polímeros - faculdade inap

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POLÍMEROS
Prof Roberto Monteiro de Barros Filho
Prof.
ago. 2014
Prof. 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
2
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
3
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.
4
Nomenclatura de polímeros
p
prefixo “poli” + monômero
5
Principais Grupos Funcionais e
Substâncias Químicas envolvidas na
nomenclatura de Polímeros
6
Tipos
p possíveis
p
de cadeias poliméricas
p
(Homopolímeros)
7
Tipos
p possíveis
p
de cadeias poliméricas
p
(Copolímeros)
8
Polímeros
de interesse industrial
• Os polímeros sintéticos são sintetizados quimicamente
quimicamente, 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
9
Classificação dos polímeros
10
Plásticos
O termo plástico vem do grego, e significa
“adequado à moldagem”.
Plásticos embora sólidos à temperatura ambiente em
seu estado final,
final em algum estágio de seu
processamento, tornam-se fluidos e possíveis de
serem moldados, por ação isolada ou conjunta de
calor
l e pressão.
ã
11
Polímeros
(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.
Termofixo, termorrígidos ou termoestáveis : são polímeros que
depois do processo de cura (ligações cruzadas) não podem ser
fundidos ou dissolvidos sem que ocorra degradação química.
Ex: Baquelite, poliéster insaturado, borracha vulcanizada,
poliuretano,
li t
etc.
t
12
Elastômeros
Materiais poliméricos termofixos que trabalham
com ggrandes deformações
ç
dentro regime
g
elástico,,
em alguns casos mesmo quando se aplicam altas
tensões (podem chegar a deformações de até
1000%) Amorfos,
1000%).
Amorfos suas cadeias poliméricas estão
dispostas de maneira desordenada e enovelada, não
apresentando,
portanto,
algum
grau
de
cristalinidade.
Elastômeros Termoplásticos (TPE)
Materiais copoliméricos
p
termoplásticos
p
apresentam comportamento elastomérico.
qque
13
Principais Termoplásticos
Polietileno - PE
Poliestireno – PS
Polipropileno – PP
Poli(metacrilato de metila) - PMMA
P li( l t de
Poli(cloreto
d vinila)
i il ) - PVC
Poli(acetato de vinila) – PVA
y
Poliamida – PA - Naylon
Poli(tereftalato de etileno) – PET
Poloicarbonato - PC
14
Polietileno - PE
• Polietileno é, provavelmente, o plástico
mais
i usado
d no dia-a-dia
di
di
• Tem uma estrutura muito simples, a mais
ssimples
p es de todos
odos os po
polímeros
e os co
comerciais
ecas
• Algumas vezes sua estrutura se torna um
pouco mais complicada:
– Às
À vezes, alguns átomos de carbono,
ao invés de ter átomos de hidrogênio
ligados a eles, têm longas cadeias de
PE ligadas
li d a eles.
l
Sã chamados
São
h
d
ramificados ou PEBD. Quando não
existem ramificações, são chamados
de lineares ou PEAD.
PEAD PE linear é
muito mais forte do que o PE
ramificado, mas o ramificado é mais
barato e mais fácil de sintetizar.
sintetizar
15
Polietileno - PE
16
Poliestireno - PS
• A combinação de copolímeros em bloco
possibilita a “construção” de polímeros
com diferentes propriedades.
propriedades
g
e barato e
• PS é um ppolímero rígido
provavelmente apenas o PE é mais
usado no nosso dia-a-dia.
• Tipos : cristal,
cristal resistente ao calor,
calor alto
impacto.
Resistente ao Calor e Alto Impacto
• EPS - Poliestireno Expandido (Isopor ®)
•
PS é um dos componentes de uma
borracha rígida chamada SBS –
poli(estireno-butadieno-estireno):
termoplástico elastomérico.
EPS
17
Poliestireno - PS
Cristal
EPS
18
Polipropileno - PP
• P
Polipropileno
li
il
é um dos
d
mais
i
versáteis polímeros que existem.
Podem ser usados como plásticos e
como fibras.
fibras
– Plásticos:
embalagem
de
alimentos qque são levadas a
lava-louças (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).
