Livro: Canevarolo jr. , S. Ciência dos Polímeros

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1 Polímeros http://www.unicamp.br/fea/ortega/temas530/mariana.htm
Livro: Canevarolo jr., S. Ciência dos Polímeros. Segunda edição – Artliler Editora Ltda Introdução aos polímeros (Material adaptado de apresentação do Prof. Andrei Cavalheiro) Prof. Isaias Masiero

2 Classificação dos Materiais
Metálicos Cerâmicos Polímeros Compósitos

3 Origem dos Polímeros Macromoléculas Orgânicas
Borracha Natural (Planta) Amidos (Batata, milho, mandioca, etc.) Celulose (Planta) Proteínas (animais) Quitinas (Crustáceos) Polipeptídio (seqüencie de amino ácidos Colágeno (Leite) Queratina (Chifre dos bovinos, cabelo, unhas) Cartilagem (Tubarão)

4 Origem dos Polímeros Macromoléculas Inorgânicas Diamante Grafite
Sílica (Diatomito) Asbesto

5 Macromolécula Celulose

6 Definição de Polímero Polímero é uma macromolécula que possui unidades química repetitivas. Macromoléculas que não tem unidades químicas repetitivas não são polímeros

7 Cadeia de Produção na Petroquímica
Refinaria: Petróleo  Nafta Petroquímica 1ª geração: Nafta  Monômero Petroquímica 2ª geração: Monômero  Polímero Petroquímica 3ª geração: Polímero  Produto

8 Polímeros a partir do carvão mineral

9 Como se Produz um Polímero
Monômero (Gás/líquido) Pressão Temperatura Catalisadores Ativadores Polímero (Sólido) Monômero = molécula pequena capas de reagir Mero = estrutura química repetitiva da molécula Oligômero = molécula com poucos meros Polímero = molécula com muitos meros

10 Desenvolvimento da química dos polímeros
1833 – Berzelius, o use da primeira terminologia, polímero 1839 – síntese do poliestireno 1860 – Polietileno glicol, sucinato de polietileno 1900 – Leo Baekelanda, sintese da resina fenol formol Hermann Staudinger, strutura de polimero (moleculas de cadeila longa), Novel Prize (1953) 1939 – W.H.Carothers, sintese do nylon (Du Pont) 1963 – Ziegler- Natta, polimerização estereoregular 1974 – Paul Flory, propridade de solução de polímero 1984 – Bruce Merrifield, processo de proteina de fase sólida

11 Monômeros e polímeros Exemplos Monômero Polímero

12 Definições A. De acordo com o número de unidades repetidas:
Monômeros – uma unidade Oligômero - poucas unidades Polímero muitas unidades repetidas Polímero telechelic – polímero contendo um grupo reativo final (tele = longe e chele = garra) Oligômero telechelic – oligômero contendo um grupo reativo final

13 Definições B. Grau de polimerização (GP) – é o total do número de unidades repetidas contendo o grupo terminal. C. Os tipos de monômeros aplicados Um tipo – Homopolímero Dois tipos – Copolímero Três tipos - Ter polímero

14 D)Tipo de polímeros Homopolímero : -A-A-A-A-A-A-A-A-
Randônico copolímero :    -A-B-B-A-B-A-A-B- Copolímero alternado : -A-B-A-B-A-B-A-B- Copolimero em bloco :      -A-A-A-A-B-B-B-B- Copolímero enxerto:     -A-A-A-A-A-A-A-A- B-B-B-B-B-B-B

15 E) Representação de tipo de polímeros
(b) ramificado linear (c) Em rede .

16 F) Representação de arquitetura de polímeros
Polímero estrela b) Polímero pente c) Polímero escada d) Polímero semi escada

17 F) Representação de arquitetura de polímeros
e) Polirotaxane f) Policatenane g)Dentrimero

18 G) Termoplásticos e termo fixos (reação a temperatura)
Termoplásticos: Polímeros lineares ou ramificados Termo fixos: Polímeros em rede

19 Processo de polimerização (classificação de Carothers)
Polímeros de adição: repetição de unidade e os monômeros são iguais Polímeros de condensação: repetição de unidades e os monômeros não são iguais

20 Polimerização por adição

21 Reação de condensação . Poliuretana do diálcool e biscloro formiato

22 Polímeros Termo fixos São polímeros que formam ligações cruzadas ao serem polimerizados, tornando-se infusíveis e insolúveis. São formados por uma estrutura molecular reticulada de ligações primárias covalentes Alguns termo fixos formam ligações cruzadas por aquecimento, combinação de calor e pressão ou através de reação química a temperatura ambiente.

