MATERIAIS POLIMÉRICOS
MÓDULO 1 - CONCEITOS E DEFINIÇÕES
Adriano R. Kantoviscki
Gerente de Engenharia de Produto
Renault do Brasil S.A.
MATERIAIS POLIMÉRICOS
0.0 – Conhecimentos Básicos de Química Geral + Química Orgânica
Átomos
Ligações Químicas
Ligações Iônicas – Ligações Moleculares
Moléculas
Macromoléculas
Tetravalência do Carbono
Hidrocarbonetos
Reações de Substituição (halogenação, etc)
Reações de Eliminação
Tabela Periódica
MATERIAIS POLIMÉRICOS
1.1 – DEFINIÇÃO CLÁSSICA
A palavra polímero é originada do grego, cujo significado é ’’muitas partes’’
(poli: muitas, mero: partes).
Usualmente o termo “plástico” é utilizado para designar os materiais
poliméricos. Todavia, seu uso de maneira genérica, não é apropriado.
Plástico significa:
“capaz de ser moldado”.
Embora, os materiais assim designados, não tenham necessariamente
essa propriedade, mas a apresentaram em algum momento de sua
fabricação, quando então foram moldados.
Os polímeros são capazes de adquirirem condições plásticas,
por ação de calor e pressão.
Adriano KANTOVISCKI
DATE: Mai/2011
MATERIAIS POLIMÉRICOS
Quimicamente, os “POLÍMEROS” são:
materiais naturais ou sintéticos,
geralmente de origem orgânica,
compostos por cadeias com altos pesos moleculares
Obtenção dos Polímeros:
São obtidos através de reações químicas de polimerização, que formam
estruturas moleculares que consistem na repetição de pequenas
unidades, chamadas meros.
O tamanho e a estrutura da molécula do polímero determinam as
propriedades do material plástico.
Adriano KANTOVISCKI
DATE: Mai/2011
MATERIAIS POLIMÉRICOS
1.2- MATÉRIAS - PRIMAS FORMADORAS DOS POLÍMEROS:
Petróleo fonte de Hidro Carbonetos (HC)
Carbono metano; CO2
Gás Natural
( CH4 – metano )
Outros...
Madeira fonte de materiais pirolenhosos
Água
Ar fonte de Oxigênio e Nitrogênio
Flúor
Sal Marinho fonte de Cloro
Areia fonte de sílica
Materias Naturais: celulose, lactose, algodão, milho, cana de açúcar, etc...)
Cargas: ( talco, Carbonato de Cálcio, mica, fibra de vidro, etc...)
MATERIAIS POLIMÉRICOS
Petróleo:
É formado por muitos compostos que possuem temperaturas de ebulição diferentes, sendo
assim possível separá-los através de um processo conhecido como destilação ou
craqueamento.
Fração Nafta resultante
do craqueamento
Indústrias
Petroquímicas
Polietileno
Reação de
Polimerização
Processamento
químico
Adriano KANTOVISCKI
DATE: Mai/2011
Ex: etileno
MATERIAIS POLIMÉRICOS
Nafta, produto incolor extraído do petróleo e matéria-prima básica para a produção de
plástico.
Adriano KANTOVISCKI
DATE: Mai/2011
MATERIAIS POLIMÉRICOS
Exemplos de fontes de monômeros para obtenção de alguns
polímeros sintéticos
Adriano KANTOVISCKI
DATE: Mai/2011
MATERIAIS POLIMÉRICOS
1.3 - BREVE HISTÓRICO
ANO
1.862
1.870
1.907
1.930
1.932
1.033
1.935
1.939
1.940
1.946
1.948
1.958
1.959
1.960
1.964
1.965...
POLÍMERO
Nitrato de Celulose - Parkesina
Acetato de Celulose - Celulóide (CA)
Fenol-Formaldeído - Baquelite (PF)
Silicone (SI)
Acrílico (PMMA)
Poliestireno (PS)
Náilon (PA)
Polietileno (PE)
Policloreto de Vinila (PVC)
Acrilonitrila Butadieno Estireno (ABS)
Poli Tetra Fluoretileno (PTFE)
Policarbonato (PC)
Polipropileno (PP)
Polioximetileno ou Poliacetal (POM)
Polioxifenileno (PPO)
Outros Plásticos de Engenharia: PET, Blendas (PC/ABS, PU/PVC,
PA/PPO, PP/EPDM, etc)
Plásticos Especiais: PPS, PI, PKI, PEEK, PAI, PEUHMW, etc...
