Materiais Poliméricos - PMT-USP

Materiais Poliméricos
Materiais
 Metálicos
C â i
Cerâmicos

 Poliméricos
P li til
Polietileno (PE)
(PE)
Poliestireno (PS)
Poliamidas (nailon)
Poli(teraftalato Poli(teraftalato
de etileno) PET
Poli(cloreto de vinila) P
li( l t d i il )
(PVC)
Polímero: macromolécula constituída por vários meros.
4
Molécula de Polietileno
H ó
Histórico
Experiência Amazónica
Charles Goodyear (1849)
Conceito de Macromolécula?
1920: Staudinger
g (prêmio
(p m Nobel de
química, 1953) propõe a idéia das
macromoléculas
• 1940
1940: Kühn propõe a flexibilidade das
molécula
•
•
•
•
Fragile Objects: Soft Matter, Hard Science, and the Thrill of Discovery, Pierre Gilles de Gennes, Jacques Badoz, Springer Verlag, 1996
Uma Experiência Amazônica
•
•
•
•
Na Amazônia, os índios recolhem a seiva das
seringueiras. Eles coletam um suco branco que
eles passam no pé.
pé Esse suco primeiramente tem
baixa viscosidade (escoa) e após cerca de 25
minutos coagula formando uma bota no pé do
í di
índio
O látex da seringueira contem moléculas com
cadeias longas.
longas Essas cadeias são flexíveis.
flexíveis
Depois que o índio passou o suco no pé o que
acontece??? O oxigênio do ar aglomera as
moléculas.
lé l
Infelizmente, a bota do índio dura um só dia.
Após cerca de um dia a bota arrebenta. O
oxigênio corta as moléculas. Parece como se um
par de tesoura corta uma rede de pesca.
Fragile Objects: Soft Matter, Hard Science, and the Thrill of Discovery, Pierre Gilles de Gennes, Jacques Badoz, Springer Verlag, 1996
Charles Goodyear (1800-1860)
(1800 1860)
•
1849: Rápida Expansão da química, todo mundo tenta sintetizar novas
moléculas. Em particular, Charles Goodyear, por curiosidade, ferve o
látex da seringueira com enxofre (ele não sabia direito o que era látex e
muito menos o que eram macromoléculas). Ele descobre um produto com
propriedades muito interessantes. Esse produto hoje em dia é conhecido
com borracha natural e é muito usado (pneus...)
(pneus )
•
Porque Goodyear usou o enxofre, ninguém sabe. Mas a explicação do
sucesso do enxofre é a seguinte: o enxofre posicionado na mesma coluna
na tabela periódica dos elemento que o oxigênio é menos reativo porém
com propriedades muito semelhantes. Ele une as moléculas mas não as
corta.
corta
•
Essa reação envolve só cerca de 1 átomo de S para cada 200 átomos de
C. Assim com uma ação exterior pequena, o látex
á
passa de líquido
í
para
sólido.
Conceito de Macromoléculas
•
1849: Goodyear inventa a borracha natural nas não conhece o conceito de
macromoléculas.
•
Na verdade nenhum químico imagina o conceito de macromoléculas. Muitos
químicos tentam fazer reagir produtos A e B para dar C. Eles analisam C. No caso
de macromoléculas eles não conseguem obter um produto com uma certa
temperatura de fusão. Hoje em dia nós sabemos que macromoléculas possuem na
verdade uma faixa de temperatura de fusão. Os químicos daquela época
acreditam que o produto é na verdade uma coleção de compostos não puros e não
reconhecem o potencial das macromoléculas. Esses químicos jogam literalmente
as macromoléculas na pia retardando a descoberta dos polímeros em 50 anos.
anos
•
1920: Staudinger (prêmio Nobel de química, 1953) propõe a idéia das
que ele consegue
g analisar e
macromoléculas, ele sintetiza moléculas de 20 átomos q
pouco a pouco sintetiza moléculas
lé l
maiores. O conceito de
d macromoléculas
lé l
aparece. Porém, ele ainda pensa que cada macromolécula é um bastonete de cerca
de 1m de comprimento.
•
1940: Kühn propõe a flexibilidade das moléculas.
