INTRODUÇÃO AOS POLÍMEROS

Apresentação em tema: "INTRODUÇÃO AOS POLÍMEROS"— Transcrição da apresentação:

1 INTRODUÇÃO AOS POLÍMEROS
Classificação Morfologia Comportamento Térmico Comportamento Mecânico Origem Peso Molecular Forças Intermoleculares INTRODUÇÃO AOS POLÍMEROS Apresentação: Prof. Diovani Lencina (Material adaptado de apresentação do Prof. Andrei Cavalheiro)

2 Polímeros: o que é isso ? Classes de materiais: METAIS CERÂMICOS
COMPÓSITOS: composto por mais de um tipo de material Origem

3 macromoléculas orgânicas
Origem dos polímeros macromoléculas inorgânicas macromoléculas orgânicas Origem proteínas borracha natural polipeptídeos celulose amido quitina queratina polissacarídeos colágeno cartilagem

4 Como é um polímero ? celulose Origem amido

5 Cadeia Petroquímica Petróleo  Nafta Nafta  Monômero
Refinaria: Petróleo  Nafta Petroquímica 1ª geração: Nafta  Monômero Petroquímica 2ª geração: Monômero  Polímero Petroquímica 3ª geração: Polímero  Produto Origem

6 Como é um polímero ? Monômero (gás / líquido) Polímero (sólido) Origem
temperatura pressão ativadores catalizadores Monômero = molécula pequena capaz de reagir Mero = estrutura química repetitiva da molécula Oligômero = molécula com poucos meros Polímero = macromolécula com muitos meros

7 Como é um polímero ? Nem toda molécula é capaz de polimerizar Origem
várias moléculas de cloreto de vinila várias moléculas de água uma molécula de PVC poli (cloreto de vinila) uma molécula de “poliágua” Origem Nem toda molécula é capaz de polimerizar

8 Como é um polímero ? Todo polímero é uma macromolécula, mas nem toda macromolécula é um polímero Origem Macromolécula polimérica  possui unidade química repetitiva Macromolécula não polimérica  não possui unidade química repetitiva

9 Aplicações Plásticos Borrachas Fibras Adesivos Tintas Cosméticos
Alimentos Origem

10 Forças Intermoleculares
SÓLIDOS Volume e forma constantes Moléculas fortemente atraídas em estruturas cristalinas LÍQUIDOS Volume constante e forma variável Atração menor entre as moléculas permite movimento, mas não afastamento GASES Volume e forma variáveis Moléculas livres para afastarem-se Forças Intermoleculares

11 Estruturas cristalinas
Devido à forte atração intermolecular os átomos organizam-se em estruturas geométricas como as das figuras  CRISTAIS Forças Intermoleculares

12 Forças Intermoleculares: tipos
Forças de dispersão Dipolo temporário de uma molécula induz dipolo temporário em molécula vizinha Forças Intermoleculares

13 Forças Intermoleculares: tipos
Interação dipolo-dipolo Moléculas polares possuem dipolos permanentes Dipolos de moléculas vizinhas atraem-se Magnitude superior às forças de dispersão, pois as interações dipolo-dipolo são permanentes Forças Intermoleculares

14 Forças Intermoleculares
Influência das forças intermoleculares no ponto de ebulição de substâncias orgânicas Molécula Temperatura de ebulição ºC CH4 –161,5 C2H4 –89 C3H8 –44 C4H10 0,5 C5H12 36 Forças Intermoleculares Quanto maior o comprimento da cadeia carbônica, maior é o ponto de ebulição, pois há um maior número de forças atrativas agindo entre as moléculas da substância Quando a substância líquida é aquecida, a energia absorvida faz com que as moléculas movimentem-se com maior amplitude, enfraquecendo as forças intermoleculares  isso permite o afastamento das moléculas  ebulição

15 Forças Intermoleculares nos polímeros
Porque os polímero são sólidos à temperatura ambiente ? moléculas muito compridas: muitas forças intermoleculares Emaranhamento das moléculas Forças Intermoleculares

