Materiais Poliméricos Prof. Dr. Clodoaldo Saron
Definições Polímeros Polímeros Plásticos Poli = muitos Meros ou monômeros = unidades
Histórico 1000 A.C Os chineses descobrem o verniz extraído de uma árvore (Rhus vernicflua), aplicado na forma de revestimentos impermeáveis e duráveis. Ele seria usado em móveis domésticos até a década de 1950. 0 A.C Descoberta do chifre como material conformável. Ele se comporta como uma chapa de material termoplástico, podendo ser cortado e moldado após ter sido aquecido em água quente. 1550 Primeira menção à borracha natural feita por Valdes após uma expedição à Central América. Os nativos usavam esse material como artigos esportivos e impermeáveis há milhares de anos. 1839 Charles Goodyear (E.U.A.) descobre a vulcanização - Descorberta em laboratório do poliestireno.
Histórico 1840 Alexander Parkes (Inglaterra) desenvolve a Parkesina, um resina moldável a base de nitrato de celulose, material extremamente inflamável. 1845 Robert William Thompson inventa o pneu de borracha 1876 Sementes de seringueiras do Brasil são contrabandeadas por Sir Henry Wickham e mandadas posteriormente à Ásia, onde constituíram a base da indústria mundial de borracha. 1880 Uma gravadora berlinense começou a usar goma-laca para a fabricação de discos fonográficos, devido à capacidade desse material em reproduzir detalhes finos de formato. De fato, a goma-laca foi usada até 1952 na fabricação de discos fonográficos, quando foi substituído pelo P.V.C.
Histórico 1928 Ziegler inicia seus trabalhos sobre química organometálica e lança os fundamentos para a catálise na polimerização do polietileno e polipropileno 1965 Surgem os copolímeros em bloco de estireno-butadieno, dando origem aos elastômeros termoplásticos. 1973 A produção mundial de plásticos supera a de aço, tomando como base o volume de material fabricado. 2000 Novas tendências no desenvolvimento de polímeros. O desenvolvimento de resinas a partir do zero se torna bem mais raro. A ênfase atual está na formulação de polímeros já existentes de forma a se obter materiais com propriedades otimizadas. A preocupação com a reciclagem dos polímeros torna-se assunto de máxima importância, uma vez que seu desenvolvimento e uso serão inviáveis caso esse problema não seja adequadamente resolvido. Começa a reciclagem em larga escala de garrafas de poliéster e PEAD.
Matéria-Prima
Matéria-Prima
Matéria-Prima
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Síntese de monômeros
Síntese de monômeros
Síntese de monômeros 12
Número de carbonos na cadeia Compostos orgânicos Número de carbonos na cadeia Estado de agregação Aplicação 1-4 gás GNV e gás de cozinha 5-12 líquido gasolina 12-16 líquido de média viscosidade querosene 16-25 líquido viscoso óleos lubrificantes 26-35 sólido ceras 1000-3000 polietileno 13
Síntese de Polímeros Polímeros de adição:
Síntese de Polímeros Polímeros de adição:
Síntese de Polímeros Polímeros de condensação:
Síntese de Polímeros Polímeros de condensação:
Síntese de Polímeros Polímeros de condensação:
Síntese de Polímeros Biossíntese: PHB
Síntese de Polímeros Polímeros de condensação:
Classificação dos Polímeros Termoplásticos (passíveis de conformação com aquecimento) Estrutura
Classificação dos Polímeros Termofixos (não são conformáveis pela ação do calor) Estrutura Exemplo
Classificação dos Polímeros Elastômeros (apresentam alta capacidade elástica) Estrutura Vulcanização Na maioria dos casos.
Classificação dos Polímeros Compósitos poliméricos (são compostos por uma matriz polimérica e cargas do tipo particuladas ou fibrosas) Blendas Poliméricas (mistura física de um ou mais polímeros) Biopolímeros ou Polímeros Biocompatíveis (utilizados em organismos vivos para corrigir funções, substituir órgãos, com função estética, etc. EX: PMMA, PTFE, Silicone, policaprolactona, etc.) Polímeros Biodegradáveis (se degradam no meio ambiente sob a ação de fungos, bactérias, algas).
Polímeros Termoplásticos
Polietilenos PEBD PEAD PELBD PEUAMM
Polietilenos
Ramificações do polietileno
Principais polímeros termoplásticos 29
Principais polímeros termoplásticos 30
Classificação dos polímeros quanto à cadeia Em relação ao número de diferentes meros Cadeia homogêneaapenas um único tipo de mero(homopolímero) Cadeia heterogênea dois ou mais meros (copolímero)
Tipos de Copolímeros Aleatórios (ou estatísticos) os meros estão dispostos de forma desordenada Alternadosos meros estão dispostos de forma alternada Em blocoo copolímero é formado por sequênicia de meros iguais de comprimentos variáveis Ex: ~A-A-A-A-A-B-B-B-A-A-A-B-B-B-B~
Tipos de Copolímeros Grafitizados a cadeia principal do copolímero é formada por um tipo de unidade repetida, enquanto o outro mero forma a cadeia lateral. Ex:~A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A~ B B B
Produção mundial em 2011: 280 milhões de ton. Consumo Produção mundial em 2011: 280 milhões de ton.
Propriedades Térmicas Polímeros semicristalinos Polímeros amorfos
Propriedades Térmicas Condução de calor Temperatura de decomposição 400 ºC baixa SBR -100
Propriedades Reológicas Efeito Weisenberg Fluido Newtoniano b) Polímero fundido
Propriedades Reológicas Efeito Sifão Fluido Newtoniano b) Solução Polimérica
Processamento (termoplásticos) Extrusão:
Propriedades Reológicas Inchamento do Extrudado
Propriedades Reológicas Inchamento do Extrudado
Propriedades Reológicas Inchamento do Extrudado (Razão L/D)
Propriedades Reológicas Inchamento do Extrudado (Perfis)
Propriedades Reológicas Fratura do Fundido Pele de Tubarão
Roscas de Extrusão Rosca Padrão monorosca
Dispersão e Distribuição
Elementos de mistura cisalhante
Elementos de mistura
Roscas de Extrusão
Roscas de Extrusão
Roscas de Extrusão Tipo Barr Tipo Maillefer
Roscas de Extrusão
Roscas para o PVC Característica: fácil degradação
Roscas para PE e PP Característica: alta viscoelasticidade
Roscas para o PS Característica: fácil processamento
Roscas para o Náilon Característica: baixa viscosidade e difícil controle de fluxo no estado fundido
Roscas para o PET (reciclado) Característica: baixa viscosidade e difícil controle de fluxo no estado fundido Precauções: controle rigoroso de umidade antes do processamento
Aditivos para polímeros Estabilizantes Plastificantes Retardantes de Chama Colorantes Antiestáticos Nucleantes Cargas Fungicidas, bactericidas e algicidas ETC
Reciclagem de Polímeros http://www.demar.eel.usp.br/reciclagem/ Separação
Reciclagem de Polímeros http://www.demar.eel.usp.br/reciclagem/ Moagem
Reciclagem de Polímeros http://www.demar.eel.usp.br/reciclagem/ Lavagem
Reciclagem de Polímeros http://www.demar.eel.usp.br/reciclagem/ Secagem
Reciclagem de Polímeros http://www.demar.eel.usp.br/reciclagem/ Aglutinação
Reciclagem de Polímeros http://www.demar.eel.usp.br/reciclagem/ Extrusão
Desafios Reciclagem
Linhas de Pesquisa Degradação, reciclagem e envelhecimento acelerado de polímeros. Aditivação de polímeros Biomateriais Compósitos poliméricos