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PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS

AULA 10: MATERIAIS POLIMÉRICOS

Prof. Iran Aragão



OBJETIVO DA AULA

1. Conhecer as principais aplicações industriais dos Polímeros mais utilizados pela indústria em geral e suas classificações.



MATERIAIS POLIMÉRICOSIntrodução:

Nem tudo que nos cerca é Material Metálico, muito pelo contrário, estamos no nosso dia-a-dia em contato com plásticos, borrachas, materiais fibrosos, etc.



MATERIAIS POLIMÉRICOSDefinição:

É exatamente isto, a repetição de muitas unidades de um tipo de composto químico.

E polimerização é o nome dado ao processo no qual as várias unidades de repetição – monômeros - reagem para gerar uma cadeia de polímero.



DEFINIÇÕES GERAIS DE POLIMÉRICOS

→ Monômero: Composto químico cuja polimerização irá gerar uma cadeia de polímero.

→ Grau de Polimerização (DP): É o número de unidades monoméricas presentes na molécula do polímero.

→ Crosslink ou ramificações: Ligações químicas cruzadas entre cadeias de polímeros. Muitas cadeias podem se ligar uma nas outras formando uma rede de polímeros.



→ Polímeros naturais: proteínas: junção de moléculas de

aminoácidos;celulose: junção de moléculas de beta-

glicose;amido: junção de moléculas de alfa-glicose;

→ Polímeros artificiais: plásticos em geral;




→ Polímerização por adição:A condição básica é que haja ligações

duplas de átomos de carbono; → Polietileno: é o polímero mais importante

produzido industrialmente a partir do eteno. Em reatores na presença de catalizador e peróxidos, produz polietileno de alta densidade e de baixa densidade;




→ polietileno de baixa densidade :– materiais maleáveis– cadeia linear

→ polietileno de alta densidade :– materiais mais rígidos– cadeia ramificada




→ Polipropileno:derivado do propeno que da mesma forma

sofre a polimerização por rearranjo, formando estruturas moleculares maiores; usado em parachoques de automóveis

→ Policloreto de vinila (PVC): é utilizado na produção de tubos e conexões, pisos e capas para guarda-chuvas.

Este polímero não propaga chamas, sendo utilizado na indústria como isolante elétrico;




→ Teflon:Derivado do tetraflúor eteno e tem uma

característica de dificilmente participar de reações químicas. Por ter um coeficiente de atrito extremamente baixo é utilizado na produção de panelas anti-aderentes, fita veda-rosca e em isolante elétricos

→ Poliestireno: Derivado do estireno e matéria prima básica para a produção do isopor




→ Outros tipos de polímeros produzidos por adição:




→ Polímerização por condensação:Ocorre entre grupamentos funcionais:

ácidos carboxílicos e aminas, bem como ácidos carboxílicos e álcoois;

→ Poliamida (Nylon 66): derivado da reação do ácido hexanodióico e o 1-6 diaminhexano;




POLÍMEROS POR CONDENSAÇÃO



→ Polietileno tereftalato (PET): derivado da reação do ácido tereftálico e o

etileno glicol;




→ Termofixo: Polímero que não pode ser dissolvido ou aquecido até altas temperaturas de forma a permitir deformação contínua. Os termoplásticos se tornam termofixos através de crosslinks (ramificações).

→ Homopolímero: Macromolécula derivada de um único tipo de monômero.

→ Copolímero: Macromolécula contendo dois ou mais tipos de monômeros em sua estrutura.

→ Termoplástico: Polímero que amolece e pode fluir quando aquecido. Quando resfriado, ele endurece e mantém a forma que lhe é imposta. O aquecimento e o resfriamento podem ser repetidos muitas vezes.




Arquitetura MolecularAlém do peso molecular médio, a arquitetura

molecular do polímero e sua conformação molecular irão influenciar as propriedades do polímero e, portanto, devem ser entendidas.

→ Polímero Linear

→ Polímero Ramificado

→ Polímero em rede



Arquitetura Molecular→ Nos polímeros lineares, cada monômero é ligado

somente a outros dois monômeros existindo a possibilidade de ramificações pequenas que são parte da estrutura do próprio monômero.

Exemplo: estireno e polimetilmetacrilato

→ Nos polímeros ramificados, um monômero pode se ligar a mais de dois outros monômeros, sendo que as ramificações não são da estrutura do próprio monômero.

Exemplo: poliacetato de vinila e polietileno.



→ Nos polímeros em rede – crosslink – as ramificações do polímero se interconectam formando um polímero com peso molecular infinito. Um polímero é considerado de peso molecular infinito quando seu valor é maior do que o peso molecular que os equipamentos de análise conseguem medir.

Arquitetura Molecular



MATERIAIS POLIMÉRICOSMonômeros de Vinil-Cloreto. Cada molécula é

insaturada, i.e., os átomos de carbono apresentam ligações covalente dupla entre si e não estão ligados ao número máximo de átomos (4).