16 Forças Intermoleculares nos polímeros
Ponto de fusao: Policetona: 255° Polietileno: 120° Forças Intermoleculares Fortes interações dipolo-dipolo atraem as moléculas de policetona  alto ponto de fusão Pontes de hidrogênio no nylon 6/6 facilitam o alinhamento das moléculas  capacidade de formação de fibras

17 Forças Intermoleculares
ligação covalente primária: compartilhamento de elétrons É o tipo de ligação que ocorre entre os átomos da molécula  intramolecular ligações covalentes secundárias: Ocorrem entre átomos de moléculas diferentes  intermoleculares São muito mais fracas do que as primárias Tipos principais: Interação dipolo-dipolo Forças de dispersão Pontes de hidrogênio Forças Intermoleculares

18 Classificação: origem
Naturais Celulose Borracha natural Naturais Modificados Acetato de celulose Nitrato de celulose Sintéticos PVC Poliestireno ABS Classificação

19 Polímeros sintéticos Polietileno (PE) Classificação Polipropileno (PP)

20 Poliacrilonitrilo (PAN)
Polímeros sintéticos Poliestireno (PS) Classificação Poliacrilonitrilo (PAN)

21 Polímeros sintéticos Poli (metacrilato de metila) ou acrílico (PMMA)
Classificação Poli (cloreto de vinila) (PVC)

22 Poliamida (PA) ou Nylon
Polímeros sintéticos Polibutadieno (PB) Classificação Poliamida (PA) ou Nylon

23 Poliésteres (PET, PBT, PEN)
Polímeros sintéticos Poliésteres (PET, PBT, PEN) Classificação Policarbonato (PC)

24 Polímeros sintéticos Poliuretanos (PU) Classificação

25 Politetrafluoretileno (PTFE) ou Teflon
Polímeros sintéticos Politetrafluoretileno (PTFE) ou Teflon Classificação Poli (vinil-pirrolidona) (PVP): géis e laquês Epóxis: adesivos

26 Classificação: arquitetura molecular
Lineares Ramificados Reticulados Classificação

27 Classificação: número de meros na cadeia
Homopolímeros Apenas um tipo de unidade química na cadeia Copolímeros Mais de um tipo de unidade química na cadeia SAN: estireno – acrilonitrilo ABS: acrilonitrilo – butadieno – estireno PP copolímero: PP – PE Borracha SBR: estireno - butadieno Classificação

28 Copolímeros: tipos alternados aleatórios em bloco enxertados
Classificação em bloco enxertados

29 Copolímero  Blenda Copolímero: polímero com mais de um tipo de mero na cadeia PSAI (PS alto impacto) = todas as moléculas tem uma cadeia principal de polibutadieno com ramificações enxertadas de poliestireno. Blenda: mistura física de polímeros Noryl® = PSAI + PPO (poli-óxi-fenileno) PEAD + PELBD sacolas de supermercado Compósito: polímero misturado com outro tipo de material PP carregado com talco Poliéster + fibra-de-vidro Classificação

30 Poliestireno de Alto Impacto (PSAI)

31 Polietilenos: arquitetura x densidade
PEAD (alta densidade) PEBD (baixa densidade) PELBD (linear de baixa densidade) Classificação

32 Classificação: comportamento térmico
Termoplásticos Escoam quando aquecidos Solidificam quando resfriados Termofixos 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 Classificação

33 comportamento térmico x arquitetura
Termoplásticos lineares ramifcados Termofixos reticulados com ou sem cross-links Classificação

34 Classificação: comportamento mecânico
Plásticos Pouca elasticidade  deformação predominantemente plástica Podem ser rígidos ou flexíveis Elastômeros Grande elasticidade  deformação predominantemente elástica Fibras Pequena deformação e alta resistência Classificação

35 Classificação: número de monômeros
Homopolímeros Apenas um tipo de mero na cadeia Copolímeros Dois ou mais tipos diferentes de mero na cadeia SAN – estireno + acrilonitrilo ABS – butadieno + estireno + acrilonitrilo PP copolímero – propileno + etileno SBS – estireno + butadieno  borracha Classificação

36 Classificação: taticidade da cadeia
Posição do radical em relação ao eixo da cadeia Isotáticos  sempre do mesmo lado Sindiotáticos  alternância do lado Atáticos  disposição irregular Classificação POLIESTIRENOS Atático  comercial Sindiotático  não é comum Isotático  não existe