Fragile Objects: Soft Matter, Hard Science, and the Thrill of Discovery, Pierre Gilles de Gennes, Jacques Badoz, Springer Verlag, 1996
Polímero
Baquelite (resina
fenólica))
Policloreto de vinil
(PVC)
Invenção
1906: Baekeland (Bélgica)
Comercialização
1909
1835: Regnault
1927
I.G. Farbenindustrie (Alemanha)
Goodrich (Estados Unidos)
Poliestireno (PS)
1839: E. Simon
1930
I.G.Farbenindustrie (Alemanha)
Dow Chemical (Estados Unidos)
Polietileno de baixa
densidade (PEBD)
Poliamida (nylon)
1933: Fawsett e Gibson
ICI: 1939
(Inglaterra)
1937: Wallace Carothers (USA) 1937: Dupont USA
Politetraflúoretileno
(PTFE) Teflon
Policarbonato
1938: R.J. Plunkett
Du Pont de Nenmours & Co. 1938
1898: Einhorn
1956: Bayer; General Electric
Copolímero de
acrilonitrila-butadienoestireno
i
Resina ABS
Polietileno de alta
densidade
de
s dade (PEAD)
(
)
Polipropileno
1932 Farben Industries
1936: Naugatuck Chem.Co.
Kevlar
1971 S Kwolek
Poli(teraftalato de
etileno)
1953: K. Ziegler (Alemanha)
1954 Natta
1957: Hoescht/Montecatini/
Hercules
Du Pont de Nenmours & Co. 1970
ICI 1953
Encyclopaedic Dictionary of Commercial Polymer Blends [Utracki 1996] e Introduction à la physique des polymeres [Etienne e David 2002]
Produç‫م‬o
o de Resinass (1000 toneladas)
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02 03 04 05 06 07 08
Ano
Figura 4.1.: Evolução do consumo de Termoplásticos e Elastômeros no mundo e no Brasil (dados obtidos do boletim anual da ABIPLAST)
Naturais
Polisacarídeos
Borracha Natural
Polímeros
Sintéticos
Termoplásticos
Termofixos
11
Definições : Mero, Monômero, Polímero
• Macromoléculas
• Polímeros: moléculas (macromoléculas) carcterizadas pela repetição de
grupo de átomos (unidade constitucional ou mero) ligados covalentemente
m q
quantidade suficiente
f
para p
p
produzir um
m conjunto
j
de
entre si,, em
propriedades que praticamente não varia com a adição ou remoção de uma
ou poucas unidades constitucionais . Alta massa molar, acima de 10.000,
podendo chegar a 10 milhões.
milhões
• Oligômero:
g
molécula contendo p
poucos g
grupos
p de átomos q
que se repetem
p
(unidade constitucional), ligados covalentemente entre si. As propriedades
físicas dos oligômeros variam com adição ou remoção de uma ou poucas
unidades constitucionais. Baixa massa molar, < 10.000 g/mol
• Unidade constitucional ou mero: grupo de átomos presente na cadeia do
polímero
lí
ou oligômero.
l ô
• Monômero: composto formado por moléculas onde cada molécula pode
produzir 1 ou mais unidades constitucionais.
Definições
Mero = ‐CH2‐CH2‐
Molécula de Polietileno
Processos de Polimerização
ç
• No
No caso da polimerização em etapas (policondensação), caso da polimerização em etapas (policondensação)
– Monômeros reativos reagem liberando ou não uma pequena molécula.
pequena molécula.
– Crescimento da cadeia acontece por etapas. – Monômero desaparece no início da reação Monômero desaparece no início da reação
– Massa molar cresce gradualmente ao longo da p
polimerização
ç
– Como os monômeros possuem grupo funcional reativo, não precisam de iniciador
– Os polímeros obtidos por polimerização por etapas raramente possuem massa molar elevada
Polimerização
ç
Exemplo: formação do poliéster (reação entre hidroxila e carboxila)
glicol
diácido
d
ác do
Representação de um passo do processo de polimerização por
condensação de um poliéster (este passo se repete sucessivamente,
produzindo-se uma molécula linear)
Podemos ter dois tipos de reação
pequena
q
moléculas
-Sem eliminação de p
-Com eliminação: policondensação
15
Do monômero até o polímero ???
