

Cu

2+

+ 2e-

→ Cu +0,340 2H+

+ 2e-

→H2 0,000 Pb 2+

+ 2e-

→ Pb -0,126 Sn

2+

+ 2e-

→

Sn -0,136 Ni

2+

+ 2e-

→

Ni -0,250 Co

2+

+ 2e-

→ Co -0,277 Cd 2+

+ 2e-

→ Cd -0,403 Fe

2+

+ 2e-

→ Fe -0,440 Cr 3+

+ 3e-

→ Cr -0,744 Zn

2+

+ 2e-

→ Zn -0,763 A l3+ + 3e-

→ Al -1,662

Mg 2+ + 2e-

→ Mg -

2,363 Na+

+ e-

→ Na -2,714 K+ + e-

→ K -

2,924



•

Corrosão eletroquímica é

também denominada corrosão em meio aquoso •

Necessidade do eletrólito conter água líquida

•

Processos de corrosão •

Metais reagem com os elementos não-metálicos presentes no meio, tais como o O2

, S, H2

S, CO2

•

Produzindo compostos semelhantes aos encontrados na natureza, dos quais foram extraídos

•

Nesses casos, a corrosão corresponde ao inverso dos processos metalúrgicos


Degradação dos metais Degradação física

•

Desgaste é, geralmente, uma forma física de degradação dos materiais •

Remoção da superfície de um material como resultado de ação mecânica

•

Quatro formas principais de desgaste •

Desgaste adesivo •

Duas superfícies lisas deslizam uma sobre a outra

•

Desgaste abrasivo •

Superfície áspera desliza sobre uma mais macia

•

Desgaste superficial •

Repetidos deslizamentos ou rolamentos sobre uma mesma trilha

•

Desgaste corrosivo •

Deslizamento das superfícies de dois materiais em um ambiente corrosivo


Degradação dos metais Tipos de Corrosão

•

Metais podem ser parcialmente dissolvidos em ambientes aquosos ou úmidos •

Excelentes propriedades condutoras de eletricidade

•

Perdendo parte de sua estrutura e tornando-se menos resistentes

•

Corrosão diminui de forma vertiginosa a vida útil do produto metálico

•

Os processos corrosivos de natureza eletroquímica apresentam mecanismos idênticos •

Perda de massa e modo de ataque sobre o material dá-se de formas diferentes (Figura 5)


Figura 5 –

Tipos de corrosão dos metais (Schatt

apud Padilha, 1997)


Degradação dos metais Corrosão associada ao escoamento de fluidos

•

Natureza mecânica •

Degradação abrasiva •

Abrasão é

o ato ou efeito de raspar ou desgastar por atrito ou fricção

•

Escoamento de fluidos •

Aceleração dos processos corrosivos

•

Associação do efeito mecânico com a ação corrosiva, além do mero efeito abrasivo

•

Principais tipos de corrosão •

Corrosão-erosão

•

Corrosão com cavitação •

Corrosão por turbulência


Degradação dos metais Corrosão por erosão

•

Erosão de um material metálico •

Desgaste mecânico provocado pela abrasão superficial de uma substância sólida, líquida ou gasosa

•

Ação erosiva sobre um material metálico é

mais freqüente nos seguintes casos •

Quando se desloca um material sólido sobre o metal

•

Quando se desloca um líquido contendo partículas sólidas sobre o metal

•

Quando se desloca um gás contendo partículas líquidas ou sólidas sobre o metal


Degradação dos metais Corrosão por erosão

•

Líquidos e gases •

Ação erosiva ocorre em tubulações, em permutadores e em pás de turbinas

•

Processo corrosivo torna-se mais intenso quando combinado com erosão •

Remove os produtos de corrosão, expondo a superfície a novo desgaste corrosivo

•

Natureza do fluido•

Influência sobre o comportamento da corrosão

•

Aumento da velocidade do fluido normalmente aumenta a taxa de corrosão

•

Solução é

mais erosiva quando estão presentes bolhas de ar e

sólidos particulados em suspensão


Degradação dos metais Corrosão por turbulência

•

Processo corrosivo associado ao fluxo turbulento de um líquido •

Redução na área de fluxo: dobras de tubulações e quando ocorrem mudanças bruscas de diâmetro das tubulações (Figura 6) •

Aparecimento de bolhas gasosas

•

Ataque da corrosão por turbulência difere da cavitação quanto à

forma do desgaste

•

Aparecimento de alvéolos sob a forma de ferradura•

Bolhas causadoras são em geral de ar •

Cavitação -

as bolhas são de vapor do líquido


Figura 6 –

Corrosão severa em conexão metálica devido à

ação conjunta de erosão e turbulência

(Fontana, 1986, apud Callister

Jr., 2002)


Degradação dos metais Corrosão com cavitação

•

Desgaste provocado em uma superfície devido a ondas de choque do líquido, oriundas do colapso de bolhas gasosas •

Surge em zonas de baixa pressão •

Líquido entra em ebulição formando bolha

•

Contato com zonas de pressão mais alta •

Bolhas destruídas instantaneamente, criando ondas de choque

•

Cavitação e corrosão •

Desgaste resultante será

maior no caso de conjugarem-se os dois

fenômenos, do que aquele observado pela ação de cada um isoladamente.