37 Classificação: síntese
Forma como o material é polimerizado Por adição  poliadição: Por etapas Policondensação: Classificação Pode haver formação de subprodutos da reação de policondesação, como água, metanol, ácido clorídrico

38 Condições para polimerização
Mero bifuncional  possibilidade de duas ligações  polímero linear Mero trifuncional  possibilidade de três ligações  polímero reticulado Classificação Monômeros monofuncionais  possibilidade de uma ligação  não polimeriza, pois o produto da reação não consegue se ligar com outras moléculas semelhantes

39 Classificação: síntese
Poliadição Condição: monômero com ligação insaturada na cadeia Classificação 2 ligações duplas  dieno

40 Classificação: síntese
Policondesação Condição: monômeros com 2 grupos funcionais: Diálcoois, Diácidos, Diaminas, Diisocianatos Classificação

41 policondesação Poliésteres: PET Diálcool + diácido = diéster
Diéster + diéster + diéster + diéster = poliéster diéster + diácido + diéster + diácido = poliéster Classificação PET Poli (tereftalato de etileno)

42 policondensação Poliamidas: PA 6/6 Diamina+ diácido = diamida
Diamida + diamida+ diamida+ diamida = poliamida Classificação PA 6/6

43 policondesação Poliuretanos: Diisocianato+ diálcool (diol) = diuretana
Diisocionatos + poliálcool (poliol) = poliuretano Classificação

44 Isomerismo geométrico
Isopreno: 2 ligações duplas  pode formar quatro polímeros com a mesma fórmula molecular, C5H8, porém, com configurações químicas diferentes. CIS radicais iguais do mesmo lado TRANS radicais iguais em lados diferentes Classificação

45 Peso molecular (PM) Soma da massa atômica dos átomos da molécula:
Água H2O  18 u.m.a ou g/mol Hexano C6H14  86 g/mol Etileno C2H4  28 g/mol Polietileno (C2H4)n n*28 g/mol Grau de Polimerização (GP): Número de vezes que o mero se repete na cadeia polimérica Quanto maior o GP de um polímero, maior seu Peso molecular (PM) Peso Molecular

46 Peso molecular Polímero = 1 macromolécula com unidades químicas repetidas ou Material composto por inúmeras macromoléculas poliméricas Peso Molecular Moléculas de ABS com vários comprimentos, ou seja, com pesos moleculares diferentes

47 Pesos moleculares médios comuns para alguns polímeros
Peso molecular médio Pesos moleculares médios comuns para alguns polímeros origem polímero Peso molecular médio Naturais Borracha natural Celulose nativa Queratina 60.000 Naturais modificados Celulose regenerada Nitrato de celulose 50.000 Sintéticos Poliadição PEAD PS PVC PMMA Policondensação PA 6/6 20.000 PET Peso Molecular

48 Distribuição de peso molecular
Uma amostra de material polimérico apresenta: Peso molecular médio Curva de distribuição de peso molecular Peso molecular médio aritmético Peso Molecular Peso molecular médio ponderal

49 Peso molecular Peso molecular médio aritmético:
Peso molecular médio ponderal: ni =número de moléculas com peso molecular no intervalo i Mi =peso molecular das moléculas do intervalo i Peso Molecular

50 Distribuição de peso molecular
Distribuição de peso molecular de três polímeros (A, B e blenda de A e B) : Peso Molecular

51 Distribuição de Peso molecular: polidispersão
Polímero monodisperso = todas as moléculas possuem o mesmo peso  não existe Polímero polidisperso = possui moléculas com diferentes pesos moleculares Polidispersão = Peso molecular médio ponderal /peso molecular médio aritmético P = Mw/Mn valor sempre maior do que 1 Peso Molecular Quanto maior o valor de P, mais larga é a distribuição de peso molecular, o que afeta as propriedades do material Dois polímeros de mesma estrutura química podem ter mesmo peso molecular médio, mas distribuições diferentes.

