Degradação de Polímeros
Degradação de Polímeros e Corrosão
Prof. Hamilton Viana
Prof. Renato Altobelli Antunes
Degradação de polímeros
• 1. Introdução
¾ Degradação é qualquer reação química
destrutiva dos polímeros.
¾ Pode ser causada por agentes físicos e/ou por
agentes químicos.
¾ A degradação causa uma modificação
irreversível nas propriedades dos materiais
poliméricos.
¾ É evidenciada pela deterioração progressiva
destas propriedades, incluindo o aspecto visual.
Degradação de polímeros
• 1. Introdução (continuação)
¾ Para alguns autores, o conceito de degradação
é mais amplo e pode também abranger efeitos
físicos que conduzirão à perda de função do
produto polimérico.
¾ Um exemplo desses efeitos físicos é a perda de
plastificantes de um sistema polimérico, por
migração ou por evaporação.
¾ Nesta situação, o polímero em si não sofre
alteração, porém o conjunto composto por
polímero e plastificante perde funções
importantes.
Degradação de polímeros
•
1. Introdução (continuação)
¾ Geralmente as reações de degradação são indesejáveis.
¾ Procura-se alta durabilidade, ou vida útil elevada, pela
aplicação adequada de sistemas poliméricos:
• Uso de aditivos antidegradantes específicos.
¾ As reações de degradação poderão ser benéficas para os
casos de:
• rejeitos poliméricos não recicláveis
• por contaminação ou por inviabilidade econômica
–
–
–
–
os sacos de lixo,
Sacolas
Fraldas
e embalagens de curta duração
¾ Também são úteis das reações induzidas de degradação
que ocorrem nos processos mecanoquímicos de
mastigação da borracha natural.
Degradação de polímeros
•
2. Tipos de degradação dos polímeros
•
Os tipos de degradação são geralmente analisados pelos
seguintes aspectos:
¾ Em relação à severidade da degradação
• 1. superficial: altera o aspecto visual do material
polimérico e principalmente a sua cor, para moldados
em cores claras.
• 2. estrutural: altera as propriedades mecânicas,
térmicas, elétricas, etc., e compromete o desempenho
estrutural do material polimérico.
Degradação de polímeros
•
2. Tipos de degradação dos polímeros (continuação)
¾
Em relação aos mecanismos gerais das reações de
degradação
•
1. degradação sem cisão da cadeia principal do
polímero:
–
–
em geral é uma degradação de nível superficial;
podem ocorrer:
»
»
»
–
•
formação de ligações cruzadas,
substituição ou eliminação de grupos laterais,
reações entre os próprios grupos laterais, incluindo ciclização.
este tipo de degradação poderá evoluir para o tipo 2.
2. degradação com cisão da cadeia principal do
polímero:
–
–
–
redução drástica dos pesos moleculares das cadeias
poliméricas,
É uma degradação de nível estrutural;
acontece de forma aleatória ou de forma inversa ao processo de
polimerização (depolimerização.)
Degradação de polímeros
•
2. Tipos de degradação dos polímeros (continuação)
¾ Em relação ao local de atuação dos agentes de
degradação, são três casos distintos:
•
1. degradação causada pelo processamento do
polímero.
•
2. degradação em condições de serviço, e isto é,
durante o uso do material polimérico.
•
3. degradação após o uso do material polimérico, caso
ele tenha se transformado em resíduo não reciclável.
Degradação de polímeros
•
2. Tipos de degradação dos polímeros (continuação)
¾ Em relação aos agentes ou fatores causadores da
degradação:
•
1. agentes físicos: radiação solar e outras radiações,
temperatura e atrito mecânico e intenso.
•
2. agentes químicos: água, ácidos, bases, solventes,
outros produtos químicos, oxigênio, o ozônio, e outros
poluentes atmosféricos.
•
3. agentes biológicos: microorganismos, tais como
fungos e bactérias; as pregações ideológicas são de
natureza química, sendo que os microorganismos são
os agentes destes ataques químicos.
Degradação de polímeros
•
2. Tipos de degradação dos polímeros (continuação)
¾ A degradação de material polimérico pode ser
causada por um ou mais agentes.
¾ Nas degradações com agentes combinados,
normalmente a análise é mais complexa.
¾ Estas solicitações são freqüentemente muito severas.
•
Um destes casos ocorre quando a temperatura
atua como fator de aceleração nos processos
fotodegradativos.
Degradação de polímeros
•
2. Tipos de degradação dos polímeros (continuação)
¾
•
Segundo esse critério, derivado de alguns aspectos apresentados, a classificação
das reações de degradação é separada nas seguintes formas principais:
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
•
Em relação aos processos responsáveis pela degradação dos polímeros
degradação térmica,
degradação mecânica,
degradação químicas (incluindo a oxidação),
Biodegradação,
fotodegradação,
degradação por radiações ionizantes,
termooxidação,
fotooxidação,
degradação termomecânica,
degradação mecanoquímica, e
fotobiodegradação,
conforme esquema apresentado na Figura 1.
