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POLÍMEROS

Prof. Roberto Monteiro de Barros Filho

Roberto Monteiro de Barros Filho

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

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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

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MonômeroMoléculas menores, mais simples, de baixo

Monômero, p ,

peso molecular, que reagem para formar ascadeias poliméricascadeias poliméricas.

POLIMERIZAÇÃOReação química que dá origem ao polímero.

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Nomenclatura de polímerosp

prefixo “poli” + monômero

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Principais Grupos Funcionais e Substâncias Químicas envolvidas na

nomenclatura de Polímerosnomenclatura de Polímeros

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Tipos possíveis de cadeias poliméricasp p p(Homopolímeros)

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Tipos possíveis de cadeias poliméricas p p p(Copolímeros)

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Classificação dos polímerosClassificação dos polímeros

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Polímeros

lá i h ib

Polímeros

Plásticos - Borrachas - Fibras(polímeros de interesse industrial)(p )

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

• Podem oferecer uma infinidade de desenhos possíveisPodem 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

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PlásticosPlásticosO lá i d i ifi “ d d àO termo plástico vem do grego, e significa “adequado à

moldagem”.

Plásticos embora sólidos à temperatura ambiente em seu estado final, em algum estágio de seu processamento, tornam-se g g pfluidos e possíveis de serem moldados, por ação isolada ou conjunta de calor e pressão.

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PlásticosPlásticos

Termoplástico: são polímeros que podem ser fundidos e solidificados repetidas vezes sem modificação significativa nas propriedades básicas, nesta classe estão o PE, PP, PS, PVC, PC.

Termorrígido: são polímeros que depois do processo de cura (ligações cruzadas) não podem ser fundidos ou dissolvidos(ligações cruzadas) não podem ser fundidos ou dissolvidos sem que ocorra degradação química. Também são conhecidos como termofixos ou termoestáveis. Ex: Baquelite, poliéster q , pinsaturado, borracha vulcanizada, poliuretano, etc.

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Polietileno PEPolietileno-PE

P li til é l t lá ti i d di di• Polietileno é, provavelmente, o plástico mais usado no dia-a-dia

• Tem uma estrutura muito simples, a mais simples de todos os p ppolímeros comerciais

• Algumas vezes sua estrutura se torna um pouco mais complicada:Algumas vezes sua estrutura se torna um pouco mais complicada: – Às vezes, alguns átomos de carbono, ao invés de ter átomos de

hidrogênio ligados a eles, têm longas cadeias de PE ligadas a eles São chamados ramificados ou PEBD Quando não existemeles. São chamados ramificados ou PEBD. Quando não existem ramificações, são chamados de lineares ou PEAD. PE linear é muito mais forte do que o PE ramificado, mas o ramificado é mais barato e mais fácil de sintetizar.

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Polipropileno PPPolipropileno-PP

P li il é d i át i lí i t• Polipropileno é um dos mais versáteis polímeros que existem. Podem ser usados como plásticos e como fibras

– Plásticos: embalagem de alimentos que são levadas a lava-louças (podem ser usadas pois não fundem abaixo de 160oC)160 C)

– Fibras: carpets de uso externo/interno (funcionam bem quando feitos de PP porque são fáceis de colorir e porque não absorvem água)

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Poliestireno PSPoliestireno-PS

• PS é um dos componentes de uma borracha rígida chamada SBS – poli(estireno-butadieno-estireno): termoplástico elastoméricoelastomérico

• A combinação de copolímeros em bloco possibilita a• A combinação de copolímeros em bloco possibilita a “construção” de polímeros com diferentes propriedades

• PS é um polímero rígido e barato e provavelmente apenas o PE é mais usado no nosso dia-a-dia

• EPS - Poliestireno Expandido (Isopor ®),

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Poli(metacrilato de metila) PMMAPoli(metacrilato de metila)-PMMA• Utilizado, entre outras coisas, em substituição ao vidro em , , ç

janelas de segurança

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

• Janelas de PMMA podem ser feitas com 33cm de espessura e ainda assim são perfeitamente transparentes.ainda assim são perfeitamente transparentes.

• Portanto, o PMMA um material perfeito para fazer largos á i j j l d fi iaquários, cujas janelas devem ser grossas o suficiente para

conter a alta pressão de milhões de galões de água.

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Poli(cloreto de vinila) PVCPoli(cloreto de vinila)-PVC

• PVC é útil porque resiste a duas coisas: fogo e água

• Inicialmente a síntese do PVC foi patenteada na Alemanha mas como eles não conseguiram descobrir uma utilização para a nova descoberta em 1925 sua patente expiroua nova descoberta, em 1925 sua patente expirou.