polimerização
p
ç em etapas
p (policondensação)
(p
ç )
O
- C-O-
Poliéster
(Garrafa)
(Ga
a a)
O
- C-NCN
H
Poliamida
((Nylon)
yo )
E todos que envolvem durante a sua reação a
eliminação de uma pequena molécula
Polímeros obtidos p
por polimerização
p
ç
em etapas - Poliésteres
Fibras para têxtil, garrafas
Polímeros polares que cristalizam facilmente
Porque as garrafas de PET não podem ser reutilizadas
tais quais e precisam ser recicladas?
Tg
g = 80ºC ((PET))
Tg = 125ºC (PEN)
Polímeros
m
obtidos por
p polimerização
p m
ç por
p
etapas - Poliamidas
• Podem ser utilizados em fibras
• Altamente
m
polares
p
• Cristalinos
http://pslc.ws/mactest/level2.htm
Exemplos ‐ Poliamida
Nylon 6,10
Tf = 500 K
Se a cadeia alquílica é trocada por anéis benzênicos, sintetiza-se
poliamidas aromáticas chamadas poliaramidas que possuem
rigidez e temperaturas de fusão muito mais altas .
P ti
Praticamente
t não
ã se fundem,
f d
pois
i a fusão
f ã está
tá muito
it próxima
ó i
a
temperatura de degradação, ao redor de 500ºC.
Kevlar em vez de Nylon
Poliaramidas - Kevlar
• Polímero muito cristalino
• Ótimo para fibras
• Formam melhores fibras do que
poliamidas alifática,
alifática como o Nylon 6
6,6
6
• Por que?
http://pslc.ws/mactest/level2.htm
No caso das poliaramidas a posição
N
cis não é favorizada.
Polímero
estirado de
f
forma
linear
li
(fibra)
http://pslc.ws/mactest/level2.htm
Kevlar
e a
http://pslc.ws/mactest/level2.htm
Processos de Polimerização
ç
•
No caso da polimerização em cadeia
No
caso da polimerização em cadeia (poliadição)
– Os monômeros possuem geralmente ligações duplas – A cadeia polimérica é formada pela instabilidade da dupla ligação do monômero e sua sucessiva ligação com outras moléculas de monômero (precisa de iniciador)
– Os monômeros são adicionados um de cada vez a cadeia que cresce
q
– Polímeros com altas massas molares são obtidos desde o inicio da reação
– Se a dupla envolve outro átomo além do carbono, forma cadeia heterogênea (C=O C=N)
(C=O, C=N)
Polimerização em Cadeia - Iniciação
•
Decomposição do Iniciador:
I – I → 2 I*
•
Transferência
f ê
do centro ativo para o monômero
ô
I* + H2C=CHR → I-H2C-CHR*
Polimerização em Cadeia - Propagação
Transferência de centro ativo de monômero para monômero, com
crescimento de cadeia (velocidade alta e baixa energia de
ativação)
RM1 + M1
RM2 + M1
RM3 + M1
RM4 + M1
.
.
.
.
.
.
.
.
RMn-1 + M1
 RM2
 RM3
 RM4
 RM5
.
.
.
.
 RMn
Uma cadeia de mais de 1000 unidades é formada em alguns segundos (10-2-10-3s).
Ex.: PS xn=1650 em 1.24s a 100ºC
Polimerização em Cadeia - Término
Desaparecimento do centro ativo. Pode ser feita de várias maneiras
(m ôm
(monômero
e condições
di õ s de
d polimerização)
p lim i
ã )
1- Combinação (2 macroradicais)
1
CH2 - CHR +
•
HC -CH2R 
CH2-HRC-CHR-CH2
Gera cadeias de alta massa molar (impedimento entre radicais R)
2 – Desproporcionamento (transferência de H de carbono cauda de uma
para carbono cabeça
ç de outra cadeia))
cadeia p
CH2-CHR* + *RHC-CH2

Favorecida quando R for volumoso
CH=CHR
+ RCH2-CH2
Polimerização em Cadeia - Término
3- Transferência de cadeia
cadeia
d i em crescimento
i
t abstrai
b t iHd
de outra
t cadeia,
d i iinterrompendo
t
d seu
crescimento (formação de ramificação)
CH2 - CHR 
cadeia ativa
CH2-CH2R
morta
CH2 -CH2R 
Cadeia formada
CH2-CHR*-CH2
radical
ramificação
Polimerização em Cadeia (radical livre –
Processos Industriais
1. Polimerização
em massa
A mistura de reação só
ó contém
é o monômero
ô
e o iniciador.