52 Distribuição de Peso molecular: polidispersão
Qual dos polímeros do gráfico abaixo tem a maior polidispersão ? Clique para resposta: maior polidispersão: polímero verde Peso Molecular

53 Enovelamento das moléculas
Morfologia Configuração molecular Arquitetura molecular Taticidade da cadeia Conformação molecular Enovelamento das moléculas Morfologia

54 Cristalinidade Configuração molecular regular
Configuração molecular irregular cadeias isotáticas/sindiotáticas forças intermoleculares fortes arquitetura linear grupos laterais pequenos homopolímeros cadeias atáticas forças intermoleculares fracas arquitetura ramificada/reticulada grupos laterais grandes copolímeros Organização  Empacotamento das moléculas Enovelamento das moléculas Morfologia REGIÕES CRISTALINAS POLÍMERO AMORFO

55 Cristalização: condições
Critério termodinâmico configuração molecular regular; formação de forças intermoleculares capazes de manter empacotamento. Critério cinético tempo necessário para formação e crescimento dos cristais: PP e PE  rápida cristalização PET  cristalização lenta  com resfriamento rápido é possível deixar o PET amorfo  garrafas de refrigerante Morfologia

56 Morfologia: estruturas cristalinas
Existem várias estruturas cristalinas diferentes, conforme as propriedades do polímero e das suas condições de processamento Esferulitos: Morfologia

57 Grau de cristalinidade x propriedades
Não existe polímero 100% cristalino 2 polímeros podem ter a mesma estrutura química, mas graus de cristalização diferentes: PEAD: até 95 % PEBD: até 60% A velocidade de resfriamento do material injetado pode mudar o grau de cristalinidade do polímero Propriedades X aumento no grau de cristalinidade de um polímero: Densidade  aumenta Resistência à tração  aumenta Rigidez  aumenta Tenacidade  diminui (material fica mais quebradiço) Transparência  diminui Solubilidade  diminui Permeabilidade  diminui Ponto de fusão  sem relação direta Morfologia

58 Grau de cristalinidade x transparência
Tendência: Polímeros amorfos: transparentes Polímeros semicristalinos: translúcidos / opacos Fatores de influência: Espessura % cristalinidade Tamanho dos cristais Cargas e aditivos: duas fases  opacidade Blendas e copolímeros: duas fases opacidade Filme de PP para embalagens é transparente. Porque, se o PP tem alto grau de cristalinidade ? Resfriamento rápido impede crescimento dos cristais, que ficam menores do que o comprimento de onda da luz. Morfologia

59 Grau de cristalinidade x propriedades
Qual dos polímeros abaixo deve ter a maior densidade ? Clique para resposta: PEAD: semicristalino (95%) PEBD: semicristalino (55%) POM: semicristalino (75%) PS: amorfo densidades 0, ,97 g/cm3 0,92 – 0,94 g/cm3 1,42 g/cm3 1,04 g/cm3 Materiais com estruturas químicas diferentes não podem ser comparados dessa forma, pois não é apenas o grau de cristalinidade que influencia a densidade dos polímeros: O POM possui átomos de oxigênio e nitrogênio em sua cadeia, ao contrário dos demais. Além disso, interações dipolo-dipolo e pontes de hidrogênio aproximam mais as cadeias desse polímero linear. O PS, mesmo amorfo, é mais denso que o PE por causa de sua estrutura química, que apresenta os grandes e pesados anéis aromáticos presos à cadeia. Morfologia

60 Comportamento Térmico
Termoplásticos  escoam Amorfos Semicristalinos Termofixos  não escoam Comportamento Térmico

61 Comportamento Térmico: escoamento
Termoplásticos  escoam Forças intermoleculares “seguram” as cadeias, impedindo seu deslocamento Forças intermoleculares enfraquecem quando o material é aquecido  translação das moléculas Força agindo sobre o material Comportamento Térmico

62 Comportamento Térmico
Termoplástico cristalino (1) Termoplástico amorfo (2) FUSÃO Estrutura cristalina se desmancha e se torna amorfa Comportamento Térmico PONTO DE FUSÃO Tm ou Tf

63 Comportamento Térmico
Termoplástico cristalino (1) Termoplástico amorfo (2) TRANSIÇÃO VÍTREA Polímero amorfo rígido torna-se flexível e elástico ao ser aquecido acima da Tg Material líquido ao ser resfriado torna-se gradativamente mais viscoso, até passar a se comportar como uma borracha Comportamento Térmico TEMPERATURA DE TRANSIÇÃO VÍTREA Tg