PPR Termofusão
Tubos pra água quente
Polipropileno copolímero randon
19
Poli(metacrilato
(
de metila)) - PMMA
• Utilizado, entre outras coisas, em
substituição ao vidro em janelas de
segurança
• PMMA é mais transparente que o
vidro. Quando janelas de vidro são
feitas com espessura elevada, tornase difícil enxergar através delas.
delas
• Janelas de PMMA podem ser feitas
com 33cm de espessura e ainda assim
são
ã perfeitamente
f i
transparentes.
• Portanto, o PMMA um material
perfeito para fazer largos aquários,
aquários
cujas janelas devem ser grossas o
suficiente para conter a alta pressão
de milhões de ggalões de água.
g
Aquário de SP – maior da América
Latina com 3X5m e acrílicos de 150mm
20
Poli(cloreto de vinila) - PVC
• PVC é útil porque resiste a duas
coisas: fogo
g e água
g
• 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
t t expirou.
i
• Em 1926 pesquisadores americanos,
trabalhando
b lh d
i d
independentemente,
d
inventaram o PVC e primeiramente
o utilizaram em cortinas para
chuveiro. Posteriormente milhares
de aplicações forma descobertas.
PVC
CPVC – Policloreto
de vinila clorado
21
Poliamida - PA - Nylon® (náilon)
• N
Nylon
l
–
primeira
i i
fib
fibra
completamente
sintética,
foi
desenvolvida em meados da
década de 1930 nos laboratórios da
Du Pont.
qque
lembra
um
• Poliamida
poliéster, mas resulta de uma
reação entre grupos –NH2 (no
lugar de –OH) e carboxilas.
MEV - Seção da fibra do Nylon
O átomo de hidrogênio a mais
nessa substituição permite a
formação de pontes de hidrogênio
que dão resistência mecânica ao
material.
22
Poli(tereftalato de etileno) - PET
• PET pode ser utilizado como plástico ou
fibra.
• As cargas positivas e negativas dos
diferentes grupos éster da cadeia do PET são
atraídas uma em direção
ç a outra. Esta é a
razão do alinhamento das cadeias em forma
organizada, responsável pela força das fibras
formadas.
• A reutilização da garrafa de PET pode se
tornar um problema devido a dificuldade na
esterilização do material,
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.
Lã de PET
23
Poliuretano - PU
• O PU foi criado pelo químico
alemão Otto Bayer no início
da 22ª Guerra Mundial para
substituir
as
borrachas
naturais.
• É
amplamente
usado
em espumas
p
rígidas
g
e
flexíveis, em elastômeros
duráveis e em adesivos de alto
desempenho, em selantes,
em
fib
fibras,
vedações,
d
gaxetas, preservativos, carpete
s, peças de plástico rígido e
ti t
tintas.
Revestimento
tubulações de
condicionado.
de
Ar
Telhas termoacústicas
ou telhas sanduiche.
24
Policarbonato - PC
• PC obtido a partir dos monômeros
bi f l A e fosgênio
bisfenol
f ê i
apresenta
t
características
de
um
material
termoplástico.
• PC podem formar ligações cruzadas
tornando o polímero um material com
características termorrígidas.
g
– 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 (material mais leve e com
maior
i índice
í di de
d refração).
f
)
25
Principais Termofixos
Fenol formaldeído – Baquelite
Uréia formaldeído
Melamina
Resina epóxi
R i alquídica
Resina
l ídi
26
Fenol formaldeído - FF - Baquelite
• FF - criada em 1909 nos USA pelo
químico
í i Leo
L H.
H Baekeland.
B k l d Em
E 1910
criou a General Bakelite Company. È o
mais antigo polímero sintetizado de uso
industrial.
industrial
– 70% da produção é destinada à
fabricação
ç de resinas ppara os mais
variados fins, como adesivos.
– Com
boas
propriedades
de
isolamento elétrico e térmico
suportando temperaturas mais altas
que a maioria dos polímeros.
– Ultimamente jjá ppor ser ppigmentado
g
disponível assim em várias cores.
27
Uréia formaldeído - UF
• UF – São comumente utilizadas como
adesivos, na fabricação de fibras de
média densidade, e objetos moldados.
