CURSO DE PÓS - GRADUAÇÃO

EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA

DE POLÍMEROS

Módulo 4Aplicações dos Materiais Poliméricos

– Principais Requisitos Técnicos

• Tintas

• Vernizes• Colas• Vedantes• Mastiques• Espumas rígidas• Elastómeros microcelulares• Fibras têxteis• Agregantes para cortiça e madeira• Construção civil• Celulose e derivados (solúveis e funcionais)• Super-absorventes• Micro-electrónica

ASPECTOS QUÍMICOS

NAS PRINCIPAIS APLICAÇÕES

DOS POLÍMEROS

Tintas

Vernizes

Colas/ligantes

Vedantes

Mastiques

Adesão (Química > Física)

Estabilidade

Flexibilidade

Filme sobre superfície

Filme entre superfícies

Material de junta entre superfícies

TINTAS

Eficácia do Revestimento

Critérios:

• Impermeável à Água (e.g. soluções salinas)

Integridade do filme

Ausência de microporosidade

• Efeito Barreira

O2

SO2

HCl

• Adesão (e respectiva durabilidade)Retenção da flexibilidade

Retenção do “Interlocking Mecânico”

• DurabilidadeResistência à radiação U.V.

e efeitos de corEnergias superiores à da ligação C – C

Comp. de Onda: 290 nanómetros

Resistência à hidrólise

Resina Base Vantagens Desvantagens

Alquídica Preço Baixa resistência à hidrólise

Silicone Filme flexível Baixa resistência ao rasgamento

(energia de coesão)

Poliester Insaturado Dureza, Resistência mecânica Brilho indirecto

Acrílica Brilho Post - endurecimento

Uretano (1 comp.) Adesão,Resistência à abrasão Tempo de

polimerização

Uretano (2 comp.) Adesão,Resistência à abrasão 2 componentes

50% Água

50% Polímero coloidal

5 < P.H.R. aditivos para melhorar o desempenho

Dispersões

Poliméricas

Convencionais

Processo de SecagemCoalescência de partículas coloidais numa camada contínua

Química

Mecanismo Radicalar

Polimerização por radicais livres

Química

Mecanismo Radicalar

Activação por fotoiniciador

Comparação dos

Mecanismos

VERNIZES

Impregnação

Efeito Directo Reforço das zonas próximas da zona de impregnação

Efeito Indirecto Dissipação das tensões devido

à diferença de expansão térmica

Objectivos

da Impregnação

CONSOLIDAR

REDUZIR O

EFEITO

DOS SAIS

HIDROFOBICIDADE

Revestindo os porosinternamente reduz a entradade soluções salinas e as tensõescausadas por cristalização dos

sais

O impregnante actua como“cola interna” evitando a

degradação

Reduz a penetraçãode soluções salinas

Impregnar, de que se Trata?

- Proteger o azulejo por um processo físico

- Se alterar a estrutura porosa do azulejo

- Evitar que a degradação por agentes

externos continue:

- INFILTRAÇÕES

- CHUVAS ÁCIDAS

- ETC.

Características

do Impregnante

- Solução de co-polímero de baixa viscosidade

- Não é um verniz mas vai embeber toda a estrutura

- Confere alguma hidrofobicidade

- Filme agregante permeável aos gases nos limites de grão

- Não altera o aspecto do material tratado

- Aplicação prática e simples

Técnica da

Impregnação

PROCEDIMENTO:

• Pesam-se as amostras depois de secas• Colocam-se as amostras com o vidrado para baixo, na solução de impregnante sem cobrir a superfície de chacota

• A impregnação dura 4h

• Terminado o tempo de impregnação as amostras são retiradas ocorrendo a filmificação

Impregnante de

Dois Componentes

Mecanismo de acção do reticulante

Polímero Polímero interligadopelo reticulante

Esquema do

Revestimento

Solução Impregnante

De Dois Componentes

Efeito Químico

HDI – (Hexametileno Diisocianato)

• Isocianato alifático bastante reactivo

• Reacção pode ocorrer com compostos que contenham hidrogénio activo e móvel

• Actua pela formação de ligações de reticulação entre cadeias de polímero

• Produto incolor, de baixa viscosidade e alta volatilidade, mas perigoso

Testes

de Verificação

• POROSIDADE

• ABSORÇÃO DE ÁGUA

• RESISTÊNCIA AO ATAQUE QUIMICO

• RESISTÊNCIA MECÂNICA À PERFURAÇÃO

• ENVELHECIMENTO POR RADIAÇÃO ULTRA VIOLETA

• RESISTÊNCIA AO CHOQUE TÉRMICO

Resistência ao

Choque Térmico

OBJECTIVO: Testar a eficácia da

impregnação na resistência ao choque

térmico.

PROCEDIMENTO: Baseado na norma

europeia EN-104 são efectuados dez ciclos

de aquecimento arrefecimento entre 110ºC

(numa estufa) e 15ºC (num banho de água),

sendo depois observado o aspecto dos

azulejos.

