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POLÍMEROS

Prof Roberto Monteiro de Barros FilhoProf. Roberto Monteiro de Barros Filho

Prof. Roberto Monteiro de Barros Filho

ago. 2014

MacromoléculasMacromoléculas

Moléculas grandes contendo um número de gátomos encadeados superior a uma centena e podendo atingir valor ilimitado podendo oupodendo atingir valor ilimitado, podendo ou não ter unidades químicas repetidas

Prof. Roberto Monteiro de Barros Filho2

PolímerosPolímeros

Moléculas relativamente grandes, de pesosl l d d d 103 106 jmoleculares da ordem de 103 a 106 em cuja

estrutura se encontram repetidas unidadesquímicas simples conhecidas como meros. Onúmero de meros da cadeia polimérica épdenominado grau de polimerização

MonômeroMoléculas menores, mais simples, de baixo

Monômero, p ,

peso molecular, que reagem para formar ascadeias poliméricascadeias poliméricas.

PolimerizaçãoReação química que dá origem ao polímero.

Nomenclatura de polímerosp

prefixo “poli” + monômero

Principais Grupos Funcionais e Substâncias Químicas envolvidas na

nomenclatura de Polímerosnomenclatura de Polímeros

Tipos possíveis de cadeias poliméricasp p p(Homopolímeros)

Tipos possíveis de cadeias poliméricas p p p(Copolímeros)

PolímerosPolímerosde interesse industrial

• Os polímeros sintéticos são sintetizados quimicamente em• Os polímeros sintéticos são sintetizados quimicamente, em geral, de produtos derivados do petróleo

• Podem oferecer uma infinidade de desenhos possíveis• Podem oferecer uma infinidade de desenhos possíveis

• São projetados para atender cada aplicação requerida

• O tamanho e a composição química podem ser manipulados a fim de criar propriedades para quase todas as funções

Classificação dos polímerosClassificação dos polímeros

PlásticosPlásticos

O termo plástico vem do grego, e significa“adequado à moldagem”.

Plásticos embora sólidos à temperatura ambiente emseu estado final em algum estágio de seuseu estado final, em algum estágio de seuprocessamento, tornam-se fluidos e possíveis deserem moldados, por ação isolada ou conjunta de

l ãcalor e pressão.

Polímeros

Termoplástico: são polímeros que podem ser fundidos e

(plásticos)Termoplástico: são polímeros que podem ser fundidos esolidificados repetidas vezes sem modificação significativa naspropriedades básicas, nesta classe estão o PE, PP, PS, PVC,propriedades básicas, nesta classe estão o PE, PP, PS, PVC,PC.

Termofixo, termorrígidos ou termoestáveis : são polímeros quedepois do processo de cura (ligações cruzadas) não podem serfundidos ou dissolvidos sem que ocorra degradação química.Ex: Baquelite, poliéster insaturado, borracha vulcanizada,

li t tpoliuretano, etc.

ElastômerosMateriais poliméricos termofixos que trabalhamcom grandes deformações dentro regime elástico,g ç g ,em alguns casos mesmo quando se aplicam altastensões (podem chegar a deformações de até1000%) Amorfos suas cadeias poliméricas estão1000%). Amorfos, suas cadeias poliméricas estãodispostas de maneira desordenada e enovelada, nãoapresentando, portanto, algum grau decristalinidade.

Elastômeros Termoplásticos (TPE)Elastômeros Termoplásticos (TPE)

Materiais copoliméricos termoplásticos quep p qapresentam comportamento elastomérico.

Principais TermoplásticosPrincipais Termoplásticos

Polietileno - PEPoliestireno – PSPoliestireno PS

Polipropileno – PPPoli(metacrilato de metila) - PMMA

P li( l t d i il ) PVCPoli(cloreto de vinila) - PVCPoli(acetato de vinila) – PVA

Poliamida – PA - Naylon yPoli(tereftalato de etileno) – PET

Poloicarbonato - PC

Polietileno - PE

• Polietileno é, provavelmente, o plásticoi d di dimais usado no dia-a-dia

• Tem uma estrutura muito simples, a maissimples de todos os polímeros comerciaiss p es de odos os po e os co e c a s

• Algumas vezes sua estrutura se torna umpouco mais complicada:

À– Às vezes, alguns átomos de carbono,ao invés de ter átomos de hidrogênioligados a eles, têm longas cadeias dePE li d l Sã h dPE ligadas a eles. São chamadosramificados ou PEBD. Quando nãoexistem ramificações, são chamadosde lineares ou PEAD PE linear éde lineares ou PEAD. PE linear émuito mais forte do que o PEramificado, mas o ramificado é maisbarato e mais fácil de sintetizar

barato e mais fácil de sintetizar.15

Polietileno - PE

Poliestireno - PS• A combinação de copolímeros em bloco

possibilita a “construção” de polímeroscom diferentes propriedadescom diferentes propriedades.