E 1926 i d i t b lh d• Em 1926 pesquisadores americanos, trabalhando independentemente, inventaram o PVC e primeiramente o utilizaram em cortinas para chuveiro. Posteriormente milharesutilizaram em cortinas para chuveiro. Posteriormente milhares de aplicações forma descobertas.

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Poli(tereftalato de etileno) PETPoli(tereftalato de etileno) - PET

PET d tili d lá ti fib• PET pode ser utilizado como plástico ou fibra.

• As cargas positivas e negativas dos diferentes grupos éster daAs cargas positivas e negativas dos diferentes grupos éster da cadeia do PET são atraídas uma em direção a outra.Esta é a razão do alinhamento das cadeias em forma organizada, responsável pela força das fibras formadasresponsável pela força das fibras formadas.

• A reutilização da garrafa de PET pode se tornar um problema devido a dificuldade na esterilização do material, pois o polímero não suportaria as altas temperaturas utilizadas– Uma alternativa seria utilizar uma mistura de PET comUma alternativa seria utilizar uma mistura de PET com

PEN – poli(naftalato de etileno). A mistura obtida pode suportar o processo de esterilização.

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Policarbonato PCPolicarbonato-PC

PC btid ti d ô bi f l A f ê i• PC obtido a partir dos monômeros bisfenol A e fosgênio apresenta características de um material termoplástico

• PC podem formar ligações cruzadas tornando o polímero um material com características termorrígidas

Essas ligações cruzadas tornam o polímero muito forte ou– Essas ligações cruzadas tornam o polímero muito forte, ou seja, um material com maior resistência a ruptura do que o vidro e por isso utilizado na fabricação de lentes óticas ( t i l i l i í di d f ã )(material mais leve e com maior índice de refração)

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Poliamida NylonPoliamida - Nylon

N l i i fib l t t• Nylon – primeira fibra completamentesintética, foi desenvolvida em meadosda década de 1930 nos laboratórios daD P tDu Pont.

• Poliamida que lembra um poliéster masPoliamida que lembra um poliéster, masresulta de uma reação entre grupos –NH2 (no lugar de –OH) e carboxilas

O átomo de hidrogênio a mais nessasubstituição permite a formação de MEV - Seção da fibra do Nylonç p çpontes de hidrogênio que dãoresistência mecânica ao material

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BorrachasBorrachasA 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

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Látex da seringueira

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.

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MEVMEV

O é i ?O que é isto?

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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)

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PolipeptídeoPolipeptídeo

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Fio de cabeloFio de cabelo

Semcondicionador

Comcondicionador

Esquema do fio decabelo

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cabelo

Fibra de lãFibra de lã

MEV da fibra de lã

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MEV da fibra de lã.

Cadeias polipeptídicas (seda)Cadeias polipeptídicas (seda)

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TEIA DE ARANHATEIA DE ARANHA

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TEIA DE ARANHATEIA DE ARANHA

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

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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.

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Amido(polímeros de glicose: amilose e amilopectina)

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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

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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

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Tensão X DeformaçãoTensão X Deformação

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Técnicas de Processamento de Polímeros

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

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

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

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A concepção de peças em plásticospç p ç p• Ao projetista do produto competem as decisões que dizem respeito as

atividades dos Designers englobando aspectos como forma função eatividades dos Designers, englobando aspectos como forma, função e dimensões. Ele deverá conhecer as condições de uso desse produto: os esforços a que estará sujeito, o ambiente em que irá atuar. (seleção do material)do material).

• Ao especialista em materiais compete fornecer informações sobre o material selecionado ou oferecer alternativas mais vantajosas tantomaterial selecionado, ou oferecer alternativas mais vantajosas, tanto do ponto de vista do desempenho em serviço, quanto de aspectos de moldagem.

• O especialista em manufatura deverá ter um conhecimento amplo dos processos de moldagem e de problemas de ferramentaria. Cabe-lhe orientar o projetista do produto sobre aspectos técnicos de moldagem:orientar o projetista do produto sobre aspectos técnicos de moldagem: como viabilizar a moldagem de formas geométricas complexas e os reflexos de uma concepção arrojada sobre os custos do processo.

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Processos de transformaçãoProcessos de transformaçãoI j ãInjeção

ExtrusãoCoextrusãoCoextrusãoLaminação

RevestimentoMoldagem por Sopro

Moldagem por CompressãoC l dCalandragem

Rotomoldagem (vazamento)

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Injeçãoj ç

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ExtrusãoExtrusão

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CoextrusãoCoextrusão

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CoextrusãoCoextrusão

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Extrusão de filmesExtrusão de filmes

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Moldagem por soprog p p

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CalandragemCalandragem

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Revestimento em leito fluidizadoRevestimento em leito fluidizado

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RotomoldagemRotomoldagem

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