Poli-Vinil-Cloreto (PVC). Cada ligação dupla fornece uma ligação para conectar com outro monômero, formando um polímero.

MATERIAIS POLIMÉRICOS



Formação dos Polímeros



A forma das macro-moléculas Os átomos de carbono do eixo da molécula podem

girar e ainda manter o ângulo correto. Dessa forma, é possível formar polímeros com formas complexas.



A estrutura das macro-moléculas

Linear

Ramificada- branched

Ligações cruzadas

Em rede - 3D (network)



CO-POLÍMEROSFormados pela combinação de mais do que um tipo

de monômero. Maior diversidade de propriedades.



Polímeros termo-plásticos

→ Tornam-se macios e deformáveis quando aquecidos:

→ Característico de moléculas lineares ou ramificadas, mas não com ligações cruzadas.

→ Como as cadeias são ligadas apenas por forças de Van der Waals, essas ligações podem ser rompidas por ativação térmica, permitindo deslizamento das cadeias.



→ Temperaturas típicas na faixa de 100ºC.→ Podem ser recicláveis. Exemplos: Polietileno, PVC, polipropileno, poliestireno,

poliester (mylar), acrílicos, nylons, celulores, policarbonatos, fluor-plásticos (Teflon).

Polímeros termo-plásticos



Ao contrário dos termo-plásticos, enrijecem com a temperatura e não se tornam novamente maleáveis:

Característico de polímeros formados por redes 3D e que se formam pelo método de crescimento passo a passo: cada etapa envolve uma reação química. A temperatura aumenta a taxa de reação e o processo é irreversível.

Exemplo: Poliuretano, fenois, epoxis, neopreme.

Polímeros termo-fixos



AditivosMuitas vezes, os polímeros não satisfazem certas

condições de uso. Para adequá-los às necessidades, empregam-se aditivos.

→Carga: Para melhorar comportamento mecânico, estabilidade dimensional e térmica. Ex: serragem e areia.

→Platificantes: Para aumentar a flexibilidade, ductibilidade e tenacidade. Líquidos com baixa pressão de vapor e moléculas leves.



→Estabilizantes: Para aumentar a resistência à ação de luz ultravioleta e oxidação.

→Retardante de Chama: Como a maior parte dos polímeros entra em combustão com facilidade, é necessário adicionar produtos para tentar inibir a reação de combustão.

Também temos como exemplo de aditivos os Corantes.

Aditivos



Vulcanização da Borracha

Borracha natural é macia e pegajosa e tem pouca resistência à abrasão.

As propriedades podem ser substancialmente melhoradas através do processo de vulcanização.



Cristalinidade

É possível formar uma rede cristalina com polímeros. No entanto, devido à complexidade das moléculas, raramente o material será totalmente cristalino. Regiões cristalinas estarão dispersas dentro da parte amorfa do material. O grau de cristalinidade depende:

→ Da taxa de resfriamento na solidificação;→ Da complexidade química;→ Da configuração da macro-molécula



Polímeros lineares cristalizam com mais facilidade; estereo-isômeros isotácticos e sindiotácticos cristalizam com mais facilidade, devido à maior simetria da cadeia.

Cristalinidade



Cristalinidade



Tipos de Polímeros

Existe, no mercado, uma grande quantidade de tipos de polímeros, derivados de diferentes compostos químicos. Cada polímero é mais indicado para uma ou mais aplicações dependendo de suas propriedades físicas, mecânicas, elétricas, óticas, etc.



Os tipos de polímeros mais consumidos atualmente são os:→ Poliesters→ Poliuretanos→ Polietilenos→ Prolipopilenos→ PoliestirenosDevido à sua grande produção e utilização, são chamados

de polímeros commodities.

Tipos de Polímeros



Outras classes de polímeros, como os poliacrilatos, policarbonatos e fluorpolímeros têm tido uso crescente.

Vários outros polímeros são fabricados em menor escala por terem uma aplicação muito específica ou devido ao seu custo ainda ser alto e, por isso, são chamados de plásticos de engenharia.

Tipos de Polímeros



→ TERMOPLÁSTICOS

→ ELASTÔMEROS

→ TERMOFIXOS

Tipos de Polímeros



Polímeros TermoplásticosPlásticos.Mais encontrados no mercado.Podem ser fundidos diversas vezes.Alguns dissolvem-se em vários solventes.



Polímeros ElastômerosBorrachas.Classe intermediária entre os termoplásticos e

termofixos.Não sofrem fusão.Difícil reciclagem.



Polímeros TermofixosRígidos e frágeis.Estáveis à variação de temperatura.O aquecimento decompõe o polímero.Difícil reciclagem.



SÍNTESE DA AULA• Nesta aula, você: Ampliou o seu conhecimento de

ciência dos materiais com a inclusão dos materiais poliméricos.

• Aprendeu a analisar e entender as especificações de que preveem a utilização desse tipo de material, bem como a selecioná-lo em função das necessidades em suas rotinas de trabalho nos diversos seguimentos da engenharia.

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