• PS é um polímero rígido e barato ep gprovavelmente apenas o PE é maisusado no nosso dia-a-dia.

• Tipos : cristal resistente ao calor alto Resistente ao Calor e Alto Impacto• Tipos : cristal, resistente ao calor, altoimpacto.

• EPS - Poliestireno Expandido (Isopor ®)

Resistente ao Calor e Alto Impacto

EPS - Poliestireno Expandido (Isopor ®)

• PS é um dos componentes de umaborracha rígida chamada SBS –borracha rígida chamada SBSpoli(estireno-butadieno-estireno):termoplástico elastomérico.

Poliestireno - PS

Cristal

Polipropileno - PP

P li il é d i• Polipropileno é um dos maisversáteis polímeros que existem.Podem ser usados como plásticos ecomo fibrascomo fibras.– Plásticos: embalagem de

alimentos que são levadas aqlava-louças (podem ser usadaspois não fundem abaixo de160oC).

– Fibras: carpets de usoexterno/interno (funcionam bemquando feitos de PP porque sãoquando feitos de PP porque sãofáceis de colorir e porque nãoabsorvem água). PPR Termofusão

Tubos pra água quentePolipropileno copolímero randon

Polipropileno copolímero randon

Poli(metacrilato de metila) - PMMA( )

• Utilizado, entre outras coisas, emsubstituição ao vidro em janelas desegurança

• PMMA é mais transparente que o• PMMA é mais transparente que ovidro. Quando janelas de vidro sãofeitas com espessura elevada, torna-se difícil enxergar através delasse difícil enxergar através delas.

• Janelas de PMMA podem ser feitascom 33cm de espessura e ainda assimã f isão perfeitamente transparentes.

• Portanto, o PMMA um materialperfeito para fazer largos aquáriosperfeito para fazer largos aquários,cujas janelas devem ser grossas osuficiente para conter a alta pressãode milhões de galões de água. Aquário de SP – maior da América

Latina com 3X5m e acrílicos de 150mm

g g Latina com 3X5m e acrílicos de 150mm

Poli(cloreto de vinila) - PVC• PVC é útil porque resiste a duas

coisas: fogo e águag g

• Inicialmente a síntese do PVC foipatenteada na Alemanha mas comopatenteada na Alemanha mas comoeles não conseguiram descobrir umautilização para a nova descoberta,

1925 t t iem 1925 sua patente expirou.

• Em 1926 pesquisadores americanos,b lh d i d dtrabalhando independentemente,

inventaram o PVC e primeiramenteo utilizaram em cortinas parao utilizaram em cortinas parachuveiro. Posteriormente milharesde aplicações forma descobertas. CPVC – Policloreto

de vinila cloradoPVC

de vinila clorado

Poliamida - PA - Nylon® (náilon)

N l i i fib• Nylon – primeira fibracompletamente sintética, foidesenvolvida em meados dadécada de 1930 nos laboratórios dadécada de 1930 nos laboratórios daDu Pont.

• Poliamida que lembra umqpoliéster, mas resulta de umareação entre grupos –NH2 (nolugar de –OH) e carboxilas. MEV - Seção da fibra do Nylon

O átomo de hidrogênio a maisnessa substituição permite aformação de pontes de hidrogênioformação de pontes de hidrogênioque dão resistência mecânica aomaterial.

Poli(tereftalato de etileno) - PET• PET pode ser utilizado como plástico ou

fibra.• As cargas positivas e negativas dos

diferentes grupos éster da cadeia do PET sãoatraídas uma em direção a outra. Esta é açrazão do alinhamento das cadeias em formaorganizada, responsável pela força das fibrasformadas.

• A reutilização da garrafa de PET pode setornar um problema devido a dificuldade naesterilização do material pois o polímeroesterilização do material, pois o polímeronão suportaria as altas temperaturasutilizadas.– Uma alternativa seria utilizar uma

Lã de PET

Uma alternativa seria utilizar umamistura de PET com PEN – poli(naftalatode etileno). A mistura obtida podesuportar o processo de esterilização.

suportar o processo de esterilização.23

Poliuretano - PU• O PU foi criado pelo químico

alemão Otto Bayer no inícioda 2ª Guerra Mundial parada 2 Guerra Mundial parasubstituir as borrachasnaturais.