Esse tipo de polimerização é usado para a produção de PS, PMMA e PVC
Esse tipo de reação é muito exotérmica e uma efeito gel pode acontecer
(rápido aumento da velocidade de polimerização, e da viscosidade do meio –
propagação ↑ e terminação↓).
As vantagens são ausência de contaminação e uma obtenção de polímeros com
massa molar alta.
Polimerização em Cadeia – Processos Industriais
2. Polimerização em suspensão
Água
g como
m meio
m
reacional.
Iniciador solúvel no monômero. Uso de agente de
suspensão (para dispersar gotas de monômero em
água). Reação em cada gota. Calor dissipado pela
água.
Pérolas (50 a 200m): lavada e seca
Ex PS
Ex.
PS, PVC
PVC.
Gota:50 a
200m
Partícula
primária: 1m)
p
 )
Polimerização em Cadeia – Processos Industriais
Polimerização em emulsão
A polimerização é feita em partículas. Os ingredientes da reação são o
monômero o agente emulsificante,
monômero,
emulsificante água e o iniciador solúvel em
água. O agente emulsificante é normalmente uma cadeia com uma cabeça
hidrofílica e cauda hidrofóbica. Numa solução aquosa essas cadeias
f
formam
micelas.
i l
Quando o monômero é adicionado na solução uma fração penetra nas
micelas. O iniciador se decompõe e entra nas micelas. A reação começa.
O processo oferece a possibilidade de aumentar o grau de polimerização
( lt
(alterando-se
d
a velocidade
l id d d
de reação),
ã ) somente
t com uma mudança
d
d
de
temperatura ou de concentração de iniciador.
Produto: pó fino (0,05 a 5m)
Esse tipo de polimerização é
usado para PVC e PVA
LLatex: dispersão coloidal de material t di
ã
l id l d
t i l
polimérico em água.
Polimerização em Cadeia – Processos Industriais
Polimerização em emulsão
R*
I
RM *
M
M
RMZ*
Gota de
monômero
(reservatório)
I
M
M
M
I
R*
R*
Água
I
Polimerização em Cadeia – Polímeros
Poli(cloreto de vinila)
Cloreto de vinila
Poli(cloreto de vinila)
Processos de Polimerização:
Suspensão
80% da produção: PVC rígido
Emulsão
10 a 15% da produção: PVC flexível (plastisol)
Polimerização em Cadeia – Polímeros
Polietileno
Polietileno de alta
densidade
Polietileno de baixa
densidade
Massas molares da ordem de 200.000 a 500.000
Por polimerização radical livre se obtém o PEBD. O PEAD é obtido por reação
Ziegler Natta
Utilizados em recipientes, sacolas etc...
Polimerização em Cadeia – Polímeros
Poli(acetato de vinila): Utilizado em tinta (tinta latex acrílica)
Poli(acetato de vinila)
Poli(álcool vinílico)
Copolímero randômico (20% de acetato de vinila)
PMMA – poli(metacrilato de metila)
Transparente, resistente ao impacto, utilizado em aplicações como
j
janelas
l ((substituindo
b i i d vidro)
id )
Presente em tintas latex acrílica
metacrilato de metila
Poli(álcool vinílico-co-acetato de vinila)
Poli (metacrilato de metila)
Massa molar
• Um polímero é constituído de longas cadeias de tamanho nãouniforme (natureza estatística da reação de polimerização).
Nele existe uma quantidade (i) de cadeias com massas molares
iguais (Mi).
n M

n
i
Massa molar numérica média:
Mn
i
i
i
i
onde: ni, número de moléculas que possuem massa Mi (massa
molar da cadeia i).