64 Comportamento geral dos plásticos
Resistência à tração x temperatura AMORFOS SEMICRISTALINOS TRANSIÇÃO VÍTREA DEGRADAÇÃO Resistência à tração alongamento Comportamento Térmico temperatura

65 Comportamento geral dos plásticos
Resistência à tração x temperatura AMORFOS SEMICRISTALINOS TRANSIÇÃO VÍTREA FUSÃO CRISTALINA DEGRADAÇÃO Resistência à tração alongamento Comportamento Térmico temperatura

66 Transição Vítrea Transições de primeira ordem:
Ebulição  não ocorrem nos polímeros, devido ao tamanho das moléculas Fusão  só ocorre nos polímeros semicristalinos Transições de segunda ordem: Transição vítrea grande influência no comportamento mecânico ocorre nos polímeros amorfos Comportamento Térmico

67 Transição Vítrea VIDRO  duro e quebradiço PS  plástico rígido
duro e quebradiço (vítreo) Tg acima da ambiente borracha  elástica e flexível Tg abaixo da ambiente Comportamento Térmico

68 cadeias devem se dobrar cadeias devem se desenrolar
Transição Vítrea FLEXIBILIDADE cadeias devem se dobrar ELASTICIDADE cadeias devem se desenrolar Comportamento Térmico

69 Transição Vítrea As macromoléculas se dobram e desenrolam quando solicitadas, desde que: Estejam em um nível de energia que possibilite movimentos cooperativos de segmentos de átomos da cadeia e rotação dos grupos laterais em torno das ligações. Quanto maior for a energia térmica necessária para que esses movimentos ocorram, mais alta será a Tg do polímero. Comportamento Térmico

70 Transição Vítrea aquecimento Transição vítrea Escoamento Degradação
Ausência de energia: zero kelvin não há movimentos 1º nível de energia: vibração atômica 2º nível de energia: movimentos de 5-6 átomos 3º nível de energia: Rotações e saltos cooperativos de segmentos de átomos da cadeia  desenrolamento e flexão 4º nível de energia: translação das cadeias 5º nível de energia: rompimento das ligações entre os átomos da cadeia Comportamento Térmico

71 Transição Vítrea 5 Fatores de influência na Tg: VOLUME LIVRE
FORÇAS INTERMOLECULARES COMPRIMENTO DAS CADEIAS RIGIDEZ DA CADEIA MOBILIDADE DOS GRUPOS LATERAIS Comportamento Térmico

72 Volume livre x Tg Quanto maior o volume livre, mais fácil será a flexão e o desenrolamento das cadeias Quanto maior o volume livre, menor a Tg menos espaço entre as cadeias Tg maior Comportamento Térmico mais espaço entre as cadeias Tg menor

73 Forças intermoleculares x Tg
Quanto maior a intensidade das forças intermoleculares, mais difícil será a flexão e o desenrolamento das cadeia, aumentando a Tg forças de dispersão interações dipolo-dipolo PBT PET PET  2 dipolo e 2 dispersão por mero PBT  2 dipolo e 4 dispersão por mero Grupo etileno do PBT tem maior mobilidade que o do PET  Tg menor Comportamento Térmico

74 Comprimento das cadeias x Tg
Quanto mais longas as cadeias (maior grau de polimerização), maior o emaranhamento e o número de forças intermoleculares, diminuindo a mobilidade molecular  maior Tg. Comportamento Térmico

75 Rigidez da cadeia x Tg Quanto maior for a rigidez da cadeia principal das macromoléculas maior será a Tg. Elementos que enrijecem a cadeia: Anéis aromáticos Grupo Sulfona Ligações duplas e triplas Ligações paralelas Oxigênio flexibiliza a cadeia Comportamento Térmico

76 Rigidez da cadeia x Tg enrijecem a cadeia Tg = -127 C° Tg > 500 C°
Nada enrijece Oxigênio flexibiliza Tg = -127 C° enrijecem a cadeia Sulfona e anel aromático tornam cadeia muito rígida Não flexibiliza, pois não está na cadeia Comportamento Térmico Tg > 500 C° Oxigênio flexibiliza cadeia Tg =119 C°