23 PROPRIEDADES DOS TERMOFIXOS
Estabilidade térmica elevada Rigidez elevada Estabilidade dimensional elevada Resistência a fluência e deformação Baixo peso Boas propriedades de isolamento térmico e elétrico

24 PROPRIEDADES DOS TERMOFIXOS

25 Polímeros Termofixos Termo fixo – Não escoam quando aquecidos.
Solidificam quando aquecidos pela primeira vez, pois são formados por pré-polímeros, oligômeros ou monômeros tri funcionais que reagem e reticulam.

26 RESINA FENOL-FORMOL (BAKELITE)
DEFINIÇÃO: São polímeros termofixos obtidos pela reação do fenol com o formaldeído, através de polimerização por condensação o que forma água como subproduto.Este processo geralmente ocorre em uma etapa (Resol) ou em duas etapas (Novolaca).

27 RESINA FENOL-FORMOL (BAKELITE)
RESOL É formada em um estágio, e é preparada com excesso de formaldeído em relação ao fenol,polimeriza em meio básico e não necessita catalisadores. NOVOLACA É formada em dois estágios, preparada com excesso de fenol em relação ao formaldeído,polimeriza em meio ácido e necessita catalisadores.

28 RESINA FENOL-FORMOL (BAKELITE)
APLICAÇÕES Manipuladores e puxadores

29 RESINA FENOL-FORMOL (BAKELITE)
APLICAÇÕES Instalações elétricas

30 Polímeros Termoplásticos
Escoam quando aquecidos Solidificam quando resfriados

31 Polímeros termoplásticos
Termoplásticos: São também chamados plásticos, e são os mais encontrados no mercado. Pode ser fundido diversas vezes, alguns podem até dissolver-se em vários solventes. Logo, sua reciclagem é possível, característica bastante desejável atualmente. Sob temperatura ambiente, podem ser maleáveis, rígidos ou mesmo frágeis. Estrutura molecular: moléculas lineares dispostas na forma de cordões soltos, mas agregados, como num novelo de lã. Exemplos: polietileno (PE), polipropileno (PP), poli(tereftalato de etileno) (PET), policarbonato (PC), poliestireno (PS), poli(cloreto de vinila) (PVC), poli(metilmetacrilato) (PMMA)...

32 Polímeros Termoplásticos
Polímeros termoplásticos são caracterizados por possuir ligações química fracas (Van de Waals ou por Pontes de Hidrogênio) entre as cadeias e podem ser facilmente rompidas com introdução de energia.

33 Polímeros Termoplásticos
Leves Mais leves que metais ou cerâmica. Ex: Polietileno (PE) é 3 vezes mais leve que o alumínio e 8 vezes mais leve que o aço. Motivação para uso na indústria de transportes, embalagens, equipamentos de esporte, entre outras.

34 Polímeros Termoplásticos
Alta flexibilidade: variável ao longo de faixa bastante ampla, conforme o tipo de polímero e os aditivos usados na sua formulação. Alta resistência ao impacto: Tal propriedade, associada à transparência, permite substituição do vidro em várias aplicações. Por exemplo: lentes de óculos (em acrílico ou policarbonato), faróis de automóveis (policarbonato), janelas de trens de subúrbio, constantemente quebradas por vândalos (policarbonato). Note-se, contudo, que a resistência à abrasão e a solventes não é tão boa quanto a do vidro. Lentes de acrílico riscam facilmente e são facilmente danificadas se entrarem em contato com solventes como, por exemplo, acetona.