Massa molar ponderada média:
M w   wi M i 
i
 ni M i
2
i
n M
i
i
i
onde: Mi massa molar da cadeia i, ni: Número de moléculas com
Massa Mi,
Mi wi, fração em massa do total de moléculas que
possuem massa Mi (massa molar da cadeia i)
36
Polidispersão e Grau de Polimerização
• Polidispersão: relação entre a massa molar numérica média e a massa molar
ponderada média.
• Quanto mais variados forem os tamanhos das moléculas, maior será a
polidispersão (que sempre é maior que 1)
próximos, a polidispersão
p
p
é
• Quando os tamanhos das cadeias são p
aproximadamente 1.
Polidispersão
p
molecular:
MWD  Mw / M n
• O Grau de Polimerização (n) representa a quantidade média de meros
existentes numa molécula (tamanho médio da cadeia):
Grau de polimerização:
Mn
nn 
m
ou
onde: Mn , massa molar numérica média
Mw
m
Mw
nw 
m
massa molar ponderada média
, massa molar do mero
37
Sensível a
moléculas
de maior
massa molar
Número de
moléculas
Massa molar
média numérica
Massa molar
média
édi
viscosimétrica
Sensível a
moléculas
de menor
massa
Massa molar aumenta da
direita para esquerda
Massa molar
média ponderada
Massa molar
Massa molar média viscosimétrica –    K M v
a
38
Métodos para avaliar massa molar
• Métodos Químicos
• Métodos Coligativos (pressão de vapor,
temp. de ebulição, pressão osmótica)
– Osmometria de membrana
– Osmometria por pressão de vapor
– Ebuliometria
• Espalhamento de luz
• Viscosidade intrínsica
• Cromatografia por Exclusão de Tamanho
39
Caracterização de Polímeros, E.F.Lucas, B.G. Soares, E. Monteiro, e-papers, 2001
40
Cromatografia de permeação em g
p
ç
gel (GPC)
• É o método mais usado para medir o massa molar de polímeros. Ele permite a determinação de Mn, M
, Mw e distribuição de massa e distribuição de massa
• Ele permite a determinação de M
molar. • É um método indireto. Precisa de calibração.
É um método indireto. Precisa de calibração.
• Fase
Fase móvel (polímero em solução) se move ao longo de uma fase móvel (polímero em solução) se move ao longo de uma fase
estacionária (recheio – leito cromatográfico)
•
•
•
•
Fase móvel e recheio são imiscíveis
Fase estacionária fica numa coluna de vidro ou de aço inoxidável
Fase estacionária fica numa coluna de vidro ou de aço inoxidável
Separação por tamanho molecular
Mede tempo ou volume que uma macromolécula elui em um leito
Mede tempo ou volume que uma macromolécula elui em um leito cromatográfico
41
Cromatografia de permeação em gel (GPC)
l(
)
Recheio da coluna: Partículas
com poros – silicato poroso ou
polímero p
p
poroso – usar várias
colunas em série com tamanho
de poros diferentes
42
GPC
Veluído
• V total da fase móvel = V ( l
Vp(volume da fase móvel retida d f
ó l tid
nos poros) + Vo (volume da fase móvel fluindo entre as
fase móvel fluindo entre as partículas)
• Veluição = Vo + k.Vp
V l i ã V kV
• K=coeficiente de distribuição de soluto
• K=zero soluto totalmente excluído dos poros
• K=1 soluto totalmente permeado nos poros
• 0<K<1 faixa de separação
p ç
43
GPC
Como se faz a determinação de Massa Molar por GPC?
1 – Precisa de calibração
• Usar polímero padrão, monodisperso, com massa molar lí
dã
d
l
conhecida
• Fazer análise da mesma forma que será feita com polímero desconhecido
• Gráfico de Massa molar versus V eluído
logM
Veluído
44
GPC
Como se faz a determinação de Massa Molar por GPC?