Adriano KANTOVISCKI
DATE: Mai/2011
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1.4- POLIMERIZAÇÃO
Os polímeros são compostos por macromoléculas, obtidos através de reações de
polimerização de compostos simples denominados “monômeros”.
Sendo que a unidade repetidora, mais simples dos polímeros denomina-se “mero”.
Adriano KANTOVISCKI
DATE: Mai/2011
MATERIAIS POLIMÉRICOS
1.4.1- POLIMERIZAÇÃO - HOMOPOLÍMEROS
A repetição em longas cadeias, de uma mesma unidade repetidora (mero), origina os
“homopolímeros”.
A + A + A + ..... + A
monômeros
-------------> A-A-A-.......- A
homopolímero
Ex: Polietileno (PE), polipropileno homopolímero (PP), poliestireno (PS), etc.
Adriano KANTOVISCKI
DATE: Mai/2011
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Monômero
Unidade repetidora
Polímero
(mero)
a)
CH2 = CH2
- CH2 - CH2 -
(- CH2 - CH2 -)n
etileno
polietileno
- CH2 - CH –
(- CH2 - CH –)n
eteno
b)
CH2 = CH
CH3
CH3
propeno
propileno
CH3
polipropileno
O parâmetro “n” é definido como sendo o Grau de Polimerização do polímero, ou
seja, o número de meros que constitui a macromolécula.
Adriano KANTOVISCKI
DATE: Mai/2011
MATERIAIS POLIMÉRICOS
Adriano KANTOVISCKI
DATE: Mai/2011
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1.4.2- COPOLÍMEROS
São formados pela repetição de dois ou mais meros distintos na molécula.
A + B + A + B + .....+ A
---------->
meros
A-B-A-B-......A
copolímero
Ex: Polipropileno copolímero(P/E); ABS, SAN, acrílico (PMMA), etc.
.... ( - CH2 – CH-)n1 .... ( - CH2-CH=CH-CH2-)n2... ( - CH2-CH- )n3
CN
acrilonitrila
butadieno
estireno
Nota:
Mistura física de 2 ou mais polímeros, sem qualquer reação química entre eles, para a
obtenção de um produto final de características adequadas para otimizar a relação
custo/eficiência do material, denomina-se Blenda Polimérica.
Adriano KANTOVISCKI
DATE: Mai/2011
MATERIAIS POLIMÉRICOS
Adriano KANTOVISCKI
DATE: Mai/2011
MATERIAIS POLIMÉRICOS
1.4.3- GRAU DE POLIMERIZAÇÃO (n)
Via de regra, maiores graus de polimerização asseguram melhores propriedades físicas
do produto e, por isso, o objetivo da produção de polímeros para materiais plásticos
será, em geral, o de obter os chamados alto polímeros.
Nos polímeros, o valor de “n”, normalmente é superior a 10.000. Ou seja, uma
molécula de polietileno é constituída da repetição de 10.000 ou mais unidades de
etileno.
MATERIAIS POLIMÉRICOS
Adriano KANTOVISCKI
DATE: Mai/2011
MATERIAIS POLIMÉRICOS
1.4.5- Processos de polimerização
Existem diversos processos para unir moléculas pequenas com outras para formar
moléculas grandes. Sua classificação se baseia no mecanismo pelo qual se unem
estruturas monômeras ou nas condições experimentais de reação.
Mecanismos de polimerização
A polimerização pode efetuar-se por distintos métodos, tais quais:
Polimerização por adição
Polimerização por condensação
Adriano KANTOVISCKI
DATE: Mai/2011
MATERIAIS POLIMÉRICOS
1.4.5.1- Polimerização por Adição
Os polímeros de adição obtêm-se a partir de monômeros que contêm uma ou várias
duplas ligações.
O resultado da polimerização de uma só classe de monômeros é um homopolímero.
No caso em que se polimerizam juntos, dois monômeros distintos, obtém-se um
copolímero.
Formam polímeros com unidades repetitivas de fórmula molecular idêntica ao
monômero de partida.
Exemplos de polímeros de adição: Polietileno; Polipropileno; PVC; Neoprene; Borracha
natural; Borracha fria; Orlon; Teflon, etc
Adriano KANTOVISCKI
DATE: Mai/2011
MATERIAIS POLIMÉRICOS
Etapas polimerização por adição
• Iniciação: rompimento das ligações duplas.