77 Mobilidade de grupos laterais x Tg
Quanto mais difícil for rotacionar e movimentar grupos laterais, maior será a Tg: Grupos laterais compridos Ramificações Grupos laterais pesados Tg =225 C° Tg =100 C° Comportamento Térmico A única diferença entre os dois polímeros ao lado é o adamantano ligado à cadeia Tg =119 C°

78 Mobilidade de grupos laterais x Tg
Quanto mais difícil for rotacionar e movimentar grupos laterais, maior será a Tg: Grupos laterais compridos comprimento do grupo lateral Comportamento Térmico Temperatura de transição vítrea Embora os grupos mais compridos dificultem a mobilidade da cadeia, eles afastam as macromoléculas, aumentando o volume livre e diminuindo a intensidade das forças intermoleculares  diminui Tg

79 Mobilidade de grupos laterais x Tg
Quanto mais difícil for rotacionar e movimentar grupos laterais, maior será a Tg: Grupos laterais compridos comprimento do grupo lateral Temperatura de transição vítrea Comportamento Térmico Embora os grupos mais compridos dificultem a mobilidade da cadeia, eles afastam as macromoléculas, aumentando o volume livre e diminuindo a intensidade das forças intermoleculares  diminui Tg O contrário ocorre com o polietileno. PEAD tem Tg mais baixa que o PEBD por que as longas ramificações desse diminuem a mobilidade

80 Comportamento Térmico
Termoplástico semicristalino específico Material semicristalino sofre maior contração ao ser resfriado, por causa do empacotamento das regiões cristalinas do polímero Comportamento Térmico

81 Comportamento Térmico
Termofixos São amorfos Posuem Tg Não escoam Não são solúveis O material termofixo é uma única enorme macromolécula Comportamento Térmico

82 Comportamento Térmico
O material termofixo é uma única enorme macromolécula Cross-links impedem translação das cadeias Comportamento Térmico

83 Solubilidade Termofixos  insolúveis Termoplásticos solúveis
Comportamento Térmico

84 Solubilidade SOLVENTE Moléculas do solvente entram nos retículos maiores, inchando o polímero, mas não dissolvendo-o, pois as cadeias estão presas pelos cross-links SOLVENTE  Moléculas do solvente afastam as cadeias, enfraquecendo as interações intermoleculares  escoamento Comportamento Térmico

85 Comportamento Mecânico
Elastômeros Plásticos Fibras Comportamento Mecânico

86 Comportamento Mecânico X Transição Vítrea
PS  plástico rígido duro e quebradiço (vítreo) Tg acima da ambiente borracha  elástica e flexível Tg abaixo da ambiente PE  plástico flexível elasticidade muito pequena Tg abaixo da ambiente, MAS é semicristalino Parte amorfa  flexível Parte cristalina  rígida Comportamento Mecânico

87 Comportamento mecânico
Plásticos flexíveis: PEAD, PEBD, PP Plásticos rígidos: PS, PMMA, PC, PET, PA, POM, PVC rígido; Elastômeros: borracha natural, neoprene, polibutadieno, NBR, SBR; Fibras: PA, PAN, PET, kevlar, fibra de carbono Plásticos rígidos: deformam-se pouco, mas são mais quebradiços Plásticos flexíveis: deformam-se facilmente, mas não tendem a romper-se; deformação irreversível Elastômeros: deformam-se facilmente, mas com reversibilidade Fibras: muita resistência e pequena deformação Comportamento Mecânico

88 Comportamento mecânico

89 Comportamento Mecânico
Elastômeros Termoplásticos: amorfos (ou com baixa cristalinidade), com Tg abaixo da ambiente Termofixos: termoplásticos vulcanizados  aumento da elasticidade e da resistência Plásticos Fibras Comportamento Mecânico