2 – Para determinar Mn e Mw
• Traça‐se linha base a curva
l h b
• divide‐se o cromatograma em vários incrementos
• Mede‐se a altura referente a cada volume eluído
• Com a curva de calibração determina‐se o valor de M ç
correspondente a cada volume de eluído
• Monta
Monta‐se
se uma tabela que relaciona Veluído, hi e massa molar
uma tabela que relaciona Veluído hi e massa molar
45
 hi
Mn 
 hi / Mi
 hi.Mi
Mw 
 hi
46
Estrutura molecular
linear
com ligações cruzadas
47
a
cada
ramificada
em rede
Copolímeros
•
•
Homopolímero: polímero derivado de apenas uma espécie de
monômero.
ô
Copolímero: polímero derivado de duas ou mais espécies de
monômero.
monômero
Tipos de distribuição dos diferentes monômeros nas moléculas dos coco
polímeros: (a) aleatória, (b) alternada, (c) em bloco e (d) ramificada
48
Monômero A
Monômero B
Homopolímero
Copolímero
Copolímero
49
Copolímeros
Em função da configuração dos meros na cadeia:
Copolímero estatístico: distribuição estatística mas influenciada pela reatividade
dos monôneros
EX: SBR borracha sintética de estireno e butadieno
Copolímero randômico: estatístico mas com distribuição não influenciada pela
reatividade dos monôneros
Copolímero alternado: 2 meros de maneira alternada
p
de anidrido maleico (
) -estireno
Ex: copolímero
Copolímero
opolímero em bloco
bloco: seqüência
seqüênc a de blocos de 1 mero
(ou porção de molécula polimérica)
que se liga a outra seqüência.
Ex: SBS – borracha termoplástica de estireno
e butadieno (tribloco)
Copolímeros
Copolímero enxertado (graftizado): sobre a cadeia de um homopolímero (poliA)
se liga de modo covalente outra cadeia (poliB)
EX: ABS
Copolímero de acrilonitrila-butadieno-estireno
Cadeia principal de butadieno com adição de
estireno acrilonitrila
estireno-acrilonitrila
Copolímero
lí
graftizados
f
d contíguos:
í
Forma uma rede,
d não solúvel.
lú l
Redes poliméricas interpenetrantes:
Interpenetração
I
t
t
ã d
de 2 polímeros
lí
(com ligação cruzada) sem ligação entre eles.
Polímeros termoplásticos e termofixos
Os polímeros podem ser classificados em termoplásticos e termofixos.
Amolece sob aquecimento, flui sob pressão, solidifica sob
Termoplásticos resfriamento, num processo reversível. É moldável e
remoldável.
•
Podem ser conformados mecanicamente repetidas vezes
vezes, desde
que reaquecidos (são facilmente recicláveis).
Parcialmente cristalinos ou totalmente amorfos.
Lineares ou ramificados.
•
•
Exemplos: Polipropileno PP, polietileno PE,
poliestireno PS, ABS ( acrilonitrila-butadieno) PA "nylon",
y
p
policarbonato PC,
estireno),
poliéster termoplástico PET
52
Polímeros termoplásticos e termofixos
Termofixos
ode ser
se co
conformados
o ados p
plasticamente
ast ca e te ape
apenas
as e
em u
um estág
estágio
o intermediário
te ed á o
Podem
de sua fabricação.
O produto final é duro e não amolece com o aumento da temperatura.
Eles são insolúveis e infusíveis
infusíveis.
Mais resistentes ao calor do que os termoplásticos.
Completamente amorfos.
P
Possuem
uma estrutura
t t
tridimensional
t idi
i
l em rede
d com ligações
li
õ cruzadas.
d
Exemplos: Resinas de poliéster
insaturadas, éster - vinílicas , epóxis,
uretânicas
tâ i
e fenólicas
f óli
53
TEM
MPERAT
TURA
FASE CRISTALINA
Líquido viscoso
FASE AMORFA
Tm
Estado
Ordenado
Estado Ordenado
Líquido Viscoso
E t d B
Estado
Borrachoso
h
(volume livre aumenta significativamente)
Tg
Estado Vítreo
Observação: não existem polímeros 100% cristalinos, apenas semicristalinos e amorfos
Não existem polímeros 100% cristalinos.
Se fossem passariam diretamente do estado cristalino para líquido.
Estado vítreo: estrutura sólida desordenada.
desordenada
Estado borrachoso: acima da Tg, moléculas podem assumir diferentes conformações.