Degradação de polímeros
•
2. Tipos de degradação dos polímeros (continuação)
Degradação de polímeros
•
3. Métodos utilizados para estudo da degradação
¾ Existem métodos para detectar a degradação
que já aconteceu num polímero;
¾ Existem métodos para simular ambientes e/ou
situação de degradação em polímeros.
Degradação de polímeros
•
3.1. Métodos Ambientais
¾ O envelhecimento ambiental também é chamado de
natural
¾ É importante conhecer detalhadamente as condições
geográficas e climáticas:
•
A luz solar sofre influência :
–
–
–
–
–
–
–
–
da época do ano,
da latitude,
da altitude,
da hora do dia,
do ângulo de exposição;
a composição química da atmosfera sofre influência dos poluentes,
da umidade;
a freqüência da chuva e sua intensidade
Degradação de polímeros
•
3.1. Métodos Ambientais (continuação)
¾ O tempo de exposição para verificação dos
resultados:
•
dificilmente fica abaixo de 4 anos;
•
as amostragens devem ser feitas a cada mês;
•
caso as primeiras amostragens não apontem sinais
de degradação drástica, o espaço de amostragem
pode ser aumentado.
Degradação de polímeros
•
3.1. Métodos Ambientais (continuação)
¾ As medidas utilizadas podem ser :
•
•
•
•
- avaliação visual
- medida de cor superficial
- avaliação de propriedades mecânicas
- avaliação de alterações estruturais por métodos
espectrométricos
Degradação de polímeros
•
3.1. Métodos Ambientais (continuação)
¾ As amostras podem ser preparadas como:
•
filmes,
•
corpos-de-prova para ensaios mecânicos,
•
peças no formato final de uso.
Degradação de polímeros
•
3.1. Métodos Ambientais (continuação)
¾ O estudo do envelhecimento natural:
•
é dos mais demorados,
•
dos mais trabalhosos,
•
além da avaliação das amostras, é necessário:
–
um acompanhamento das condições ambientais:
» quantidade de chuva
» quantidade de horas de insolação
» temperatura diária e composição média da atmosfera.
Degradação de polímeros
•
3.1. Métodos Ambientais (continuação)
¾ É importante ressaltar que existem métodos para
detectar a degradação que já aconteceu num
polímero e também existem métodos para simular
ambientes e/ou situação de degradação em
polímeros.
Degradação de polímeros
•
3.1. Métodos Laboratoriais
¾
¾
Os métodos de laboratório muitas vezes são confundidos com os métodos acelerados,
porém os métodos de laboratório utilizam condições compostas e não isoladas.
Alguns dos equipamentos/métodos utilizados para tal finalidade:
•
Weather-o-meter:
–
–
•
Câmara UV:
–
–
•
•
indica as absorções e liberações de energia da amostra,
TGA
–
•
uma câmara com lâmpadas UV-A e UV-B
demais características da câmara Weather-o-meter.
DSC
–
•
câmara de luz com lâmpadas de xenônio
spray de água pura ou de uma solução de sal;
indica as perdas/ganhos de massa de uma amostra em diferentes atmosferas e com aumento de temperatura.
Métodos espectrométricos: neste grupo encontram-se o FTIR e o UV-Vis. Os espectros
das amostras são preparados em diferentes datas e as diferenças indicam a formação
de novos grupos químicos em detrimento do desaparecimento de outros grupos.
Previsão do tempo de vida: uma aplicação particular da TGA. Amostras são analisadas
em diferentes faixas de temperatura e em conjunto coma equação de Arrhenius é
possível determinar o tempo de vida do composto nas condições ambiente.
Degradação de polímeros
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3.1. Métodos Laboratoriais
•
•
Métodos espectrométricos: neste grupo encontramse o FTIR e o UV-Vis. Os espectros das amostras
são preparados em diferentes datas e as diferenças
indicam a formação de novos grupos químicos em
detrimento do desaparecimento de outros grupos.
Previsão do tempo de vida: uma aplicação particular
da TGA. Amostras são analisadas em diferentes
faixas de temperatura e em conjunto coma equação
de Arrhenius é possível determinar o tempo de vida
do composto nas condições ambiente.
Degradação de polímeros
•
3.3. Envelhecimento acelerado
¾ Os processos naturais são muito lentos,
¾ Os fatores que causam a degradação devem ser
simulados individualmente:
•
•
•
ação da luz UV em temperatura ambiente,
aquecimento no escuro.
muitos dos métodos acelerados são realizados em
laboratório.