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 Roberto Monteiro de Barros Filho 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 Roberto Monteiro de Barros Filho 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. Roberto Monteiro de Barros Filho Nomenclatura de polímeros p prefixo “poli” + monômero Roberto Monteiro de Barros Filho Principais Grupos Funcionais e Substâncias Químicas envolvidas na nomenclatura de Polímeros Roberto Monteiro de Barros Filho Tipos p possíveis p de cadeias poliméricas p (Homopolímeros) Roberto Monteiro de Barros Filho Tipos p possíveis p de cadeias poliméricas p (Copolímeros) Roberto Monteiro de Barros Filho Classificação dos polímeros Roberto Monteiro de Barros Filho 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 Roberto Monteiro de Barros Filho 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. Roberto Monteiro de Barros Filho 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. Roberto Monteiro de Barros Filho 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. Roberto Monteiro de Barros Filho 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) Roberto Monteiro de Barros Filho 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 ®), Roberto Monteiro de Barros Filho 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. Roberto Monteiro de Barros Filho 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. Roberto Monteiro de Barros Filho 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. Roberto Monteiro de Barros Filho 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 ) Roberto Monteiro de Barros Filho 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 Roberto Monteiro de Barros Filho 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 Roberto Monteiro de Barros Filho 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. Roberto Monteiro de Barros Filho MEV O que é isto? i ? Roberto Monteiro de Barros Filho 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) Roberto Monteiro de Barros Filho Polipeptídeo Roberto Monteiro de Barros Filho Fio de cabelo Sem condicionador Com condicionador Esquema do fio de cabelo Roberto Monteiro de Barros Filho Fibra de lã MEV da fibra de lã. lã Roberto Monteiro de Barros Filho Cadeias polipeptídicas (seda) Roberto Monteiro de Barros Filho TEIA DE ARANHA Roberto Monteiro de Barros Filho TEIA DE ARANHA MEV da fiandeira da aranha e da seda extrudada. Versão industrial da fiandeira da aranha. Roberto Monteiro de Barros Filho 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. Roberto Monteiro de Barros Filho Amido (polímeros de glicose: amilose e amilopectina) Roberto Monteiro de Barros Filho 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 Roberto Monteiro de Barros Filho 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 Roberto Monteiro de Barros Filho Tensão X Deformação Roberto Monteiro de Barros Filho 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. Roberto Monteiro de Barros Filho 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. Roberto Monteiro de Barros Filho Processos de transformação IInjeção j ã Extrusão Coextrusão Laminação Revestimento Moldagem por Sopro Moldagem por Compressão C l d Calandragem Rotomoldagem (vazamento) Roberto Monteiro de Barros Filho Injeção j ç Roberto Monteiro de Barros Filho Extrusão Roberto Monteiro de Barros Filho Coextrusão Roberto Monteiro de Barros Filho Coextrusão Roberto Monteiro de Barros Filho Extrusão de filmes Roberto Monteiro de Barros Filho Moldagem g por p sopro p Roberto Monteiro de Barros Filho Calandragem Roberto Monteiro de Barros Filho Revestimento em leito fluidizado Roberto Monteiro de Barros Filho Rotomoldagem Roberto Monteiro de Barros Filho
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