polímeros - faculdade inap

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POLÍMEROS
Prof. Roberto Monteiro de Barros Filho
Roberto Monteiro de Barros Filho
Macromoléculas
Moléculas g
grandes contendo um número de
átomos encadeados superior a uma centena e
podendo atingir valor ilimitado,
ilimitado podendo ou
não ter unidades químicas repetidas
Polímeros
Moléculas relativamente grandes, de pesos
moleculares
l l
d ordem
da
d
d 103 a 106 em cuja
de
j
estrutura se encontram repetidas unidades
químicas simples conhecidas como meros. O
polimérica é
número de meros da cadeia p
denominado grau de polimerização
Monômero
Moléculas menores,, mais simples,
p , de baixo
peso molecular, que reagem para formar as
cadeias poliméricas.
poliméricas
POLIMERIZAÇÃO
Reação química que dá origem ao polímero.
Nomenclatura de polímeros
p
prefixo “poli” + monômero
Principais Grupos Funcionais e
Substâncias Químicas envolvidas na
nomenclatura de Polímeros
Tipos
p possíveis
p
de cadeias poliméricas
p
(Homopolímeros)
Tipos
p possíveis
p
de cadeias poliméricas
p
(Copolímeros)
Classificação dos polímeros
Polímeros
Plásticos
lá i
- Borrachas
h - Fibras
ib
(polímeros de interesse industrial))
(p
• Os ppolímeros sintéticos são sintetizados quimicamente,
q
, em
geral, de produtos derivados do petróleo
• 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
Plásticos
O termo plástico
lá i vem do
d grego, e significa
i ifi “adequado
“ d
d à
moldagem”.
Plásticos embora sólidos à temperatura ambiente em seu estado
g
estágio
g de seu processamento,
p
tornam-se
final, em algum
fluidos e possíveis de serem moldados, por ação isolada ou
conjunta de calor e pressão.
Plásticos
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
sem que ocorra degradação química. Também são conhecidos
como termofixos ou termoestáveis. Ex: Baquelite,
q
, ppoliéster
insaturado, borracha vulcanizada, poliuretano, etc.
Polietileno PE
Polietileno-PE
• Polietileno
P li til
é,
é provavelmente,
l
t o plástico
lá ti mais
i usado
d no dia-a-dia
di
di
• Tem uma estrutura muito simples,
p
a mais simples
p de todos os
polímeros comerciais
• 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.
eles.
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.
Polipropileno PP
Polipropileno-PP
• P
Polipropileno
li
il
é um dos
d mais
i versáteis
át i polímeros
lí
que existem.
it
Podem ser usados como plásticos e como fibras
– Plásticos: embalagem de alimentos que são levadas a lavalouças (podem ser usadas pois não fundem abaixo de
160oC)
– Fibras: carpets de uso externo/interno (funcionam bem
quando feitos de PP porque são fáceis de colorir e porque
não absorvem água)
Poliestireno PS
Poliestireno-PS
• PS é um dos componentes de uma borracha rígida chamada
SBS – poli(estireno-butadieno-estireno): termoplástico
elastomérico
• 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 ®),
Poli(metacrilato de metila)-PMMA
metila) PMMA
• Utilizado,, entre outras coisas,, em substituição
ç ao vidro em
janelas de segurança
• PMMA é mais transparente que o vidro
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.
• Portanto, o PMMA um material perfeito para fazer largos
aquários,
á i cujas
j janelas
j l devem
d
ser grossas o suficiente
fi i
para
conter a alta pressão de milhões de galões de água.
Poli(cloreto de vinila)-PVC
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,
descoberta em 1925 sua patente expirou.
expirou
• E
Em 1926 pesquisadores
i d
americanos,
i
trabalhando
t b lh d
independentemente, inventaram o PVC e primeiramente o
utilizaram em cortinas para chuveiro. Posteriormente milhares
de aplicações forma descobertas.
Poli(tereftalato de etileno) - PET
• PET pode
d ser utilizado
tili d como plástico
lá ti ou fibra.
fib
• As 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 formadas.
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 com
PEN – poli(naftalato de etileno). A mistura obtida pode
suportar o processo de esterilização.