• Propagação: início do processo de formação das cadeias poliméricas
pelos pontos reativos.
• Término: eliminação dos pontos reativos, encerrando a polimerização.
Exemplo reação de adição
Adriano KANTOVISCKI
DATE: Mai/2011
MATERIAIS POLIMÉRICOS
1.4.5.2- Polimerização por condensação
Polímeros formados através de uma reação de condensação, a partir de diferentes 2
tipos de monômeros, bi ou trifuncionais, com eliminação de uma molécula pequena,
geralmente a água.
Monômeros bifuncionais: cadeias lineares
Monômeros trifuncionais: cadeias tridimensionais.
Exemplos de polímeros de condensação: Poliamidas; Poliésteres; Poliuretanos; etc.
Adriano KANTOVISCKI
DATE: Mai/2011
MATERIAIS POLIMÉRICOS
Exemplo de condensação
Ácido tereftálico
Etileno glicol
Tereftalato de etilenoglicol - poliéster
DICESAR BERALDI
DATE: 02/03/2008
DIMat-A / POLIMEROS
MATERIAIS POLIMÉRICOS
SÍNTESE
Polímeros de adição:
unidade estrutural = monômero.
reação em cadeia
Polímeros de condensação:
unidade estrutural ≠ monômero.
reação em etapas
Adriano KANTOVISCKI
DATE: Mai/2011
MATERIAIS POLIMÉRICOS
Polimerização por Adição
Polimerização por Condensação
Apenas o monômero e as espécies
propagantes podem reagir entre si.
Quaisquer duas espécies moleculares
presentes no sistema podem reagir.
A polimerização possui no mínimo 3
processos cinéticos.
A polimerização só possui um processo
cinético.
A concentração do monômero decresce
gradativamente durante a reação.
O monômero é todo consumido no início da
reação, restando menos de 1% do monômero
ao fim da reação.
A velocidade da reação cresce com o tempo até
alcançar um valor máximo,na qual permanece
constante.
A velocidade da reação é máxima no início e
decresce com o tempo.
Não há grupos funcionais ativos
Grupos terminais permanecem ativos.
Polímeros com um alto peso molecular se
formam desde o início da reação, não se
modificando com o tempo.
Um longo tempo reacional é essencial para se
obter um polímero com elevado peso
molecular, que cresce durante a reação.
A composição percentual do polímero é igual
ao do mero que lhe dá origem.
A composição percentual do polímero é
diferente do mero que lhe dá origem.
DICESAR BERALDI
DATE: 02/03/2008
DIMat-A / POLIMEROS
MATERIAIS POLIMÉRICOS
1.5 - CLASSIFICAÇÃO DOS POLÍMEROS
1.5.1- Quanto à ocorrência:
Naturais
São polímeros que já existem normalmente na natureza.
CELULOSE
AMIDO
LÁTEX NATURAL
FIBRAS NATURAIS (algodão, seda, juta, etc.)
ÂMBAR
Sintéticos
São polímeros fabricados pelo homem, a partir de
moléculas simples.
POLIETILENO
FIBRAS SINTÉTICA ( náilon, poliéster, rayon, etc.)
POLIPROPILENO
POLIAMIDAS
ACRÍLICO
Adriano KANTOVISCKI
DATE: Mai/2011
MATERIAIS POLIMÉRICOS
1.5.2- Quanto à natureza da cadeia:
Polímero de cadeia homogênea Quando o esqueleto da cadeia é formada
apenas por átomos de carbono.
Polímero de cadeia heterogênea Quando no esqueleto da cadeia existem
átomos
diferentes
de
carbono
(heteroátomos).
Adriano KANTOVISCKI
DATE: Mai/2011
MATERIAIS POLIMÉRICOS
Polímeros de cadeia carbônica homogênea
Poliolefinas, Polímeros de dienos, Polímeros estirênicos, Polímeros vinílicos, Polímeros
acrílicos, Polímeros de ésteres, Poli(fenol - formaldeído).