Requisitos da

Impregnação

• Baixa viscosidade

• Controle da tensão superficial

No entanto, são também importantes

os seguintes requisitos:

• Espessura da camada (superior a 0,5 mm)

• Cobertura homogéna da interface

Molhagem

Ângulo de contacto

Desenvolvimento da

Solução Impregnante

Requisitos:

• Baixa viscosidade

• Boa molhagem da superfície da pedra

• Permeabilidade ao vapor de água

• Impedimento da migração das soluções salinas

• Efeito ligante após polimerização

• Repelente da água (hidrofibização)

Migração no interior dos poros por capilariedade

Melhores

Resultados:

Revestimento da Superfície dos poros com uma camada muito fina de polímero

Esquematicamente:

Cinética da Impregnação

Montagem para determinação da cinética de impregnação. 1- Tubo de Karsen; 2- Pedra.

Desempenho após consolidação

Montagem para determinação do desempenho após consolidação. 1- Medidor de binário; 2- Pedra.

COLAS

Primeira geração de

Adesivos Reactivos

Resinas Epóxi

dois componentes:

Baixa Temp. Epóxi + Amina

Alta Temp. Epóxi + Anidrido

Poliésteres Insaturados

Poliésteres insaturados lineares com ligações

cruzadas entre cadeias com o co-monómero estireno

Factores Condicionantes

da Eficácia da Colagem

- Impregnação

• Inter - Locking mecânico

• Reforço das camadas superficiais

Primário

Apenas eficazes no betão quando o mecanismo de falha não é a falta de coesão.

Adesão

• Testes de Diagnóstico

Ensaio em Corte

Ensaio de Arrancamento

• Observação das Superfícies após Teste

Fractura com falha de Coesão

Falha de Adesão (em que substrato?)

Efeito de Reforço / Falha de Coesão do substrato

Ensaios de Envelhecimento Acelerado

Weather - o- test• Fotoperíodo

•Ciclos de Condensação

•Espessuras óptimas

Geometria do Teste

Baixa reprodutibilidade

Tracção Perpendicular à camada adesiva

Compressão Paralela à camada adesiva

Impacto

Choque térmico

Isoladamente, nenhum teste é completamente informativo

Testes de Adesão

• A resistência adesiva é medida com um Equipamento de medida de adesão mecânica Elcometer 106.

• Os filmes de Polímero fundido feitos sob pressão com 40 a 60 µm de espessura são colados com um adesivo epóxi a cilindros de alumínio e do outro lado ao substrato a testar (vidro, PVC, aço, etc.)

Adesão a materiais

difíceis de colar

P.P.

P.E.

Cortiça

P.T.F.E.

Pode ser aumentada através da realização de um tratamento “corona” a aplicar à superfície antes da colagem.

Adesão à Borracha e a

Outros Elastómeros

Formulação Típica:

Poliuretano linear de levado peso molecular 18%

Metil Etil Cetona 80%

Estabilizadores e outros aditivos 2%

Processo de Aplicação:

Revestimento Secagem Reactivação Colagem

Impacto Ambiental:

• Preparação da superfície: halogenação• Solvente proveniente do processo de secagem

VEDANTES

MASTIQUES

Mastiques

Mastiques de Caixilharia

Juntas de Dilatação

Mastiques Hidroexpansíveis

Mastiques de Silicone

• “Acéticos”

• Neutros

• De cadeia polieter

Aspectos Gerais da Aplicação de Mastiques

- Energia de Coesão

- Aderência inicial e força de adesão

- Aditivos com aplicação especifica

Textura e Composição

do Mastique

• Comportamento elastómerico

• Baixa viscosidade inicial (interlocking mecânico)

• Curvas de endurecimento progressivo

Elastómeros SBR + Solventes + Cargas

Quasi – prepolímeros PU + Cargas

Silicones (ou PolieterSilicones) + SiO2 + Cargas

Mastiques de

Base Aquosa

Base: Emulsões Acrílicas espessadas

Aplicações: Substratos Permeáveis ao Vapor

Problemas:

Gradientes de humidade

Falta de homogeneidade de “Filmificação tridimensional”

Estabilidade

Sinerése

Coagulação localizada

ESPUMAS

RÍGIDAS

Polímeros na

Indústria Automóvel

OBJECTIVOS Redução de Peso

Aumento da Segurança

Aumento do Conforto

EXEMPLOS

• Espumas poliméricas para Insonorização

• Pastilhas de travão sem amianto

• Novos sistemas de pintura (garantia 5 anos)

• Componentes dos pneus

ELASTÓMEROS

MICROCELULARES

ELASTÓMEROS

Borracha NaturalFases do Processo de Transformação

VulcanizaçãoOutros elastómeros naturais

Primeiros elastómeros sintéticos

Elastómeros Termoplásticos

Espumas microcelulares

Aplicações Actuais

dos Poliéster - Uretano

Sólidos:Elastómeros(microcelulares) Solas de Ténis

PM > 200.000< 400.000

Vedantes e Juntas

Roletes (Resistência à abrasão)

Espumas Flexíveis

Em Solução:Napas(Têxteis revestidos) PM 100000 a 200000

Amorfos flexíveisColas PM > 50000 crist.

