No Slide Title · Consolidação e aumento da resistência de solos arenosos e siltosos. 4....
Transcript of No Slide Title · Consolidação e aumento da resistência de solos arenosos e siltosos. 4....
CURSO DE PÓS - GRADUAÇÃO
EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA
DE POLÍMEROS
Módulo 4Aplicações dos Materiais Poliméricos
– Principais Requisitos Técnicos
• Tintas
• Vernizes• Colas• Vedantes• Mastiques• Espumas rígidas• Elastómeros microcelulares• Fibras têxteis• Agregantes para cortiça e madeira• Construção civil• Celulose e derivados (solúveis e funcionais)• Super-absorventes• Micro-electrónica
ASPECTOS QUÍMICOS
NAS PRINCIPAIS APLICAÇÕES
DOS POLÍMEROS
Tintas
Vernizes
Colas/ligantes
Vedantes
Mastiques
Adesão (Química > Física)
Estabilidade
Flexibilidade
Filme sobre superfície
Filme entre superfícies
Material de junta entre superfícies
Eficácia do Revestimento
Critérios:
• Impermeável à Água (e.g. soluções salinas)
Integridade do filme
Ausência de microporosidade
• Efeito Barreira
O2
SO2
HCl
• Adesão (e respectiva durabilidade)Retenção da flexibilidade
Retenção do “Interlocking Mecânico”
• DurabilidadeResistência à radiação U.V.
e efeitos de corEnergias superiores à da ligação C – C
Comp. de Onda: 290 nanómetros
Resistência à hidrólise
Resina Base Vantagens Desvantagens
Alquídica Preço Baixa resistência à hidrólise
Silicone Filme flexível Baixa resistência ao rasgamento
(energia de coesão)
Poliester Insaturado Dureza, Resistência mecânica Brilho indirecto
Acrílica Brilho Post - endurecimento
Uretano (1 comp.) Adesão,Resistência à abrasão Tempo de
polimerização
Uretano (2 comp.) Adesão,Resistência à abrasão 2 componentes
50% Água
50% Polímero coloidal
5 < P.H.R. aditivos para melhorar o desempenho
Dispersões
Poliméricas
Convencionais
Processo de SecagemCoalescência de partículas coloidais numa camada contínua
Impregnação
Efeito Directo Reforço das zonas próximas da zona de impregnação
Efeito Indirecto Dissipação das tensões devido
à diferença de expansão térmica
Objectivos
da Impregnação
CONSOLIDAR
REDUZIR O
EFEITO
DOS SAIS
HIDROFOBICIDADE
Revestindo os porosinternamente reduz a entradade soluções salinas e as tensõescausadas por cristalização dos
sais
O impregnante actua como“cola interna” evitando a
degradação
Reduz a penetraçãode soluções salinas
Impregnar, de que se Trata?
- Proteger o azulejo por um processo físico
- Se alterar a estrutura porosa do azulejo
- Evitar que a degradação por agentes
externos continue:
- INFILTRAÇÕES
- CHUVAS ÁCIDAS
- ETC.
Características
do Impregnante
- Solução de co-polímero de baixa viscosidade
- Não é um verniz mas vai embeber toda a estrutura
- Confere alguma hidrofobicidade
- Filme agregante permeável aos gases nos limites de grão
- Não altera o aspecto do material tratado
- Aplicação prática e simples
Técnica da
Impregnação
PROCEDIMENTO:
• Pesam-se as amostras depois de secas• Colocam-se as amostras com o vidrado para baixo, na solução de impregnante sem cobrir a superfície de chacota
• A impregnação dura 4h
• Terminado o tempo de impregnação as amostras são retiradas ocorrendo a filmificação
Impregnante de
Dois Componentes
Mecanismo de acção do reticulante
Polímero Polímero interligadopelo reticulante
Solução Impregnante
De Dois Componentes
Efeito Químico
HDI – (Hexametileno Diisocianato)
• Isocianato alifático bastante reactivo
• Reacção pode ocorrer com compostos que contenham hidrogénio activo e móvel
• Actua pela formação de ligações de reticulação entre cadeias de polímero
• Produto incolor, de baixa viscosidade e alta volatilidade, mas perigoso
Testes
de Verificação
• POROSIDADE
• ABSORÇÃO DE ÁGUA
• RESISTÊNCIA AO ATAQUE QUIMICO
• RESISTÊNCIA MECÂNICA À PERFURAÇÃO
• ENVELHECIMENTO POR RADIAÇÃO ULTRA VIOLETA
• RESISTÊNCIA AO CHOQUE TÉRMICO
Resistência ao
Choque Térmico
OBJECTIVO: Testar a eficácia da
impregnação na resistência ao choque
térmico.
PROCEDIMENTO: Baseado na norma
europeia EN-104 são efectuados dez ciclos
de aquecimento arrefecimento entre 110ºC
(numa estufa) e 15ºC (num banho de água),
sendo depois observado o aspecto dos
azulejos.