Polímeros de cadeia heterogênea
Derivados das celulose; Poliéteres; Poliésteres; Policarbonato; Poliamidas; Poliuretanos;
Aminoplásticos; Silicones
Adriano KANTOVISCKI
DATE: Mai/2011
MATERIAIS POLIMÉRICOS
1.5.3- De Acordo Com A Estrutura Molecular:
Linear - sem ramificações na cadeia principal (fig.1a);
Ramificada na cadeia linear básica (fig.1b)
Com ligações cruzadas (fig.1c)
Reticulada (tridimensionalmente) ou em rede (fig.1d).
Muitas das propriedades físicas e químicas dos diferentes materiais plásticos, são
atribuídas à sua estrutura. Assim, tanto para o fabricante como para os transformadores
finais, é interessante que as propriedades dos materiais plásticos não sejam alteradas
durante as fases do processo.
Adriano KANTOVISCKI
DATE: Mai/2011
MATERIAIS POLIMÉRICOS
Polímeros lineares
Fig. 1a
Adriano KANTOVISCKI
DATE: Mai/2011
MATERIAIS POLIMÉRICOS
Polímeros ramificados
Fig. 1b
Adriano KANTOVISCKI
DATE: Mai/2011
MATERIAIS POLIMÉRICOS
(fig.1c)
Adriano KANTOVISCKI
DATE: Mai/2011
MATERIAIS POLIMÉRICOS
Polímeros reticulado ou em rede
Fig. 1d
Adriano KANTOVISCKI
DATE: Mai/2011
MATERIAIS POLIMÉRICOS
1.5.4- De Acordo com a Configuração Molecular:
Estereoisomeria
Polimeros Isostáticos
Polímeros Sindiotáticos
Polímeros Atáticos
Isomeria Geométrica
Polímeros Cis
Polímeros Trans
Adriano KANTOVISCKI
DATE: Mai/2011
MATERIAIS POLIMÉRICOS
Estereoisomeria
Polímero Tático - Quando as unidades monoméricas dispõem-se ao longo da cadeia
polimérica segundo certa ordem, ou seja, de maneira organizada.
Os polímeros táticos podem ainda ser:
Polímeros isotáticos: neles os monômeros distribuem-se ao longo da
cadeia de tal modo que unidades sucessivas, após rotação e translação,
podem ser exatamente superpostas.
Polímeros sindiotáticos: são aqueles nos quais a rotação e translação
de uma unidade monomérica, em relação à seguinte, reproduz a imagem
especular desta última.
Polímero Atático - Quando as unidades monoméricas dispõem-se ao longo da
cadeia polimérica ao caso, ou seja, de maneira desordenada.
Adriano KANTOVISCKI
DATE: Mai/2011
MATERIAIS POLIMÉRICOS
Isotático
Sindiotático
Adriano KANTOVISCKI
DATE: Mai/2011
MATERIAIS POLIMÉRICOS
Adriano KANTOVISCKI
DATE: Mai/2011
MATERIAIS POLIMÉRICOS
Isomeria Geométrica
Estruturas Básicas
Isomerismo Geométrico
cis isoprene
Borracha natural
trans isoprene
Adriano KANTOVISCKI
DATE: Mai/2011
MATERIAIS POLIMÉRICOS
Adriano KANTOVISCKI
DATE: Mai/2011
MATERIAIS POLIMÉRICOS
1.5.5- De Acordo com o Comportamento Mecânico
Analisado em relação à resistência à deformação sob a ação de esforços mecânicos, os
polímeros dividem-se, em:
Borrachas - apresentam módulos de elasticidade de
10 à 100 psi;
Plásticos - com módulos de elasticidade de 1.000 à 10.000 psi;
Fibras - com módulos de elasticidade de 100.000 à 1.000.000 psi.
Adriano KANTOVISCKI
DATE: Mai/2011
MATERIAIS POLIMÉRICOS
Borrachas ou Elastômeros:
Polímeros que à temperatura ambiente podem ser deformados repetidamente, a pelo
menos duas vezes o seu comprimento original. Retirado o esforço, deve voltar
rapidamente ao tamanho original.
•
Possuem cadeias flexíveis amarradas umas às outras com uma baixa densidade de
ligação cruzada.
Extração do látex da seringueira
“Hevea brasiliensis”
Ex.: BV(borracha vulcanizada)
MATERIAIS POLIMÉRICOS
Plásticos:
São materiais que contém, como
componente principal, um polímero
orgânico sintético e se caracterizam
porque, embora sólidos à temperatura
ambiente em seu estado final, em alguns
estágios a de seu processamento,
tornam-se fluídos e possíveis de serem
moldados, por ação isolada ou conjunta
de calor e pressão. Esse ingrediente
polimérico é chamado de resina sintética.
