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POLÍMEROS Química aplicada Profa. Dra. Carla Dalmolin BRUNA LOUISE SILVA ELTON SENHEM

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POLÍMEROSQuímica aplicada

Profa. Dra. Carla Dalmolin

BRUNA LOUISE SILVA

ELTON SENHEM

Vantagens da utilização dos plásticos

Plásticos utilizados no Golf

Conceitos básicosPolímeros → 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;

HistóricoParkesina (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 PolímerosTermoplásticos

THERMOS: CALOR

PLASS: FORMAR

• São solúveis;

• Recicláveis

Termofixos

• Rígidos;

• Insolúvel;

• Infusível;

• Não é reciclável;

Tipos de polímeros Elastômeros → borrachas;

Em temperatura ambiente pode ser dobrado de tamanho;

Conceitos básicosPolímero amorfo: as moléculas estão orientadas aleatoriamente e estão entrelaçadas.

Polímero semicristalino: as moléculas exibem um empacotamentoregular, ordenado, em determinadas regiões.

amorfo

cadeia polimérica

semicristalino

Estados físicos dos polímerosEntende-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

Termoplástico

Aquecimento

Fusão

Termofixos

Aquecimento

Degradação

Temperaturas fusãoTemperatura 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 polímerosCopolímeros:

• Possui mais de um mero (unidade de repetição);

Classificação de polímerosBlendas:◦ Mistura mecânica de dois ou mais polímeros;

• Blendas miscíveis:

◦ Não há separação de fases;

• Blendas imiscíveis:

◦ Há separação de fases; Plástico 1

Plástico 2

Classificação de polímerosNoryl – 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 plásticosPlásticos reforçados ou compósitos:

Fase reforço e matriz com separação interfacial bem definida

Ex:

Fibra de vidro, fibras de carbono, nanofibras de carbono;

Classificações de polímerosCompostos:

◦ Mistura de polímeros com aditivos.

Exemplos:

PVC, elastômeros;

Borracha;

PolimerizaçãoPolimerização 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...

SíntesePolímeros 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 polimerizaçãoEm massa

Polimerização do monômero “não diluído”

Grande aumento de viscosidade do sistema

Monômero

Iniciador

Grandes gradientes de temperatura

Grande distribuição de MM

Reação muito rápida

Reação exotérmica

PA6 - PMMA - PS

Sem solvente

Polímeros com alto grau de pureza

Técnicas de polimerizaçãoEm solução

Dissolver o monômero e o iniciador

Resolve problema da transferência de calor e homogeneização da temperatura

+ INICIADORMONÔMERO

SOLVENTE

Polímero em solução

Polímero precipitado(separado, seco e granulado)

Contaminação e reciclagem do solvente Pode reagir com a

cadeia e terminar a propagação

MM

PurezaPoliolefinas - Resina fenólica

Técnicas de polimerizaçãoEm 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

Evita-se a coalescência das gotas com a adição de agentes tensoativos

PVC - PS - PMMA

Técnicas de polimerizaçãoEm emulsão Monômero insolúvel em água

Iniciador solúvel em água

Agente emulsificante – sabão Parte hidrofílica e hidrofóbica

Migração de monômeros das gotas

para as micelas por diferença de concentração

Faz aproximação do iniciador e monômero

ocorrendo a polimerização nas

micelas

Solvente não contamina o polímero

ProcessosPrincipais processos:

Injeção;

Extrusão;

Termoformagem;

Compressão;

Sopro;

ExtrusãoProcesso contínuoMatéria-prima em

grânulos ou pó

Amolecimento do polímero ocorre por aquecimento e

cisalhamento

Rosca apresenta zonas com diferentes funções

ExtrusãoParte 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

Termoformadora

http://www.ulmapackaging.com.br/maquinas-de-empacotamento/termoformagem-e-blister

CompressãoEtapas 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 oueletrostática – eliminação decontaminantes ferrosos

• Ar comprimido – flotação domaterial mais leve (papel)

• Hidrociclone ou tanque desedimentação – para separarresinas por diferença dedensidade

Plásticos e meio ambiente

• Reciclagem Mecânica

• 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.

Primária – Resíduos de processamento

Secundária –Provenientes de produtos pós-consumo

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 VerdesPolímeros 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”degradáveisPolímeros 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