Requisitos da
Impregnação
• Baixa viscosidade
• Controle da tensão superficial
No entanto, são também importantes
os seguintes requisitos:
• Espessura da camada (superior a 0,5 mm)
• Cobertura homogéna da interface
Molhagem
Ângulo de contacto
Desenvolvimento da
Solução Impregnante
Requisitos:
• Baixa viscosidade
• Boa molhagem da superfície da pedra
• Permeabilidade ao vapor de água
• Impedimento da migração das soluções salinas
• Efeito ligante após polimerização
• Repelente da água (hidrofibização)
Migração no interior dos poros por capilariedade
Melhores
Resultados:
Revestimento da Superfície dos poros com uma camada muito fina de polímero
Esquematicamente:
Cinética da Impregnação
Montagem para determinação da cinética de impregnação. 1- Tubo de Karsen; 2- Pedra.
Desempenho após consolidação
Montagem para determinação do desempenho após consolidação. 1- Medidor de binário; 2- Pedra.
Primeira geração de
Adesivos Reactivos
Resinas Epóxi
dois componentes:
Baixa Temp. Epóxi + Amina
Alta Temp. Epóxi + Anidrido
Poliésteres Insaturados
Poliésteres insaturados lineares com ligações
cruzadas entre cadeias com o co-monómero estireno
Factores Condicionantes
da Eficácia da Colagem
- Impregnação
• Inter - Locking mecânico
• Reforço das camadas superficiais
Primário
Apenas eficazes no betão quando o mecanismo de falha não é a falta de coesão.
Adesão
• Testes de Diagnóstico
Ensaio em Corte
Ensaio de Arrancamento
• Observação das Superfícies após Teste
Fractura com falha de Coesão
Falha de Adesão (em que substrato?)
Efeito de Reforço / Falha de Coesão do substrato
Ensaios de Envelhecimento Acelerado
Weather - o- test• Fotoperíodo
•Ciclos de Condensação
•Espessuras óptimas
Geometria do Teste
Baixa reprodutibilidade
Tracção Perpendicular à camada adesiva
Compressão Paralela à camada adesiva
Impacto
Choque térmico
Isoladamente, nenhum teste é completamente informativo
Testes de Adesão
• A resistência adesiva é medida com um Equipamento de medida de adesão mecânica Elcometer 106.
• Os filmes de Polímero fundido feitos sob pressão com 40 a 60 µm de espessura são colados com um adesivo epóxi a cilindros de alumínio e do outro lado ao substrato a testar (vidro, PVC, aço, etc.)
Adesão a materiais
difíceis de colar
P.P.
P.E.
Cortiça
P.T.F.E.
Pode ser aumentada através da realização de um tratamento “corona” a aplicar à superfície antes da colagem.
Adesão à Borracha e a
Outros Elastómeros
Formulação Típica:
Poliuretano linear de levado peso molecular 18%
Metil Etil Cetona 80%
Estabilizadores e outros aditivos 2%
Processo de Aplicação:
Revestimento Secagem Reactivação Colagem
Impacto Ambiental:
• Preparação da superfície: halogenação• Solvente proveniente do processo de secagem
Mastiques
Mastiques de Caixilharia
Juntas de Dilatação
Mastiques Hidroexpansíveis
Mastiques de Silicone
• “Acéticos”
• Neutros
• De cadeia polieter
Aspectos Gerais da Aplicação de Mastiques
- Energia de Coesão
- Aderência inicial e força de adesão
- Aditivos com aplicação especifica
Textura e Composição
do Mastique
• Comportamento elastómerico
• Baixa viscosidade inicial (interlocking mecânico)
• Curvas de endurecimento progressivo
Elastómeros SBR + Solventes + Cargas
Quasi – prepolímeros PU + Cargas
Silicones (ou PolieterSilicones) + SiO2 + Cargas
Mastiques de
Base Aquosa
Base: Emulsões Acrílicas espessadas
Aplicações: Substratos Permeáveis ao Vapor
Problemas:
Gradientes de humidade
Falta de homogeneidade de “Filmificação tridimensional”
Estabilidade
Sinerése
Coagulação localizada
Polímeros na
Indústria Automóvel
OBJECTIVOS Redução de Peso
Aumento da Segurança
Aumento do Conforto
EXEMPLOS
• Espumas poliméricas para Insonorização
• Pastilhas de travão sem amianto
• Novos sistemas de pintura (garantia 5 anos)
• Componentes dos pneus
ELASTÓMEROS
Borracha NaturalFases do Processo de Transformação
VulcanizaçãoOutros elastómeros naturais
Primeiros elastómeros sintéticos
Elastómeros Termoplásticos
Espumas microcelulares
Aplicações Actuais
dos Poliéster - Uretano
Sólidos:Elastómeros(microcelulares) Solas de Ténis
PM > 200.000< 400.000
Vedantes e Juntas
Roletes (Resistência à abrasão)
Espumas Flexíveis
Em Solução:Napas(Têxteis revestidos) PM 100000 a 200000
Amorfos flexíveisColas PM > 50000 crist.