Degradação dos metais Corrosão intergranular

•

Caminho preferencial para a corrosão na região do contorno dos grãos •

Contorno do grão assume caráter anódico em relação ao interior do grão

•

Grãos vão sendo destacados à

medida que a corrosão se propaga

•

Exemplos•

Principalmente em alguns tipos de aço inox •

Região de soldagem de aços inox

•

Ligas de alumínio-magnésio contendo acima de 3% de magnésio •

Precipitados de Mg2

Al8 nos contornos de grão •

Precipitados são corroídos

•

Ligas alumínio-cobre •

Precipitados de CuAl2

são mais nobres que a matriz •

Corrosão da região vizinha ao contorno de grão


Degradação dos metais Corrosão sob tensão

•

Resulta da ação combinada de uma tensão de tração aplicada ao metal e de um ambiente corrosivo (Figura 7) •

Tensão que produz a microfissura

intergranular

não precisa ser

aplicada externamente •

Tensão residual

•

Rápidas mudanças de temperaturas e de uma contração desigual, ou, no caso de ligas bifásicas, de onde cada fase possua um coeficiente de expansão diferente

•

Tensões internas•

Produtos de corrosão gasosos que ficam presos internamente


Figura 7 –

Fissura devido à

corrosão sob tensão intergranular

no latão (Uhlig; Revie, 1985, apud

Callister

Jr., 2002)


Degradação dos metais Corrosão uniforme

•

Ataque de toda a superfície metálica em contato com o meio corrosivo com a conseqüente diminuição da espessura

•

Ação homogênea, em toda a superfície do metal, de micropilhas

localizadas

•

Mais comum dos tipos de corrosão•

Processos corrosivos de estruturas expostas à

atmosfera

•

Outros meios que ensejam uma ação uniforme sobre a superfície metálica

•

Forma de desgaste de mais fácil acompanhamento•

Levar o equipamento ou instalação a falhas significativas, limitando a sua vida útil

•

No caso das armaduras do concreto,•

Atribuído à

corrosão pela carbonatação (Figura 8)


Figura 8 –

Corrosão das armaduras do concreto devido à

carbonatação


Degradação dos metais Corrosão por pites

•

Corrosão localizada que consiste na formação de cavidades de pequena extensão e razoável profundidade

•

Tipo de corrosão muito característico dos materiais metálicos formadores de camada passivadora•

Atuação da ilha ativa-passiva

nos pontos nos quais a camada passiva é

rompida •

Caso das armaduras do concreto

•

Atribuído à

corrosão pelos íons cloreto (Figuras 9 e 10)

•

Mais difícil acompanhamento quando ocorre no interior de

equipamentos e instalações

•

Uma corrosão, geralmente, muito intensa e localizada


Figura 9 –

Produtos de corrosão em região localizada


Figura 10 -

Cavidades produzidas devido à corrosão por íons cloreto


Degradação dos metais Corrosão em frestas

•

Frestas estão sujeitas à

formação de pilhas de aeração diferencial e de concentração iônica diferencial •

Meio líquido

•

Pilhas de concentração iônica diferencial •

Meio gasoso

•

Pilhas de aeração diferencial

•

Ocorrem em juntas soldadas com chapas sobrepostas, em juntas rebitadas, em ligações flangeadas, em ligações roscadas

e em

revestimentos com chapas aparafusadas, dentre outras •

Frestas deverão ser evitadas ou eliminadas por serem regiões preferenciais de corrosão

•

Corrosão filiforme •

Corrosão que se processa sob filmes de revestimentos, especialmente de pintura


Degradação dos metais Corrosão galvânica

•

Dois metais de características reativas diferentes (Quadro 1) são colocados em contato elétrico em um meio aquoso ou úmido •

Metal menos nobre, ou mais reativo, ou mais eletronegativo •

Ânodo, se corroerá, atuando como fornecedor de elétrons

•

Metal, mais nobre, ou mais inerte •

Cátodo, protegido da corrosão atuando como consumidor de elétrons

•

Exemplo •

Parafusos de latão ou de aço para fixar peças de alumínio

•

Relação entre a área anódica e a área catódica •

Menor for essa relação, maior será

a severidade da corrosão na

área anódica


Degradação dos materiais poliméricos •

Degradação de materiais poliméricos expostos ao ambiente•

Ação combinada da radiação ultravioleta, do calor e do oxigênio atmosférico

•

Defeitos são iniciados na superfície do material e se propagam para o seu interior

