Moldador de Plástico por Extrusão

POLÍMEROS
Química aplicada
Profa. Dra. Carla Dalmolin
BRUNA LOUISE SILVA
ELTON SENHEM
Vantagens da utilização dos
plásticos
Plásticos utilizados no Golf
Conceitos básicos
Polímeros → origina-se do grego:
◦ Poli = muitos;
◦ Mero = unidades de repetições;
Plásticos:
◦ nome popular empregado para polímeros com propriedades
de plasticidade → materiais que podem ser moldados;
TODO PLÁSTICO É UM POLÍMERO, MAS NEM TODO
POLÍMERO É UM PLÁSTICO.
Conceitos básicos
Etileno
Polietileno
Conceitos básicos
Macromolécula Polimérica
Possui unidade repetitiva
Macromolécula não Polimérica
Não possui unidade química
repetitiva
Histórico
• Charles
Goodyear em 1830;
◦ Descobriu a vulcanização dos elastômeros;
◦ Inicialmente a borracha é “mole” e “pegajosa” → após a
incorporação do enxofre as suas propriedades mecânicas
são modificadas;
Histórico
Parkesina (1862) → produção de bolas de bilhar, pentes,
cabos de talheres bonecas, bolas de ping-pong;
◦ Desvantagens : inflamáveis e alto custo de produção;
Baquelite (1877) → resina termofixa (rígida);
◦ Desvantagens: sem opções de cores;
◦ 1930 – 1942 → Diversos tipos de polímeros foram
descobertos;
◦ Primeira indústria a produzir Nylon (poliamida) foi a Dupont em 1938;
A partir da 2ª Guerra mundial a comercialização de materiais plásticos
alcançaram grande desenvolvimento: resinas epoxídicas e ABS (1948)
Cadeia petroquímica
Cadeias de carbono
Ligações cruzadas
Borrachas
Termofixos
Tipos de Polímeros
Termoplásticos
Termofixos
THERMOS: CALOR
• Rígidos;
PLASS: FORMAR
• Insolúvel;
• São solúveis;
• Infusível;
• Recicláveis
• Não é reciclável;
Tipos de polímeros
Elastômeros → borrachas;
Em temperatura ambiente pode ser dobrado de tamanho;
Conceitos básicos
Polímero amorfo: as moléculas estão orientadas aleatoriamente e estão
entrelaçadas.
Polímero semicristalino: as moléculas exibem um empacotamento
regular, ordenado, em determinadas regiões.
semicristalino
cadeia polimérica
amorfo
Estados físicos dos polímeros
Entende-se por mudanças no estado físico em plásticos o fato de estes
modificarem suas formas por ação de temperaturas ou cargas de esforço
mecânico;
Estados físicos dos polímeros
Influência da temperatura
Aquecimento
Termoplástico
Fusão
Aquecimento
Degradação
Termofixos
Temperaturas fusão
Temperatura de fusão cristalina (Tm):
◦ Cadeias poliméricas adquirem total movimentação e passam a deslizar
livremente umas sobre as outras;
Classificações dos polímeros
Homopolímeros:
◦ Possui uma único mero;
Classificação dos polímeros
Copolímeros:
• Possui mais de um mero (unidade de repetição);
Classificação de polímeros
Blendas:
◦ Mistura mecânica de dois ou mais polímeros;
• Blendas miscíveis:
◦ Não há separação de fases;
• Blendas imiscíveis:
◦ Há separação de fases;
Plástico 2
Plástico 1
Classificação de polímeros
Noryl – PPO/PS (polióxido de fenileno / poliestireno)
◦ Indústria automobilística – painéis de instrumentos, nos
consoles, nos alojamentos para alto-falantes e grade do
ventilador;
PA/ABS (poliamida / ABS)
◦ Em veículos – console central, botões de comando de
ventilação, espelhos retrovisores externos, para-choques
de carro;
◦ Gabinetes de computador, telefones celulares;
Classificações dos polímeros
Aditivos:
• ENCHIMENTOS
• PLASTIFICANTES
• ESTABILIZADORES
• CORANTES
• RETARDADORES DE CHAMA
Classificações dos plásticos
Plásticos reforçados ou compósitos:
Fase reforço e matriz com separação interfacial bem definida
Ex:
Fibra de vidro, fibras de carbono, nanofibras de carbono;
Classificações de polímeros
Compostos:
◦ Mistura de polímeros com aditivos.
Exemplos:
PVC, elastômeros;
Borracha;
Polimerização
Polimerização é a reação ou conjunto de reações na qual moléculas
simples reagem entre si, formando uma macromolécula de alta massa
molar
Algumas variáveis podem influenciar esse processo:
• Temperatura
• Pressão
• Tempo
• Presença e tipo de iniciador
• Agitação...