35 Polímeros Termoplásticos
Ajuste Fino de Propriedades através de Aditivação. Cargas inorgânicas minerais inertes (ex. CaCO3) permitem reduzir custo da peça sem afetar propriedades. Exemplo: piso de vinil/cadeiras de jardim (PP), que contém até 60% de cargas. Uso de fibras (vidro, carbono, boro) ou algumas cargas minerais (talco, mica, caolim, wolastonita) aumentam a resistência mecânica; As cargas fibrosas podem assumir forma de fibras curtas ou longas, redes, tecidos. Aditivos conhecidos como plastificantes podem alterar completamente as características de plásticos como o PVC, tornando-os mais flexíveis e tenazes.

36 Polímeros Terrmoplásticos
Baixa Condutividade Elétrica Polímeros são altamente indicados para aplicações onde se requeira isolamento elétrico. Explicação: polímeros não contém elétrons livres, responsáveis pela condução de eletricidade nos metais. A adição de cargas especiais condutoras (limalha de ferro, negro de fumo) pode tornar polímeros fracamente condutores, evitando acúmulo de eletricidade estática, que é perigoso em certas aplicações. Há polímeros especiais, ainda a nível de curiosidades de laboratório, que são bons condutores. O Prêmio Nobel de Química do ano 2000 foi concedido a cientistas que sintetizaram polímeros com alta condutivida-de elétrica.

37 Polímeros Termoplásticos
Baixa Condutividade Térmica A condutividade térmica dos polímeros é cerca de mil vezes menor que a dos metais. Logo, são altamente recomendados em aplicações que requeiram isolamento térmico, particularmente na forma de espumas. Mesmo explicação do caso anterior: ausência de elétrons livres dificulta a condução de calor nos polímeros.

38 Polímeros Termoplásticos
Porosidade O espaço entre as macromoléculas do polímero é relativamente grande. Isso confere baixa densidade ao polímero, o que é uma vantagem em certos aspectos. Esse largo espaçamento entre moléculas faz com que a difusão de gases através dos plásticos seja alta. Em outras palavras: esses materiais apresentam alta permeabilidade a gases, que varia conforme o tipo de plástico. A principal conseqüência deste fato é a limitação dos plásticos como material de embalagem, que fica patente no prazo de validade mais curto de bebidas acondicionadas em garrafas de PET. Por exemplo, o caso da cerveja é o mais crítico. Essa permeabilidade, contudo, pode ser muito interessante, como no caso de membranas poliméricas para remoção de sal da água do mar.

39 Polímeros Elastômeros
Elastômeros (Borrachas): Classe intermediária entre os termoplásticos e os termorrígidos: não são fusíveis, mas apresentam alta elasticidade, não sendo rígidos como os termofixos. Reciclagem complicada pela incapacidade de fusão. Estrutura molecular: a estrutura é similar à do termorrígido, mas há menor número de ligações entre os "cordões". Como se fosse a rede, mas com malhas bem mais largas .

40 Processamento de polímeros
2011

41 Processamento de Materiais Plásticos
Injeção Extrusão Sopro Termoformagem Outros

42 Moldagem por injeção

43 Moldagem por injeção

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45

46 Extrusão

47 Esquema de uma máquina de extrusão

48 Produtos da extrusão Tubos de diferentes perfis Fios
Borracha de vedação Canaletas Trilhos Chapas Filmes etc

49

50 Extrusão de filmes

51 Sopro É um processo para produzir objetos ocos fechados. O processo basicamente envolve as seguintes etapas: Plastificação do material Obtenção da pré-forma Fechamento do molde sobre a pré-forma Sopro de ar no interior da pré-forma para a sua expansão e moldagem Resfriamento do moldado Extração do moldado

52 Extrusão e Sopro

53 Extrusão e Sopro

54 Injeção e sopro

55 Termoformagem O processo de termoformagem se caracteriza pelo
aquecimento de uma lâmina de material termoplástico até o seu ponto de amolecimento, sendo então moldada através de diferentes métodos sobre um molde na forma desejada. A termoformagem pode atingir uma ampla gama de espessuras desde as medidas finas utilizadas em embalagens de alimentos até lâminas mais grosas utilizadas na fabricação de interiores de geladeiras.