Podem ser classificados em:
• Termoplásticos e
• Termorrígidos (termofixos)
DICESAR BERALDI
DATE: 02/03/2008
DIMat-A / POLIMEROS
MATERIAIS POLIMÉRICOS
Fibras:
Termoplástico orientado com a direção principal das cadeias poliméricas posicionadas
paralelas ao sentido longitudinal. Deve satisfazer a condição geométrica do comprimento
ser no mínimo cem vezes maior que o diâmetro (L/D > 100). Usados na forma fios finos.
• Ex.:fibras de PAN,nylons, Poliésteres (PET), etc.
Nanofibras
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1.5.6 - De Acordo com o Comportamento Térmico:
Termoplásticos
Termofixos
MATERIAIS POLIMÉRICOS
Os termoplásticos caracterizam-se por, ao completar-se a polimerização, possuírem
moléculas constituídas de cadeias predominantemente lineares, eventualmente
apresentando ramificações.
• Polímeros que podem ser fundidos diversas vezes.
• São os chamados plásticos, constituindo a maior parte dos polímeros comerciais.
• As propriedades mecânicas variam conforme o plástico: sob temperatura ambiente, podem ser
maleáveis, rígidos ou mesmo frágeis.
MATERIAIS POLIMÉRICOS
Os termofixos, também chamados de termoestáveis, termorrígidos ou duroplastos, são
materiais onde a polimerização ocorre em dois estágios:
No fabricante das resinas: onde se produz um composto (cujas cadeias são
lineares ou ramificadas) que ainda não é um polímero.
No transformador: onde a polimerização se completa em um segundo estágio, por
ocasião da moldagem, consequência da ação de calor e de um agente de cura,
formando então as ligações cruzadas nas cadeias poliméricas.
MATERIAIS POLIMÉRICOS
Termoestáveis ou termofixos:
• São rígidos e frágeis, sendo muito estáveis a variações de temperatura.
• Uma vez prontos, não mais se fundem. O aquecimento do polímero acabado a altas
temperaturas promove decomposição do material antes de sua fusão. Logo, sua
reciclagem é complicada.
Adriano KANTOVISCKI
DATE: Mai/2011
MATERIAIS POLIMÉRICOS
1.5.6- De Acordo Com As Famílias:
Plásticos Comuns
Plásticos de Engenharia
Plásticos Especiais
Plásticos comuns: são aqueles produzidos e consumidos em larga escala, suas
matérias-primas são baratas e seu custo de fabricação é baixo. Termoplásticos
convencionais (commodities). Representam 90% da produção mundial
Ex: PEBD, PEAD, PP, ABS, PS, PVC, etc.
Plásticos de engenharia: resinas com propriedades físicas e químicas diferenciadas e
melhores. Como conseqüência, têm um custo consideravelmente mais alto em relação
aos plásticos comuns.
Ex: Poliamidas ou náilons ( PPA 6/ 6.6/ 6.10/ 11 e 6.12 ), poliésteres ( PBT e PET ), poliacetal ( POM ),
policarbonato ( PC ), etc.
Plásticos especiais: materiais desenvolvidos recentemente, normalmente pesquisados
para fins específicos, apresentando desta forma altos custos de fabricação.
Ex: polisulfeto de fenileno ( PS ), poliéter imida, etc.
Adriano KANTOVISCKI
DATE: Mai/2011
MATERIAIS POLIMÉRICOS
Adriano KANTOVISCKI
DATE: Mai/2011
MATERIAIS POLIMÉRICOS
ALTA PERFORMANCE
TERMOPLÁSTICOS
ENGENHARIA
COMODITIES
TERMOFIXOS
ELASTÔMEROS
FIBRAS
Adriano KANTOVISCKI
DATE: Mai/2011
MATERIAIS POLIMÉRICOS
1.5.7- De Acordo com o Grau de Organização Molecular:
Amorfos
Os materiais amorfos (fig. 3a) são caracterizados por um arranjo molecular
desordenado ou seja, não possuem uma organização estrutural entre as cadeias
poliméricas.
Cristalinos
Já os materiais cristalinos (fig.3b) são caracterizados pela capacidade das moléculas,
ou de forma mais correta, dos segmentos das moléculas, formarem uma ordenação
tridimensional, dando origem aos cristais.