Síntese
Polímeros de adição:
◦ Unidade estrutural = monômero
◦ Reação em cadeia
Polímeros de condensação:
◦ Unidade estrutural ≠ monômero
◦ Reação em etapas
Síntese
Evolução da massa molar
média
Técnicas de polimerização
As técnicas de polimerização podem ser divididas
em:
Sistemas Homogêneos:
◦ Em massa (bulk)
◦ Em solução
Sistemas Heterogêneos
◦ Em suspensão
◦ Em emulsão
Técnicas de polimerização
Em massa
Polímeros com alto grau
de pureza
Sem solvente
Polimerização do
monômero “não diluído”
Monômero
Grande aumento de
viscosidade do sistema
Reação muito rápida
Reação exotérmica
Iniciador
Grandes gradientes de
temperatura
Grande distribuição de MM
PA6 - PMMA - PS
Técnicas de polimerização
Em solução
Dissolver o monômero e o iniciador
Resolve problema da transferência de
calor e homogeneização da temperatura
MONÔMERO
+ INICIADOR
SOLVENTE
Contaminação e reciclagem
do solvente
Poliolefinas - Resina fenólica
Polímero em solução
Polímero precipitado
(separado, seco e granulado)
Pode reagir com a
cadeia e terminar a
propagação
MM
Pureza
Técnicas de polimerização
Em Suspensão
Monômeros insolúveis são dispersos em água
Água substitui o solvente na dissipação de
calor
Iniciador dissolvido
no monômero
Quando
suspensos em
água,
pulverizam,
formando
regiões de
polimerização
individuais
PVC - PS - PMMA
Evita-se a coalescência das gotas com a
adição de agentes tensoativos
Técnicas de polimerização
Em emulsão
Solvente não
contamina o polímero
Monômero insolúvel em água
Iniciador solúvel em água
Agente emulsificante – sabão
Parte hidrofílica e hidrofóbica
Faz aproximação do
iniciador e monômero
ocorrendo a
polimerização nas
micelas
Migração de
monômeros das gotas
para as micelas por
diferença de
concentração
Processos
Principais processos:
Injeção;
Extrusão;
Termoformagem;
Compressão;
Sopro;
Extrusão
Matéria-prima em
grânulos ou pó
Processo contínuo
Amolecimento do polímero
ocorre por aquecimento e
cisalhamento
Rosca apresenta zonas com diferentes funções
Extrusão
Parte comportamental do polímero na zona de compressão de uma rosca:
Processamento de materiais plásticos por
injeção
Consiste em obter a forma desejada do moldado através de pressão e
calor;
Processamento de materiais
plásticos por injeção
Extrusão e Sopro
Injeção e Sopro
Sopradora
TERMOFORMAGEM
http://www.ulmapackaging.com.br/maquinasde-empacotamento/termoformagem-e-blister
Termoformadora
Compressão
Etapas do processo:
◦ A parte superior do molde desce e comprime a resina
plástica;
◦ A pressão e o calor amolecem o plástico que preenche a
cavidade do molde;
Prensa
Plásticos e meio ambiente
Reciclagem
Para haver reciclagem são necessários quatro elos:
• Coleta e separação
• Logística reversa – como o material volta para a indústria da
Reciclagem
• Parque industrial reciclador – capacidade e tecnologia
• Perfil da demanda por materiais reciclados – empresas usuárias,
estímulo, valorização do reciclado
Separação
de
materiais
plásticos
• Ação
magnética
ou
eletrostática – eliminação de
contaminantes ferrosos
• Ar comprimido – flotação do
material mais leve (papel)
• Hidrociclone ou tanque de
sedimentação – para separar
resinas por diferença de
densidade
Plásticos e meio ambiente
•
Reciclagem Mecânica
Primária – Resíduos de
processamento
Secundária –
Provenientes de produtos
pós-consumo
• Reciclagem Química: Monômeros ou misturas de
hidrocarbonetos que servem como matéria-prima
• Reciclagem Energética: Plástico atua como combustível para
geração de energia elétrica e térmica.
Além de reciclar...
Biopolimeros:
• A matéria-prima principal para a sua manufatura é uma
fonte de carbono renovável, geralmente um carboidrato
derivado de canade-açúcar, milho, batata, trigo e beterraba,
ou um óleo vegetal de soja, girassol ou palma.
•Os biopolímeros mais importantes são: o polilactato (PLA), o
polihidroxialcanoato (PHA), os polímeros de amido (PA) e a
xantana (Xan).
Atenção: Nem todo
Biopolímero é um biomaterial
Além de reciclar...
Biodegradáveis → todos seus componentes orgânicos sofrem
biodegradação total.
Exemplos:
• PHB: Poli(hidroxibutirato)
• PLA: Poli(acido Lático)
• PCL: Poli(caprolactona)
Difícil processabilidade
Alto custo
Biodegradáveis
Degradação resulta da ação de
microorganismos de ocorrência
natural sob condições favoráveis de
temperatura e umidade
Polímeros Verdes
Polímeros já existentes de fonte fóssil, mas que por avanços tecnológicos
podem ser produzidos através de fontes renováveis
Para cada tonelada de polietileno verde produzido, uma média de 2,5
toneladas de (CO2) é removida da atmosfera, ao invés de 2,5 toneladas
de CO2 liberadas por um polietileno produzido a partir de matéria-prima
fóssil, como a nafta petroquímica
Não confunda: o PE verde
não é biodegradável
Oxi-”bio”degradáveis
Polímeros contendo aditivos que aceleram sua degradação oxidativa na presença de luz
ou calor.
Esses aditivos são compostos de metais de transição: Ferro, Níquel ou Cobalto
Não é
biodegradável