Utili
Utilização
ã do
d polímero
lí
d
de acordo
d com a ttemperatura
t
Termoplástico
Linear
SemiC i áli
Cristálino
Tg, Tm
Linear ou
Ramificado
Amorfo
Tg
Tg < Tamb
P d t
Produto
macio
55
Tg > Tamb
P d t
Produto
rígido
Termofixo
Ligações Cruzadas
Amorfo
Tg
Tg < Tamb
Tg > Tamb
El tô
Elastômero
Termorrígido
T
í id
Elastômeros
•
•
•
•
Quando submetidos a tensão, os elastômeros se deformam, mas voltam
ao estado inicial quando a tensão é removida.
Os elastômeros apresentam baixo módulo de elasticidade.
São polímeros amorfos ou com baixa cristalinidade (obtida sob tensão).
Apresentam geralmente altas deformações elásticas, resultantes da
combinação de alta mobilidade local de trechos de cadeia (baixa energia de
interação intermolecular) e baixa mobilidade total das cadeias (ligações
covalentes cruzadas entre cadeias ou reticuladas).
Exemplos: borracha natural,
56
polibutadieno,
Silicone, Neoprene
Processamento de polímeros
• A técnica usada para o processamento de um polímero depende
basicamente:
(1) de o material ser termoplástico ou termofixo.
(2) da temperatura na qual ele amolece,
amolece no caso de material termoplástico
termoplástico.
(3) da estabilidade química (resistência à degradação oxidativa e à
diminuição da massa molar das moléculas) do material a ser processado.
(4) da geometria e do tamanho do produto final
final.
• Os materiais poliméricos normalmente são processados em temperaturas
elevadas (acima de 100oC) e geralmente com a aplicação de pressão.
termoplásticos
op ást cos a
amorfos
o os são p
processados
ocessados ac
acima
a da te
temperatura
pe atu a de
• Os te
transição vítrea e os semicristalinos acima da temperatura de fusão. Em
ambos os casos a aplicação de pressão deve ser mantida durante o
resfriamento da peça para que a mesma retenha sua forma .
• Os termoplásticos podem ser reciclados.
57
Processamento de polímeros - Termofixos
• O processamento dos polímeros termofixos é geralmente feito em duas
etapas:
(1) Preparação de um polímero linear líquido de baixa massa molar
(algumas vezes chamado pré
pré-polímero)
polímero)
(2) Processamento do “pré-polímero” para obter uma peça dura e rígida
(curada), geralmente em um molde que tem a forma da peça acabada.
• A etapa de “cura” pode ser realizada através de aquecimento ou pela adição
de catalisadores, em geral com a aplicação de pressão.
• Durante a “cura” ocorrem mudanças químicas e estruturais em escala
molecular, com formação de ligações cruzadas ou reticuladas.
• Os polímeros termofixos são dificilmente recicláveis, não são fusíveis, podem
ser usados em temperaturas maiores do que as temperaturas de utilização dos
p
e são q
quimicamente mais inertes.
termoplásticos,
58
Processamento de polímeros termoplásticos
Resfriamento
Pellets
ou pó
Plastificação
Moldagem
Produto
amolecido
Aquecimento
q
Produto
moldado
Remoção
do molde
Reciclagem
Processamento de polímeros termofixos
Resfriamento
Pellets,
pó ou
líquido
Catalisador
Energia
R
Reações
õ Q
Químicas
í i
59
Novas
moléculas
Remoção
ç
do molde
Produto
final
Produto
final
Filmes,
folhas,
extrudados
R f ê i
Referências
• J.M.G. Cowie: Polymers: Chemistry and Physics of
Modern Materials, 2nd edition,1991, Blackie
Materials 2nd edition 1991 Blackie
Academic and Professional.
• L. H. Sperling “Introduction to Physical Polymer
Science”2nd
Science
2nd Edition
Edition 1992, John Wiley
1992 John Wiley and Sons, Sons
New York
• Ciência dos polímeros: um texto básico para tecnólogos e engenheiros Sebastião V
tecnólogos e engenheiros, Sebastião V. Canevarolo Jr., Editora Artliber, 2º edição, 2006.