Vernizes PM > 80000 amorfos

FIBRAS TÊXTEIS

FIBRAS

Características e Requisitos dos Polímeros

Processos de Fabricação

Acabamento Mecânico e Superficial

Exemplos.

Outros Tipos de Aplicações Industriais dos Materiais Poliméricos

Detergentes e Emulsionantes

AGREGANTES

PARA CORTIÇA

E MADEIRA

Teste de Novos Ligantes

Agregados de Cortiça com 4 a 6% de ligante

Vantagens relativamente aos ligantes convencionais:

• Menor penetração de água (Red./Elimin. de Parafina)

(devido ao carácter hidrofóbico da estrutura macromolecular)

• Muito estável antes de desbloqueado (shelf life)

• Muito boa molhagem da superfície cerosa da cortiça

• Reacção rápida após desbloqueamento (80-90ºC)

CONSTRUÇÃO

CIVIL

Consolidação de Solos

Polímeros solúveis em Águaque se ligam por ligações covalentes dos silicatos

PoliacrilamidasPolietileniminas

Como Reticulanteo GLIOXAL

Desenvolvimento de novos Selantes

para Aplicações em Construções e

consolidação de Solos

Cooperação com: STAP, Tecnocrete, Universidade de Évora

OBJECTIVOS:

- Desenvolvimento de novas estruturas de Poliuretano para aplicação na construção civil

- As principais aplicações destes materiais hidro-selantesdividem-se em três grupos:

1. Vedação de juntas, fendas ou fissuras em elementos de betão, alvenaria ou rocha, que possam originar infiltrações;

2. Eliminação de fugas de água em túneis, galerias subterrâneas, reservatórios, tubagens, colectores, caixas de visita e diques;

3. Consolidação e aumento da resistência de solos arenosos e siltosos.

4. Fundações abaixo do nível freático.

Desenvolvimento de novos Selantes

para Aplicações em Construções e

consolidação de Solos

CONSOLIDAÇÃO E AUMENTO DA RESISTÊNCIA DE SOLOS ARENOSOS E SILTOSOS

Polímeros com Flúor

- Com boa adesão a substratos metálicos

EXEMPLO: Revestimento de um Reflector de um Rádio Telescópio (Próximo de Grenoble)

Sup. Autolimpante

Não inflamável (B1)

-50 a 150ºCHOSTAFLON ET

Biolaboratórios Flutuantes

Malha de Poliéster de alta tenacidade revestida com filme aderente de PVC.Exemplo: Lago Comabbio Itália

Estudo “in vivo” de processos de recuperação de lagos sujeitos a:

- Invasão da flora lacustre- Diminuição dos teores de oxigénio- Presença de fosfatos- . . .

DiagnósticoEnsaios de recuperação de lagosCondições de evolução para equilíbrio ecológico local.

CELULOSE E

DERIVADOS(Solúveis e Funcionais)

ASPECTOS QUÍMICOS

NAS PRINCIPAIS APLICAÇÕES

DOS POLÍMEROS

Fibras Têxteis

Têxteis Revestidos (Napas)

Polímeros de Origem NaturalCelulose e Derivados Solúveis

Lenhina

Agar-agar e Espessantes Alimentares

Polifenois e Taninos Reticulados

Polímeros Solúveis e Quasi-solúveis

Polialquilenoglicois

Álcoois Polivinilicos

Superabsorventes

Estrutura dos Polímero

do tipo Di - Ceteno

GRAU DE POLIMERIZAÇÃO DA

CELULOSE PROVENIENTE DE:

FONTE GRAÚ DE POLIMERIZAÇÃO

A. xylinum 2.000 - 3.700Bagaço 700 - 900Fibras de bast 1.000 – 5.000Fibras de algodão 8.000 – 14.000Linter de algodão 1.000 – 5.000Fibras flax 7.000 – 8.000Pulp celulose(bleached) 500 – 2,100Fibras ramie 9.000 – 11.000Palha de arroz 700 - 800Valonia 25.000 – 27.000Fibras de madeira 8.000 – 9.000

ESTRUTURA QUÍMICA

DA

CELULOSE

SUPER -

ABSORVENTES

Polímeros de Elevado Peso

Molecular usados na

Descontaminação dos Lagos

Polímeros Super-absorventes com MW> 40 ×106

são capazes de fixar metais pesados na sua

estrutura de gel.

Cadeia Principal

Aplicações Actuais dos

Polímeros Super - Absorventes

• Fraldas e Pensos*

• Prevenção /Recolha de Derrames

• Alternativa aos Explosivos (Pedreiras)

• Neve Artificial

• Incremento da Retenção Hídrica de Solos

• Embalamento de Fruta e Vegetais

• Combate a incêndios

* 1990: > 95%1995: > 90%2000: > 80%

MICRO -

ELECTRÓNICA

Aplicação de Filmes Poliméricos

como Dieléctricos

em Condensadores

EXEMPLO: Locomotiva Intercity Express

108 condensadores com uma

área de filme de 70.000m2

(Condensadores de Inversor Asincrono de Alimentaçãodo Motor)

Trespaphan