• Possui alta resistência mecânicas à
tensões localizadas e resistente a altas
temperaturas
28
Melamina Formaldeído - MF
• Foi sintetizado pela primeira vez pelo
químico alemão Justus Liebig em 1834
von
– Resina sintética com boa aderência,
resistência mecânica, química e
térmica. São duros e quebradiços.
29
PoliepóxidoResina - Epóxi
• Copilímero que endurece quando
misturado com um catalisador possui
alta resistência mecânica e química.
– Usado produtos industriais, sendo
empregadas na fabricação de tintas,
adesivos e materiais compósitos, a
exemplo dos reforçados com fibra
de carbono e fibra de vidro. Resinas
epóxi de menor qualidade são
utilizadas
tili d na colagem
l
d madeiras,
de
d i
metais, vidros e pedras, sob
condições
ambientais
de
temperatura e pressão.
pressão
30
Silicone
• Resistentes à decomposição pelo calor,
água ou agentes oxidantes,
oxidantes além de
serem bons isolantes elétricos. Podem
ser sintetizados em grande variedade de
formas com inúmeras aplicações
práticas, por exemplo, como agentes
de polimento, vedação, proteção,
impermeabilização
p
ç
e lubrificação.
ç
Na
medicina são empregados como
material básico de próteses. Atualmente
estima-se que os silicones são utilizados
em mais
i de
d 5.000
5 000 produtos
d
31
Aramida - Kevlar ®
Inventado
em 1965 pela química
Stephanie Louise Kwolek, que inventou
a pp-fenilenodiamina com cloreto de
tereftaloila.
Resistente ao calor e sete vezes mais
resistente qque o aço
ç ppor unidade de
peso. O kevlar é usado no fabrico de
cintos de segurança, cordas, construções
aeronáuticas, velas, coletes a pprova de
bala, linhas de pesca, de alguns modelos
de raquetes de ténis, na composição de
alguns pneus, para fitas de alguns
modelos
d l
d
de
pedal
d l de
d
b b
bumbo
e
telemóveis, como o motorola razr i. O
tanque de combustível dos carros de
Fórmula 1 é composto deste material,
material
para evitar que objectos pontiagudos
perfurem os tanques no momento da
colisão
colisão.
32
Principais Elastômeros
Borracha Natural - NR
Policloropreno - Neopreno
Poliestireno butadieno estireno - SBS
Copolímero estireno butadieno - GRS
C
Copolímero
lí
acrilonitrila
il it il butadieno
b t di
- SBR
33
Borrachas - NR
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
34
Policloropreno – Neopreno - Neoprene
• Foi inventado pelos cientistas Elmer K.
K
Bolton do laboratório da Du Pont, que se
baseou em pesquisas de Julius Athur
Nieuwland,, um p
professor de qquímica na
Universidade Notre Dame.
– O neopreno é uma borracha sintética
de óótima qu
qualidade:
d de: resiste
es s e muito
u o be
bem
a tensões mecânicas, aos agentes
atmosféricos e aos solventes orgânicos.
É também empregado
p g
na fabricação de
juntas,
tubos
flexíveis
e
no
revestimento de materiais elétricos
35
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)
36
Fio de cabelo
Sem
condicionador
Com
condicionador
Esquema do fio de
cabelo
37
Fibra de lã
MEV da fibra de lã.
lã
38
Polipeptídeo
39
Cadeias polipeptídicas (seda)
40
TEIA DE ARANHA
41
TEIA DE ARANHA
MEV da fiandeira da aranha e da seda
extrudada.
Versão industrial da fiandeira da aranha.
42
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.
43
Amido
(polímeros de glicose: amilose e amilopectina)
44
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.
45
MEV
O que é isto?
i ?
46
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
47
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
48
Tensão X Deformação
49
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.
50
Processos de transformação
IInjeção
j ã
Extrusão
Coextrusão
Laminação
Revestimento
Moldagem por Sopro
Moldagem por Compressão
C l d
Calandragem
Rotomoldagem (vazamento)
51
Injeção
j ç
52
Extrusão
53
Coextrusão
54
Coextrusão
55
Extrusão de filmes
56
Moldagem
g por
p sopro
p
57
Calandragem
58
Revestimento em leito fluidizado
59
Rotomoldagem
60

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