90 Comportamento Mecânico: Elastômeros
Deformação elástica: temporária, reversível Peça original Durante tracionamento Tracionamento encerrado Elastômeros TERMOFIXOS: Geralmente termoplásticos amorfos ou com baixa cristalinidade e Tg menor do que a ambiente Moléculas reagem após a moldagem para que se formem ligações cruzadas (cura, reticulação) Efeitos dos cross-links  aumento de resistência e elasticidade; transformação para termofixo. Por que a deformação é elástica ? as moléculas enovelam-se novamente porque assim retornam à posições com o menor nível de energia possível. Comportamento Mecânico

91 Comportamento Mecânico: Elastômeros
Elastômero: poucos cross-links  deformação elástica Plástico flexível: sem cross-links  deformação plástica Termofixo plástico: muitos cross-links  pouca deformação Comportamento Mecânico

92 Comportamento Mecânico: Elastômeros Termofixos
Borracha natural (cis-poliisopreno): Macia e pegajosa Pouco resistente à abrasão Pouco resistente à tração termoplástico Gutta Percha e Balata (trans-poliisopreno): Borracha dura Bolas de golfe Cabos submarinos vulcanização 2% de enxofre: Borracha vulcanizada Mais dura e resistente Muita elasticidade Elastômero termofixo 20 % de enxofre: ebonite Muito dura e resistente Muito rígida “ borracha dura” -- Plástico termofixo Comportamento Mecânico

93 Polímeros vulcanizados
Vulcanização : Polímero linear ou ramificado + enxofre  polímero reticulado Cross-link: ligação covalente primária entre macromoléculas vizinhas Classificação Borrachas não vulcanizadas são pouco resistentes e pouco elásticas Poucos cross-links  elasticidade (elastômero) Muitos cross-links  rigidez (plástico)

94 Polibutadieno vulcanizado
Classificação

95 Comportamento Mecânico: Elastômeros Termofixos
Principais borrachas Densidade (g/cm3) Peso molecular cristalinidade Tg (C°) Tm (C°) Borracha Natural (NR) 0,92 baixa -72 28 Cis-Poliisopreno (IR) amorfo -70 - Polibutadieno (BR) 0,88-1,01 variável -106 Variável Policloropreno (CR) neoprene 1,20-1,25 105 -45 45 Etileno-propileno-dieno (EPDM) 0,86 -55 Isobutileno-Isopreno (IIR) 0,91-0,96 Estireno-butadieno (SBR) 0,93 Amorfo Acrilonitrilo-butadieno (NBR) 0,95-1,02 -50 a -30 Silicones 0,97 -125 Comportamento Mecânico

96 Elastômeros Termoplásticos: ionômeros
Efeito de “amarra” dos cross-links é conseguido com forças intermoleculares de segunda ordem; material pode ser plastificado, pois essas forças intermoleculares se desfazem ‘a um temperatura inferior ‘a de degradação do material; Como conseguir cross-links reversíveis reticulacçao fisica? ionômeros copolímeros tri-blocados de estireno TPO - copolímeros olefínicos Poliésteres e Poliamidas com longos segmentos elásticos TPU - Poliuretanos com longos segmentos elásticos Comportamento Mecânico

97 Elastômeros Termoplásticos: ionômeros
Efeito de “amarra” conseguido pela atração entre os fortes dipolos de ligações iônicas. Material não é um plástico rígido porque é um copolímero aleatório com longos segmentos de etileno (Tg inferior à ambiente) Copolímero: 85% etileno 15% ácido metacrílico Comportamento Mecânico

98 Elastômeros Termoplásticos: Borracha SBS
Efeito de “amarra” conseguido pelo agrupamento das rígidas extremidades de poliestireno das cadeias triblocadas estireno-butadieno-estireno A borracha termofixa vulcanizada Buna-S ou SBR também é um copolímero de estireno e butadieno  copolímero aleatório Comportamento Mecânico

99 Comportamento Mecânico
Elastômeros Plásticos Rígidos: amorfos, com Tg > ambiente semicristalinos com Tg > ambiente termofixos Flexíveis: semicristalinos, com Tg < ambiente Fibras Comportamento Mecânico

100 Comportamento Mecânico: Plásticos
Deformação plástica: permanente, irreversível Peça original Durante tracionamento Tracionamento encerrado Plásticos AMORFOS (termoplásticos e termofixos): as cadeias não se desenrolam material resiste à deformação ruptura com pequena ou nenhuma deformação Plásticos SEMICRISTALINOS, com Tg< ambiente: a parte amorfa se desenrola  pequena deformação elástica. material resiste à deformação até ruptura de planos da estrutura cristalina  deformação plástica material rompe após grande deformação Comportamento Mecânico