Adriano KANTOVISCKI
DATE: Mai/2011
MATERIAIS POLIMÉRICOS
Fig.3a- Polímero com estrutura amorfa
Fig.3b- Polímero com estrutura cristalina
Adriano KANTOVISCKI
DATE: Mai/2011
MATERIAIS POLIMÉRICOS
Na prática, não existem materiais
100%
amorfos,
nem
100%
cristalinos, isto devido, ao longo
comprimento das moléculas.
Adriano KANTOVISCKI
DATE: Mai/2011
MATERIAIS POLIMÉRICOS
Estas diferentes configurações afetam certas propriedades dos polímeros,
especialmente a fusibilidade e a solubilidade.
Os materiais cristalinos possuem um ponto de fusão muito bem definido, sendo
que abaixo deste, ele seja um material impossível de ser injetado e, acima,
torne-se um material fluído.
Já os materiais amorfos apresentam uma faixa de fusão mais ampla e não
fundem tão facilmente quanto os cristalinos no inicio do processo de
amolecimento.
Adriano KANTOVISCKI
DATE: Mai/2011
MATERIAIS POLIMÉRICOS
Adriano KANTOVISCKI
DATE: Mai/2011
MATERIAIS POLIMÉRICOS
Adriano KANTOVISCKI
DATE: Mai/2011
MATERIAIS POLIMÉRICOS
Adriano KANTOVISCKI
DATE: Mai/2011
MATERIAIS POLIMÉRICOS
As propriedades dos plásticos predominantemente amorfos são:
estabilidade dimensional;
baixa contração de moldagem;
ótima resistência à fluência e
transparência.
Ex: ABS, PS, PC, PMMA, etc.
As Regiões amorfas contribuem principalmente, para conferir ao polímero:
flexibilidade,
maciez e elasticidade.
Adriano KANTOVISCKI
DATE: Mai/2011
MATERIAIS POLIMÉRICOS
As propriedades dos plásticos predominantemente cristalinos, são:
-
ótima resistência química;
contração de moldagem alta;
apresentam pós-contração;
são higroscópicos;
maior tendência a deformações;
menor viscosidade no estado fundido.
Ex.: PE, PP, PVC, POM, PA, etc.
Assim, quanto maior for a cristalinidade:
maior a densidade,
maior a rigidez,
maior resistência mecânica,
maior a resistência à solventes,
maior o ponto de amolecimento,
menor a flexibilidade e maciez.
Adriano KANTOVISCKI
DATE: Mai/2011
MATERIAIS POLIMÉRICOS
Tanto os materiais amorfos quanto os cristalinos apresentam uma estrutura amorfa
quando fundidos;
O resfriamento brusco durante o processo de moldagem faz com que o material seja
“congelado” com as características do fundido, em geral, altamente desordenada.
Desta forma, principalmente o material cristalino irá apresentar problemas posteriores,
devido ao forte grau de tensionamentos, distorções e empenamentos, provocados pelo
impedimento do processo de ordenamento molecular, durante o resfriamento.
Adriano KANTOVISCKI
DATE: Mai/2011
MATERIAIS POLIMÉRICOS
Fibras
Adriano KANTOVISCKI
DATE: Mai/2011
MATERIAIS POLIMÉRICOS
2.0- PROPRIEDADES DO MATERIAL NO PRODUTO ACABADO
De maneira geral, propriedades podem ser definidas como sendo:
um conjunto de características apresentadas por um determinado material
ou produto.
No caso de uma matéria-prima, suas propriedades estão relacionadas diretamente com
sua estrutura molecular e a sua forma de obtenção, ou seja, quando modificamos a
forma da cadeia molecular, ou o peso molecular, estamos alterando todas as
propriedades do polímero. O mesmo ocorre quando há a introdução de algum tipo de
aditivo.
Adriano KANTOVISCKI
DATE: Mai/2011
MATERIAIS POLIMÉRICOS
Em um produto temos a reunião de 3 propriedades que embora distintas, não podem ser
analisadas separadamente:
1ª- Propriedades Intrínsecas
2ª- Propriedades de Processamento
3ª- Propriedades de Configuração ou do Produto
Adriano KANTOVISCKI
DATE: Mai/2011
MATERIAIS POLIMÉRICOS
2.1.1 - Propriedades Intrínsecas
São aquelas próprias, inerentes do material:
Calor especifico,
Densidade,
Viscosidade,
Resistência química,
Dureza,
Flamabilidade,
Peso molecular
Grau de cristalinidade;
Distribuição do peso molecular;
Ramificações;
Estéreo regularidade; etc ...