• É amplamente usadoem espumas rígidas ep gflexíveis, em elastômerosduráveis e em adesivos de altodesempenho, em selantes,

fib dem fibras, vedações,gaxetas, preservativos, carpetes, peças de plástico rígido eti ttintas. Revestimento de

tubulações de Arcondicionado.

Telhas termoacústicasou telhas sanduiche.

Policarbonato - PC

• PC obtido a partir dos monômerosbi f l A f ê i tbisfenol A e fosgênio apresentacaracterísticas de um materialtermoplástico.

• PC podem formar ligações cruzadastornando o polímero um material comcaracterísticas termorrígidas.g– Essas ligações cruzadas tornam o

polímero muito forte, ou seja, ummaterial com maior resistência aruptura do que o vidro e por issoutilizado na fabricação de lentesóticas (material mais leve e com

i í di d f )maior índice de refração).

Principais TermofixosPrincipais Termofixos

Fenol formaldeído – BaqueliteUréia formaldeídoUréia formaldeído

MelaminaResina epóxi

R i l ídiResina alquídica

Fenol formaldeído - FF - Baquelite

• FF - criada em 1909 nos USA peloí i L H B k l d E 1910químico Leo H. Baekeland. Em 1910

criou a General Bakelite Company. È omais antigo polímero sintetizado de usoindustrialindustrial.– 70% da produção é destinada à

fabricação de resinas para os maisç pvariados fins, como adesivos.

– Com boas propriedades deisolamento elétrico e térmicosuportando temperaturas mais altasque a maioria dos polímeros.

– Ultimamente já por ser pigmentadoj p p gdisponível assim em várias cores.

Uréia formaldeído - UF

• UF – São comumente utilizadas comoadesivos, na fabricação de fibras demédia densidade, e objetos moldados.

• Possui alta resistência mecânicas àtensões localizadas e resistente a altastemperaturas

Melamina Formaldeído - MF

• Foi sintetizado pela primeira vez peloquímico alemão Justus Liebig em 1834von– Resina sintética com boa aderência,

resistência mecânica, química etérmica. São duros e quebradiços.

PoliepóxidoResina - Epóxi

• Copilímero que endurece quandomisturado com um catalisador possuialta resistência mecânica e química.– Usado produtos industriais, sendo

empregadas na fabricação de tintas,adesivos e materiais compósitos, aexemplo dos reforçados com fibrade carbono e fibra de vidro. Resinasepóxi de menor qualidade são

tili d l d d iutilizadas na colagem de madeiras,metais, vidros e pedras, sobcondições ambientais detemperatura e pressãotemperatura e pressão.

Silicone

• Resistentes à decomposição pelo calor,água ou agentes oxidantes além deágua ou agentes oxidantes, além deserem bons isolantes elétricos. Podemser sintetizados em grande variedade deformas com inúmeras aplicaçõesformas com inúmeras aplicaçõespráticas, por exemplo, como agentesde polimento, vedação, proteção,impermeabilização e lubrificação. Nap ç çmedicina são empregados comomaterial básico de próteses. Atualmenteestima-se que os silicones são utilizados

i d 5 000 dem mais de 5.000 produtos

Aramida - Kevlar ®

Inventado em 1965 pela químicaStephanie Louise Kwolek, que inventoua p-fenilenodiamina com cloreto deptereftaloila.Resistente ao calor e sete vezes maisresistente que o aço por unidade deq ç ppeso. O kevlar é usado no fabrico decintos de segurança, cordas, construçõesaeronáuticas, velas, coletes a prova depbala, linhas de pesca, de alguns modelosde raquetes de ténis, na composição dealguns pneus, para fitas de alguns

d l d d l d b bmodelos de pedal de bumbo etelemóveis, como o motorola razr i. Otanque de combustível dos carros deFórmula 1 é composto deste materialFórmula 1 é composto deste material,para evitar que objectos pontiagudosperfurem os tanques no momento dacolisão

colisão.32

Principais ElastômerosPrincipais Elastômeros

Borracha Natural - NRPolicloropreno - NeoprenoPolicloropreno Neopreno

Poliestireno butadieno estireno - SBSCopolímero estireno butadieno - GRS

C lí il it il b t di SBRCopolímero acrilonitrila butadieno - SBR

Borrachas - NR

A borracha é um exemplo de umA borracha é um exemplo de umelastômero, um polímero elástico. Aborracha natural é obtidacomercialmente do látex coagulado daHevea brasiliensis. É dura equebradiça quando fria e pegajosaquebradiça quando fria e pegajosaquando quente. Suas propriedadeselásticas são mais eficientes se ab h f ld d fborracha for moldada na formadesejada e depois aquecida comenxofre (Vulcanização). EX: poli-cis-enxofre (Vulcanização). EX: poli cisisopreno natural (NR), BR, SBR,NBR, EVA, Neoprene, etc.