56 Termoformagem

57 Reciclagem de polímeros
É possível economizar até 50% de energia com o uso de plástico reciclado. No Brasil, o maior mercado é o da reciclagem primária, que consiste na regeneração de um único tipo de resina separadamente. Este tipo de reciclagem absorve 5% do plástico consumido no país e é geralmente associada à produção industrial (Pré-consumo). Um mercado crescente é o da chamada reciclagem secundária: o processamento de polímeros, misturado ou não, entre os mais de 40 existentes no mercado.A chamada "madeira plástica", feita com a mistura de vários polímeros reciclados, é um exemplo. Já a reciclagem terciária, ainda não existente no Brasil, é a aplicação de processos químicos para recuperar as resinas que compõem o lixo plástico, fazendo-as voltar ao estágio químico inicial.

58 Principais polímeros termo plásticos
Polietileno tereftalato – PET Polietileno de alta densidade — PEAD Policloreto de vinila — PVC Polietileno de baixa densidade — PEBD Polipropileno — PP Poliestireno — PS

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60 Reciclagem O lixo brasileiro contém de 5 a 10% de plásticos
A reciclagem do plástico exige cerca de 10% da energia utilizada no processo primário A fabricação de plástico reciclado economiza 70% de energia, considerando todo o processo

61 PET – Polietileno tereftalato

62 Processos de reciclagem de plásticos
Reciclagem primária (mecânica) Reciclagem secundária (mecânica) Reciclagem terciária (química) Reciclagem quaternária (energética)

63 Reciclagem química Ocorre através de processos de despolimerização dos materiais plásticos Muito utilizada pela indústria européia e japonesa Alguns processos: hidrogenação, gaseificação, pirólise

64 Reciclagem Química

65 Reciclagem Energética
É a recuperação da energia contida nos plásticos através de processos térmicos Proporciona uma redução de 70 a 90% da massa do material O Brasil ainda não pratica reciclagem energética

66 Reciclagem Mecânica Conversão dos descartes plásticos em grânulos.
Etapas: separação, moagem, lavagem,secagem,aglutinação, extrusão e granulação.

67 Reciclagem Mecânica

68 Reciclagem de plásticos

69 Questionário Que é um polímero?
Como os polímeros se classificam quanto a origem? Como os polímeros se classificam quanto o comportamento térmico? O que é um homopolímero? E um copolímero? O que significa grau de polimerização?

70 Questionário 6. Explique o que significa polímeros de adição e polímeros de condensação. 7. Que classe de plásticos são recicláveis pelo processo mecânico? 8. É possível transformar polímeros em combustível? Como? 9. O que é reciclagem química? 10. Que são plásticos termo fixos?

71 Questionário 11. O que é reciclagem energética de polímeros?
12. Como o grau de polimerização se correlaciona com o ponto de fusão? 13. Classifique os polímeros quanto a arquitetura da cadeia carbônica. 14. Apresente três razões que justificam o estado sólido dos polímeros. 15. Que propriedade dos polímeros termoplásticos pode ser justificada devido a presença de forças de Van der Vaals e pontes de hidrogênio entre as cadeias poliméricas?

72 Questionário 16. Como os polímeros se classificam quanto ao comportamento mecânico? 17. Quais são os processos de reciclagem de plásticos? Qual a característica de cada um? 18. Descreva o processo de reciclagem mecânica. 19. O que você entende por processamento de polímeros por: Extrusão? .Sopro? .Injeção? .Termoformagem?

73 Questionário 20. Porque refrigerante e cerveja armazenadas em embalagem plástica tem tempo de validade menor que o vidro? 21. Quais características mecânicas do termoplásticos os torna interessante na substituição de outros materiais? 22. Por que os termoplásticos podem ser fundidos e remodelados? 23. Quais os fatores que podem influir nas propriedades finais do polímero? 24. Defina: Macromolécula, polímero, monômero e oligômero.