Policarbonato PC
Policarbonato-PC
• PC obtido
btid a partir
ti dos
d monômeros
ô
bisfenol
bi f l A e fosgênio
f ê i
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,
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 mais
(material
i leve
l
e com maior
i índice
í di de
d refração)
f ã )
Poliamida - Nylon
• N
Nylon
l – primeira
i i fibra
fib completamente
l t
t
sintética, foi desenvolvida em meados
da década de 1930 nos laboratórios da
D Pont.
Du
P t
• Poliamida que lembra um poliéster,
poliéster mas
resulta de uma reação entre grupos –
NH2 (no lugar de –OH) e carboxilas
O átomo de hidrogênio a mais nessa
ç
ppermite a formação
ç
de
substituição
pontes de hidrogênio que dão
resistência mecânica ao material
MEV - Seção da fibra do Nylon
Borrachas
A borracha é um exemplo de um
elastômero, um polímero elástico. A
borracha
natural
é
obtida
comercialmente do látex coagulado da
Hevea brasiliensis. É dura e
quebradiça quando fria e pegajosa
quando quente. Suas propriedades
elásticas são mais eficientes se a
b
borracha
h
f
for
moldada
ld d
na forma
f
desejada e depois aquecida com
enxofre (Vulcanização). EX: poli
poli-ciscis
isopreno natural (NR), BR, SBR,
NBR, EVA, Neoprene, etc.
Lát da
Látex
d seringueira
i
i
Fibras
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.
MEV
O que é isto?
i ?
Polímeros Naturais
• O cabelo, a lã e a seda são Polipeptídeos, isto é, compostos
cuja característica é a unidade de repetição –CO-NH-C-,
CO NH C com
vários grupos pendurados no segundo átomo de carbono. Eles
são a versão natural do nylon.
Polipeptídeos - proteínas (lã e seda)
Polipeptídeo
Fio de cabelo
Sem
condicionador
Com
condicionador
Esquema do fio de
cabelo
Fibra de lã
MEV da fibra de lã.
lã
Cadeias polipeptídicas (seda)
TEIA DE ARANHA
TEIA DE ARANHA
MEV da fiandeira da aranha e da seda
extrudada.
Versão industrial da fiandeira da aranha.
Polissacarídeos – Amido,
Amido glicose
glicose, celulose etc
Tal como as proteínas, amido e celulose são polímeros
naturais; a unidade que neles se repete é a glicose ou uma
outra molécula similar.
similar
• Amido é comestível; a celulose não,
não mas tem função
estrutural e é a substância orgânica mais abundante sobre
a Terra. Ambos são exemplos de carboidratos.
Amido
(polímeros de glicose: amilose e amilopectina)
Propriedades dos polímeros
Por serem produzidos
P
d id como plásticos,
lá ti
borrachas
b
h e fibras,
fib
apresentam propriedades diversificadas.
Propriedades Fisico-químicas
Permeabilidade a gases e vapores
Propriedades Químicas
• A
As propriedades
i d d químicas
í i
mais
i importantes
i
dos
d materiais
i i
poliméricos relacionadas às suas aplicações:
– Resistência à oxidação
– Resistência ao calor
– Resistência às radiações ultravioleta
– Resistência à água
– Resistência a ácidos e bases
– Resistência a solventes e reagentes
– Inflamabilidade
Tensão X Deformação
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 uma
maneira eficaz e econômica.
• 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,
projeto o especialista
de manufatura em polímeros e o especialista em materiais.
A concepção
pç de peças
p ç em plásticos
p
• Ao projetista do produto competem as decisões que dizem respeito as
atividades dos Designers,
Designers englobando aspectos como forma
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)
material).
• Ao especialista em materiais compete fornecer informações sobre o
material selecionado,
selecionado ou oferecer alternativas mais vantajosas,
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:
como viabilizar a moldagem de formas geométricas complexas e os
reflexos de uma concepção arrojada sobre os custos do processo.
Processos de transformação
IInjeção
j ã
Extrusão
Coextrusão
Laminação
Revestimento
Moldagem por Sopro
Moldagem por Compressão
C l d
Calandragem
Rotomoldagem (vazamento)
Injeção
j ç
Extrusão
Coextrusão
Coextrusão
Extrusão de filmes
Moldagem
g por
p sopro
p
Calandragem
Revestimento em leito fluidizado
Rotomoldagem

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