Lát d i i

Látex da seringueira34

Policloropreno – Neopreno - Neoprene

• Foi inventado pelos cientistas Elmer KFoi inventado pelos cientistas Elmer K.Bolton do laboratório da Du Pont, que sebaseou em pesquisas de Julius AthurNieuwland, um professor de química na, p qUniversidade Notre Dame.– O neopreno é uma borracha sintética

de ótima qualidade: resiste muito bemde ó qu d de: es s e u o bea tensões mecânicas, aos agentesatmosféricos e aos solventes orgânicos.É também empregado na fabricação dep gjuntas, tubos flexíveis e norevestimento de materiais elétricos

Polímeros NaturaisPolímeros Naturais

• O cabelo, a lã e a seda são Polipeptídeos, isto é, compostos cuja característica é a unidade de repetição CO NH C comcuja característica é a unidade de repetição –CO-NH-C-, com vários grupos pendurados no segundo átomo de carbono. Eles são a versão natural do nylon.

Polipeptídeos - proteínas (lã e seda)

Fio de cabeloFio de cabelo

Semcondicionador

Comcondicionador

Esquema do fio decabelo

cabelo

Fibra de lãFibra de lã

MEV da fibra de lã

MEV da fibra de lã.

PolipeptídeoPolipeptídeo

Cadeias polipeptídicas (seda)Cadeias polipeptídicas (seda)

TEIA DE ARANHATEIA DE ARANHA

MEV da fiandeira da aranha e da seda Versão industrial da fiandeira da aranha.extrudada.

Polissacarídeos Amido glicose celulose etcPolissacarídeos – Amido, glicose, celulose etc

Tal como as proteínas, amido e celulose são polímerosnaturais; a unidade que neles se repete é a glicose ou umaoutra molécula similaroutra molécula similar.

• Amido é comestível; a celulose não mas tem funçãoAmido é comestível; a celulose não, mas tem funçãoestrutural e é a substância orgânica mais abundante sobrea Terra. Ambos são exemplos de carboidratos.

Amido(polímeros de glicose: amilose e amilopectina)

FibrasFibras

São estruturas que apresentam comprimento muito elevado em relação ao diâmetro médio da seção transversal.

Devido à composição alguns polímeros podem ser obtidos sob esta forma.

Ex: Poliamida,Poliéster, etc.

MEVMEV

O é i ?O que é isto?

Propriedades dos polímerosPropriedades dos polímerosP d id lá ti b h fibPor serem produzidos como plásticos, borrachas e fibras, apresentam propriedades diversificadas.

Propriedades Fisico-químicas

Permeabilidade a gases e vapores

Propriedades QuímicasPropriedades Químicas

A i d d í i i i d i i• As propriedades químicas mais importantes dos materiais poliméricos relacionadas às suas aplicações:– Resistência à oxidaçãoResistência à oxidação– Resistência ao calor– Resistência às radiações ultravioletaResistência às radiações ultravioleta– Resistência à água– Resistência a ácidos e bases– Resistência a solventes e reagentes– Inflamabilidade

Tensão X DeformaçãoTensão X Deformação

Técnicas de Processamento de Polímeros

• Os materiais poliméricos são hoje utilizados para a produçãode uma gama variada de artigos de forma geométrica variada,suprindo requisitos funcionais os mais diversos de umasuprindo requisitos funcionais os mais diversos de umamaneira eficaz e econômica.

• Para que a substituição de materiais convencionais por• Para que a substituição de materiais convencionais porpolímeros seja bem sucedida, é necessário que a concepçãodos produtos se faça com critério e experiência.

• Três elementos são participantes do processo de concepção ematerialização do projeto adequado de uma peça ou produtoem material polimérico: o projetista do projeto o especialistaem material polimérico: o projetista do projeto, o especialistade manufatura em polímeros e o especialista em materiais.

Processos de transformaçãoProcessos de transformaçãoI j ãInjeção

ExtrusãoCoextrusãoCoextrusãoLaminação

RevestimentoMoldagem por Sopro

Moldagem por CompressãoC l dCalandragem

Rotomoldagem (vazamento)

Injeçãoj ç

ExtrusãoExtrusão

CoextrusãoCoextrusão

Extrusão de filmesExtrusão de filmes

Moldagem por soprog p p

CalandragemCalandragem

Revestimento em leito fluidizadoRevestimento em leito fluidizado

RotomoldagemRotomoldagem

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