Técnicas de Caracterização de Polímeros

Prof. Fábio Herbst FlorenzanoApresentação da Disciplina

Informações gerais

Prof. Fábio Sala A-08 campus II Email: fhfloren@usp.br

Estrutura da disciplina Aulas expositivas Práticas demonstrativas Estudos Dirigidos Listas de Exercícios

Página da disciplina na internet, a definirRepositório de materiaisOutras atividades e recursos

Avaliação

Duas provas teóricas (25/9 e 27/11), P1 e P2, com pesos iguais Listas de Exercícios e Estudos dirigidos, 10% de cada nota Média final: (P1+P2)/2

Bibliografia1. L. C. SAWYER & D. T. GRUBB. Polymer Microscopy. New York: Chapman and Hall, 1987.2. H. G. ELLIAS Macromolecules -1-Structure and Properties, 2nd ed. Vol.1, New York, Plenum Press, 1984.3. J. M. G. COWIE Polymers: Chemistry and Physics of Modern Materials", New York: Chapman & Hall, 1998.4. C. A. HARPER Handbook of Plastics, Elastomers and Composites. New York: McGraw-Hill Inc, 1992.5. MILLS, N. Plastics - Microstructure and Engineering Applications. Butterworth-Heineman, 2005.6. CANEVAROLO, S. Técnicas de Caracterização de Polímeros. São Paulo: Editora Artliber, 2005.7. E. B. MANO & L. C. MENDES Identificação de Plásticos, Borrachas e Fibras. Ed. Edgard Blücher, 2000.8. TURI, E. A. Thermal Characterization of Polymeric Materials. New York: Academic Press, 1981.9. ISHIDA, H. Transform Infrared Characterization of Polymers. New York: Plenum Press, 1987. 10. BILLMEYER, F.W. Textbook of Polymer Science. 3rd Edition. New York: John Wiley and Sons, 1984.

Cronograma tentativo

Importância da Caracterização de Polímeros Todas as propriedades dos materiais poliméricos são determinadas

pela sua estrutura química e “macromolecular”: Natureza química do polímero (tipo de monômero, homo ou copolímero,

composição comonomérica, etc.) Massa molar média (“peso molecular”) Arquitetura (ramificações, distribuição dos comonômeros, etc.) Distribuição das massas molares (polidispersão ou polidispersidade) Funcionalizações Outras

Nesta disciplina serão abordadas técnicas de caracterização estrutural e das propriedades físicas

Propriedades mecânicas e outras

Dependem de todas as características estruturais, em maior ou menor grau

Quando se trata de aplicações mais sofisticadas e específicas (nanotecnológicas, por exemplo) essas características tem efeito ainda maior

Mesmo para aplicações gerais, há limites para a variação das propriedades do material polimérico, que pode levar ao descarte de toneladas (em geral não-biodegradável) se as características estruturais não forem atingidas durante e obtenção do material

Caracterização estrutural

Natureza Química Ressonância Magnética Nuclear Infravermelho (com transformada de Fourier, FT) Análise química

Caracterização estrutural

Dimensões e parâmetros macromoleculares Massa molar média

Análise de grupos funcionais Osmometria Viscosimetria Espalhamento de Luz

Distribuição da massa molar Cromatografia por exclusão de tamanho

Propriedades Físicas

Microscopia Ensaios mecânicos Análise térmica Mesmas técnicas usadas para outros materiais

Alguns conceitos fundamentais

Polímeros Orgânicos Polímeros de adição e condensação Massa molar média (Mn, Mw, etc.) Polidispersão/polidispersidade Termoplásticos, termorrígidos e elastômeros Tc, Tm e Tg Copolímeros (estatísticos, em bloco, em gradiente, enxertados, etc.) Principais classes de polímeros quanto à sua natureza química:

poliolefinas, poliacrilatos, poliestirênicos, poliésteres, poliamidas, etc.

Polímeros

Substâncias que apresentem em sua molécula unidades repetitivas, em geral apresentando massas molares elevadas (>1000 g.mol-1)

No caso de polímeros orgânicos, essas unidades (monômeros) são substâncias orgânicas

Polímeros de adição são formados por reações que não liberam moléculas pequenas. Os de condensação liberam moléculas pequenas na sua formação

Em geral os polímeros de adição não apresentam heteroátomos na sua cadeia principal enquanto os de condensação apresentam

Médias das massas molares

Os polímeros, devido às suas reações de formação, são sempre misturas de cadeias que diferem quanto à massa molar

Dessa forma a massa molar de um material polimérico é sempre uma média

Para cálculo da média pode-se usar diferentes ponderações: número de partículas (Mn), massa (Mw) e outras

A distribuição dessas médias pode ser mais ou menos larga e isso pode ser mensurado pelo índice de polidispersão (PDI, Mw/Mn)

Comportamento térmico/propriedades mecânicas Os materiais poliméricos são divididos, quanto ao seu

comportamento térmico e mecânico, da seguinte forma: Termoplásticos: fundem-se tornando-se massas viscosas passíveis de

processamento (injeção, moldagem, etc.) Termorrígidos: degradam-se antes da fusão tornando seu processamento

difícil Elastômeros: apresentam características mecânicas particulares,

deformando-se ante à pressão ou tensão e retornando à sua forma anterior

Transições térmicas

Termoplásticos semicristalinos (mais comuns) costumam apresentar 3 transições de fase: Transição vítrea: abaixo da Tg tanto as porções cristalinas como amorfas

apresentam baixa mobilidade e o polímero é rígido e quebradiço; acima dela a parte amorfa tem maior mobilidade e o polímero se apresenta pouco rígido;

Cristalização: abaixo da temperatura de cristalização existem domínio cristalinos no interior da massa polimérica

Fusão: acima da temperatura de fusão (Tm) o polímeros se apresenta como um líquido viscoso, sem domínios cristalinos

Arquiteturas poliméricas

Algumas Poliamidas

Policarbonato

PPT (Kevlar®)