•

Propriedades macroscópicas refletem os efeitos da degradação e dos diferentes métodos de envelhecimento

•

Polímeros reagem com vários solventes orgânicos •

Processamento industrial

•

Vida útil

•

Processo de natureza físico-química •

Ampla variedade de reações e conseqüências adversas para a degradação polimérica


Degradação dos materiais poliméricos Inchamento e dissolução

•

Inchamento ocorre porque as pequenas moléculas de soluto ocupam posições entre as moléculas do polímero •

Redução das forças secundárias de ligação intermoleculares•

Material mais mole e dúctil

•

Ruptura de ligações covalentes •

Ação da energia térmica, de reações químicas e da radiação •

Redução na integridade mecânica

•

Devido à

complexidade química dos polímeros, os seus mecanismos de degradação não são bem compreendidos


Degradação dos materiais poliméricos Causas de rupturas de ligações

•

Polímeros podem sofrer degradação por meio de processo de ruptura das cadeias moleculares •

Diminuição do peso molecular

•

Relação forte entre o peso molecular e as propriedades dos materiais poliméricos•

Rupturas das ligações da cadeia molecular •

Reduzem a resistência mecânica e química dos polímeros

•

Causas: exposição ao calor, às radiações ou a alguns agentes químicos

•

Estabilidade térmica •

Magnitude das ligações químicas que formam seus compostos



•

Degradação também ocorre em polímeros que estejam sendo moldados em temperaturas altas •

Ligações térmicas podem provocar a ruptura das ligações das moléculas

•

Exemplos•

Polietileno

•

Cloreto de polivinila (PVC)

•

Processo de degradação em altas temperaturas nem sempre é

nocivo

•

Craqueamento do petróleo •

Moléculas mais leves e mais combustíveis



•

Composto recebe radiações (raios α, raios β, raios γ

e radiação ultravioleta) •

Elétrons das camadas mais externas interagem com a radiação •

Removidos da camada orbital de um determinado átomo

•

Altera a estrutura molecular e as características originais do polímero

•

Muitas indústrias utilizam esse artifício nas linhas de produção

•

Polímeros, em sua maioria, sofrem drástica ação dos raios ultravioleta



•

Degradação ambiental ocorre devido à

combinação de vários fatores •

Foto-oxidação, termo-oxidação, umidade, ação química devido a poluentes e micro e macro organismo

•

Mecanismo processo degradativo•

Absorção da radiação UV e reações oxidativas

subseqüentes em

processo autocatalítico•

Polímero degrada-se e entra em falência estrutural, principalmente, pela quebra de ligações em cadeias e pela formação de fissuras superficiais



•

Caso da borracha •

Formação de ligações cruzadas devido à

oxidação leva ao

envelhecimento da borracha •

Decomposição em moléculas pequenas, perdendo completamente a resistência mecânica e a elasticidade

•

Envelhecimento é

controlado por muitos fatores incluindo calor, luz, tensões e teor de ozona

na atmosfera

•

Forma de fortalecer a borracha natural •

Processo de vulcanização

•

Resumo da resistência dos polímeros à

ação de vários ambientes (Quadro 2)


Quadro 2 -

Resistência de polímeros à

degradação por vários ambientes (Seymour, 1987, apud

Callister

Jr., 2002)

.

Agressor

MaterialÁc. não-

oxidantes (H2SO4,

20%)

Ác. oxidante

s (HNO3,

10%)

Soluções salinas

aquosas (NaCl)

Álcalis aquosos (NaOH)

Solventes polares

(C2H5OH)

Solventes não-

polares (C6H6)

Água

Politetrafluoroeti

leno

S S S S S S S

Náilon 6,6 I I S S Q S S

Policarbonato Q I S I S I SPoliéster Q Q S Q Q I S

Poliéter-éter-

cetona

S S S S S S S

Polietileno de baixa densidade

S Q S -- S Q S

Polietileno de alta densidade

S Q S -- S Q S

Polietileno tereftalato

S Q S S S S S

Óxido de polifenileno

S Q S S S I S

Polipropileno S Q S S S Q S

Poliestireno S Q S S S I S

Poliuretano Q I S Q I Q S

Epóxi S I S S S S S

Silicone Q I S S S Q S

•S = satisfatório•Q = questionável• I = insatisfatório


Agradecimentos

•

O autor agradece aos engenheiros Raphael

Duarte, Wesley

Nunes e Izelman Oliveira pela importante

colaboração prestada


Referências •

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MANO, E. B.

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São Paulo: Edgard Blücher

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mar./jun.

1999.

•

VIEIRA, C. M. F. Influência da temperatura de queima na microestrutura de argilas de Campos dos Goytacazes-RJ. Cerâmica.

v.49,

n.309,

jan./mar.

2003.

Materiais de Construção - Ibracon - C13

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