101 Comportamento Mecânico: Plásticos Semicristalinos
Deformação da parte amorfa: pode ser parcialmente elástica se tg<tambiente Comportamento Mecânico

102 Comportamento Mecânico: Plásticos Semicristalinos
Deformação da parte cristalina: plástica Maior resistência Comportamento Mecânico

103 Plásticos Termoplásticos
materiais Densidade (g/cm3) Peso molecular cristalinidade Tg (C°) Tm (C°) PEAD 0,94-0,97 105 até 95% -120 135 PEBD 0,92 até 60% -20 120 PP 0,90 60-70% 4-12 PET 1,33-1,45 4x104 variável 7--74 POM 1,42 3x104 75% 82 180 PA 6/6 1,14 2x104 52 265 PA 6 1,12-1,15 40 223 PTFE 2,20 95% 127 327 PVC 1,39 5-15% -81 273 PAN 1,18 baixa 250 PS 1,04 106 amorfo 100 - PMMA PC 1,20 150 Comportamento Mecânico

104 Plásticos Termofixos Resinas Fenólicas
Antes da reticulação: oligômeros (PM = 1000) Após reticulação: termofixo Bakelite, Fórmica, Amberlite: isolamento de materiais elétricos como caixa de interruptores, pastilhas de freio, engrenagens, etc.. Fenol + Aldeído fórmico em solução de ácido acético = Fenol-Formaldeído Comportamento Mecânico

105 Melamina + Aldeído fórmico em solução ácida = Melamina- Formaldeído
Plásticos Termofixos Resinas Melamínicas Antes da reticulação: oligômeros (PM até 3000) Após reticulação: termofixo Cymel, Melchrome Melamina + Aldeído fórmico em solução ácida = Melamina- Formaldeído Comportamento Mecânico

106 Plásticos Termofixos Resinas Epoxídicas
Diepóxi + diamina = resina epoxídica Antes da reticulação: Diepóxi: pré-polímero termoplástico sólido ou monômero líquido Diamina: líquido Reticulação: reação pela mistura dos dois líquidos Após reticulação: termofixo Comportamento Mecânico

107 Plásticos Termofixos Comportamento Mecânico

108 Plásticos Termofixos Poliuretanos Plásticos termofixos
Espuma rígida Espuma semirígida Espuma flexível Espuma com superfície integral Plástico termoplástico Elastômero Reação de polimerização durante a moldagem RIM  moldagem por injeção reativa  solados, automotivas Extrusão  colchões Comportamento Mecânico

109 Comportamento Mecânico
Elastômeros Plásticos Fibras alta orientação molecular grande resistência à tração pouca deformação Comportamento Mecânico

110 Comportamento Mecânico: Fibras
Fibras PLÁSTICAS: as cadeias não se desenrolam, porque não há o que ser desenrolado  alto nível de orientação molecular alta resistência à deformação e ruptura por tração materiais: PA, PAN, PET, acetato de celulose Fibras ELASTOMÉRICAS: Lycra  poliuretano com segmentos rígidos altamente orientados e segmentos elásticos, cuja Tg está abaixo da ambiente. X=40 Comportamento Mecânico

111 Comportamento Térmico e Mecânico x Peso Molecular
Viscosidade Resistência à tração e rigidez Grau de polimerização Materiais comercializados Grau de polimerização Temperatura de escoamento Viscosidade  resistência ao escoamento Distribuição de peso molecular: também modifica as propriedades do material Exemplo: em polímeros com uma distribuição larga, as moléculas menores tendem a facilitar a translação das maiores, ou seja, facilitam o escoamento Comportamento Mecânico

112 Aditivos Modificam propriedades e comportamento do polímero
Polímero(s) + aditivo = COMPOSTO Principais aditivos: Pigmentos Plastificantes Lubrificantes Atioxidantes Fotoestabilizantes (anti UV) Retardantes de chama Antiestáticos Cargas minerais  talco, mica, sílica Reforços estruturais  fibras