Vernizes PM > 80000 amorfos
FIBRAS
Características e Requisitos dos Polímeros
Processos de Fabricação
Acabamento Mecânico e Superficial
Exemplos.
Outros Tipos de Aplicações Industriais dos Materiais Poliméricos
Detergentes e Emulsionantes
Teste de Novos Ligantes
Agregados de Cortiça com 4 a 6% de ligante
Vantagens relativamente aos ligantes convencionais:
• Menor penetração de água (Red./Elimin. de Parafina)
(devido ao carácter hidrofóbico da estrutura macromolecular)
• Muito estável antes de desbloqueado (shelf life)
• Muito boa molhagem da superfície cerosa da cortiça
• Reacção rápida após desbloqueamento (80-90ºC)
Consolidação de Solos
Polímeros solúveis em Águaque se ligam por ligações covalentes dos silicatos
PoliacrilamidasPolietileniminas
Como Reticulanteo GLIOXAL
Desenvolvimento de novos Selantes
para Aplicações em Construções e
consolidação de Solos
Cooperação com: STAP, Tecnocrete, Universidade de Évora
OBJECTIVOS:
- Desenvolvimento de novas estruturas de Poliuretano para aplicação na construção civil
- As principais aplicações destes materiais hidro-selantesdividem-se em três grupos:
1. Vedação de juntas, fendas ou fissuras em elementos de betão, alvenaria ou rocha, que possam originar infiltrações;
2. Eliminação de fugas de água em túneis, galerias subterrâneas, reservatórios, tubagens, colectores, caixas de visita e diques;
3. Consolidação e aumento da resistência de solos arenosos e siltosos.
4. Fundações abaixo do nível freático.
Desenvolvimento de novos Selantes
para Aplicações em Construções e
consolidação de Solos
CONSOLIDAÇÃO E AUMENTO DA RESISTÊNCIA DE SOLOS ARENOSOS E SILTOSOS
Polímeros com Flúor
- Com boa adesão a substratos metálicos
EXEMPLO: Revestimento de um Reflector de um Rádio Telescópio (Próximo de Grenoble)
Sup. Autolimpante
Não inflamável (B1)
-50 a 150ºCHOSTAFLON ET
Biolaboratórios Flutuantes
Malha de Poliéster de alta tenacidade revestida com filme aderente de PVC.Exemplo: Lago Comabbio Itália
Estudo “in vivo” de processos de recuperação de lagos sujeitos a:
- Invasão da flora lacustre- Diminuição dos teores de oxigénio- Presença de fosfatos- . . .
DiagnósticoEnsaios de recuperação de lagosCondições de evolução para equilíbrio ecológico local.
ASPECTOS QUÍMICOS
NAS PRINCIPAIS APLICAÇÕES
DOS POLÍMEROS
Fibras Têxteis
Têxteis Revestidos (Napas)
Polímeros de Origem NaturalCelulose e Derivados Solúveis
Lenhina
Agar-agar e Espessantes Alimentares
Polifenois e Taninos Reticulados
Polímeros Solúveis e Quasi-solúveis
Polialquilenoglicois
Álcoois Polivinilicos
Superabsorventes
GRAU DE POLIMERIZAÇÃO DA
CELULOSE PROVENIENTE DE:
FONTE GRAÚ DE POLIMERIZAÇÃO
A. xylinum 2.000 - 3.700Bagaço 700 - 900Fibras de bast 1.000 – 5.000Fibras de algodão 8.000 – 14.000Linter de algodão 1.000 – 5.000Fibras flax 7.000 – 8.000Pulp celulose(bleached) 500 – 2,100Fibras ramie 9.000 – 11.000Palha de arroz 700 - 800Valonia 25.000 – 27.000Fibras de madeira 8.000 – 9.000
Polímeros de Elevado Peso
Molecular usados na
Descontaminação dos Lagos
Polímeros Super-absorventes com MW> 40 ×106
são capazes de fixar metais pesados na sua
estrutura de gel.
Cadeia Principal
Aplicações Actuais dos
Polímeros Super - Absorventes
• Fraldas e Pensos*
• Prevenção /Recolha de Derrames
• Alternativa aos Explosivos (Pedreiras)
• Neve Artificial
• Incremento da Retenção Hídrica de Solos
• Embalamento de Fruta e Vegetais
• Combate a incêndios
* 1990: > 95%1995: > 90%2000: > 80%
Aplicação de Filmes Poliméricos
como Dieléctricos
em Condensadores
EXEMPLO: Locomotiva Intercity Express
108 condensadores com uma
área de filme de 70.000m2
(Condensadores de Inversor Asincrono de Alimentaçãodo Motor)
Trespaphan