Adriano KANTOVISCKI
DATE: Mai/2011
MATERIAIS POLIMÉRICOS
2.1.2- Propriedades de Processamento:
Aquelas que o polímero adquire devido ao seu processamento ou transformação, tais
como:
geometria,
acabamento,
contração.
Alguns dos fatores que podem alterar as propriedades do produto são:
tensões residuais de injeção (pressão / velocidade / temperaturas baixas),
degradação (temperaturas altas/ atrito),
uso de aditivos como plastificantes, estabilizantes, absorvedores de U.V., etc.
Adriano KANTOVISCKI
DATE: Mai/2011
MATERIAIS POLIMÉRICOS
2.1.3 – Propriedades de Configuração ou do Produto
São aquelas que o material adquire devido a configuração (design) do produto,
tais como:
tensões residuais,
tensões de cisalhamento,
e todas constantes relativas à:
Nervuras;
Dobramentos;
vincos, etc....
Adriano KANTOVISCKI
DATE: Mai/2011
MATERIAIS POLIMÉRICOS
2.2– Propriedades Gerais dos Plásticos
baixo peso específico (leveza);
baixa condutibilidade elétrica e térmica;
resistência mecânica aceitável, porém menor que a dos metais;
boa apresentação
porosidade
resistência a corrosão
baixo ponto de fusão quando comparados aos metais e
facilidade de moldagem e usinagem
combustibilidade
Adriano KANTOVISCKI
DATE: Mai/2011
MATERIAIS POLIMÉRICOS
3- COMPOSIÇÃO DOS MATERIAIS PLÁSTICOS
Resina
Aditivos
Auxiliares de Processamento
3.1 – Resina
É o componente básico que confere as principais características, o nome e a classificação
do material plástico.
3.2 – Aditivos
São materiais incorporados aos plásticos, com duas finalidades básicas:
modificar algumas de suas propriedades ou
barateá-los
Os aditivos devem ser estáveis, não tóxicos, não exudarem do polímero, não
provocarem odores ou sabores (a menos que intencionalmente) não afetarem
adversamente o polímero e serem de baixo custo.
Adriano KANTOVISCKI
DATE: Mai/2011
MATERIAIS POLIMÉRICOS
Adriano KANTOVISCKI
DATE: Mai/2011
MATERIAIS POLIMÉRICOS
PRINCIPAIS ADITIVOS
3.2.1- Cargas
São materiais sólidos, que têm a finalidade básica de baixar o custo do polímero,
podendo também, serem utilizadas com o intuito de modificar suas propriedades físicas
(mecânicas, térmicas, elétricas).
As cargas podem ser:
Partículas Inertes: Carbonato de cálcio, talco, micro esferas de vidro, etc.
Reforçantes: fibra de vidro, elastômero com negro de fumo, etc.
Borrachas: butadieno
Fibras: serragem, algodão, papel, amianto, fibra de vidro, etc.
Adriano KANTOVISCKI
DATE: Mai/2011
MATERIAIS POLIMÉRICOS
CARGAS PARA TERMOPLÁSTICOS
Polímero
Cargas
Polietileno
CaCO3, sílica, talco, Al(OH)3, caulim
Polipopileno
CaCO3, talco, mica e wollastonita
PVC
CaCO3, caulim, barita, Al(OH)3
Poliestireno
Talco, sílica
PET
Fibra de Vidro, micro-esfera
Nylon
Fibra de Vidro, Micro-esfera de vidro, mica, wollastonita
Adriano KANTOVISCKI
DATE: Mai/2011
MATERIAIS POLIMÉRICOS
Adriano KANTOVISCKI
DATE: Mai/2011
MATERIAIS POLIMÉRICOS
Adriano KANTOVISCKI
DATE: Mai/2011
MATERIAIS POLIMÉRICOS
Adriano KANTOVISCKI
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MATERIAIS POLIMÉRICOS
3.2.2- Acoplantes
Agentes de acoplamento são pontes moleculares, geralmente incorporadas a formulações
de plásticos com o objetivo de facilitar a ligação dos polímeros com aditivos,
principalmente quando estes se tratam de cargas inorgânicas. Há 2 tipos principais de
acoplantes: os titanatos e os silanos, cada um com seu mecanismo e aplicações.
Os aditivos tratados com titanatos: carbonato de cálcio, talco, negro de fumo,
pigmentos, e óxidos metálicos.
Os silanos entram na modificação de resinas com fibras de vidro, de resina com
elastômeros contendo cargas minerais, sempre melhorando as propriedades mecânicas e
elétricas.
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3.2.3- Estabilizantes
Sua função é aumentar a vida útil de uma resina ou de um produto acabado. Também
podem ser usados para aumentar a estabilidade da resina no
processamento(estabilizante de processo).
Os estabilizantes podem ser divididos em:
Anti-oxidantes, primários e secundários,
Foto estabilizantes ou anti-UV,
Desativadores de metais,
Captadores de ácidos
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Mecanismos de Fotodegradação
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3.2.3.1- Antioxidantes
São substâncias incorporadas aos polímeros com a finalidade de:
inibir a formação de radicais livres ou
inibir as reações de propagação ou
diminuir a velocidade das reações de oxidação.
As oxidações nos plásticos podem ser causadas pelos seguintes fatores:
- ambientes com atmosferas agressivas (vapores ácidos, peróxidos, umidade, calor,
etc.);
- radiação de infravermelho (calor);
- radiação ultravioleta;
- radiações de alta energia (raios-X, radiação gama, etc.);
- decomposição em presença de metais (cobre), etc.
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3.2.5- Colorantes
Com a finalidade de melhorar acabamento dos polímeros, são empregados
os agentes colorantes (corantes e /ou pigmentos), possibilitando a obtenção
das mais variadas cores e efeitos nos polímeros.
Corantes: são substâncias solúveis nos
polímeros (são transparentes).
Pigmentos: são substâncias insolúveis nos
polímeros (são opacos).
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Mecanismo de ação:
São usados para mudar o comprimento de onda de luz refletida ou transmitida por materiais
acabados. Com isso,fazem com que o material adquira uma determinada cor ou aparência.
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A percepção da cor, depende
de vários fatores
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3.2.6- Modificadores de impacto
São, de um modo geral, borrachas ou fases borrachosas introduzidas na massa
polimérica para servir como absorvedores de impacto, aumentando assim a resistência
ao impacto do material como um todo.
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3.2.7- Agentes de expansão ou espumantes
São produtos que geram gases durante o processamento provocando a expansão do
material, ou seja reduzem a sua densidade, melhoram as suas propriedades dielétricas e
de isolamento térmico e acústico.
Polímeros Expandidos em forma de espumas.
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3.2.7- Retardantes de chama
Aumentam o tempo que um material polimérico leva para iniciar o seu processo de
combustão ou tornam a propagação da chama mais lenta, depois que já se iniciou a
combustão.
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3.2.8- Plastificantes
Suas funções principais:
Melhoram a processabilidade e a flexibilidade de produtos acabados
Reduzem a viscosidade do sistema aumentando a mobilidade das macromoléculas
Provocam um deslocamento da Tg para temperaturas mais baixas
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3.2.9- Lubrificantes
Utilizados para:
Reduzir a viscosidade da massa polimérica durante o processamento reduzindo a
fricção interna e externa.
Diminuir a aderência do material fundido às paredes do equipamento e à rosca.
Reduzindo a degradação mecânica por cisalhamento.
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3.2.10- Outros Tipos de Aditivos:
Antiestáticos
Agentes de Cura
Biocidas
Catalisadores
Agentes nucleantes
Supressores de Fumaça
Agentes anti-fogging
Aromatizantes...
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3.3- Auxiliares de Processamento
Ao lado dos aditivos, destinados a aperfeiçoar as propriedades das resinas e
dos produtos delas obtidos, há os chamados auxiliares ou adjuntos de
processamento, cujo emprego visa à superação de limitações de moldagem
ou extrusão dos materiais. Tais substâncias podem, entre outras
propriedades:
controlar a viscosidade da massa,
facilitar a liberação das peças de seus respectivos moldes
(desmoldantes),
estabilizar emulsões ou prevenir adesividade.
São os principais representantes desta família são:
- desmoldantes,
- emulsificantes,
- lubrificantes (internos/ externos),
- antiaderentes e
- depressores de viscosidade.
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