PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS

Apresentação em tema: "PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS"— Transcrição da apresentação:

1 PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS
AULA 10: MATERIAIS POLIMÉRICOS Prof. Iran Aragão

2 OBJETIVO DA AULA 1. Conhecer as principais aplicações industriais dos Polímeros mais utilizados pela indústria em geral e suas classificações.

3 MATERIAIS POLIMÉRICOS
Introdução: Nem tudo que nos cerca é Material Metálico, muito pelo contrário, estamos no nosso dia-a-dia em contato com plásticos, borrachas, materiais fibrosos, etc.

4 MATERIAIS POLIMÉRICOS
Definição: É exatamente isto, a repetição de muitas unidades de um tipo de composto químico. E polimerização é o nome dado ao processo no qual as várias unidades de repetição – monômeros - reagem para gerar uma cadeia de polímero.

5 DEFINIÇÕES GERAIS DE POLIMÉRICOS
→ Monômero: Composto químico cuja polimerização irá gerar uma cadeia de polímero. → Grau de Polimerização (DP): É o número de unidades monoméricas presentes na molécula do polímero. → Crosslink ou ramificações: Ligações químicas cruzadas entre cadeias de polímeros. Muitas cadeias podem se ligar uma nas outras formando uma rede de polímeros.

6 DEFINIÇÕES GERAIS DE POLIMÉRICOS
→ Polímeros naturais: proteínas: junção de moléculas de aminoácidos; celulose: junção de moléculas de beta-glicose; amido: junção de moléculas de alfa-glicose; → Polímeros artificiais: plásticos em geral;

7 DEFINIÇÕES GERAIS DE POLIMÉRICOS
→ Polímerização por adição: A condição básica é que haja ligações duplas de átomos de carbono; → Polietileno: é o polímero mais importante produzido industrialmente a partir do eteno. Em reatores na presença de catalizador e peróxidos, produz polietileno de alta densidade e de baixa densidade;

8 DEFINIÇÕES GERAIS DE POLIMÉRICOS
→ polietileno de baixa densidade : materiais maleáveis cadeia linear → polietileno de alta densidade : materiais mais rígidos cadeia ramificada

9 DEFINIÇÕES GERAIS DE POLIMÉRICOS
→ Polipropileno: derivado do propeno que da mesma forma sofre a polimerização por rearranjo, formando estruturas moleculares maiores; usado em parachoques de automóveis → Policloreto de vinila (PVC): é utilizado na produção de tubos e conexões, pisos e capas para guarda-chuvas. Este polímero não propaga chamas, sendo utilizado na indústria como isolante elétrico;

10 DEFINIÇÕES GERAIS DE POLIMÉRICOS
→ Teflon: Derivado do tetraflúor eteno e tem uma característica de dificilmente participar de reações químicas. Por ter um coeficiente de atrito extremamente baixo é utilizado na produção de panelas anti-aderentes, fita veda-rosca e em isolante elétricos → Poliestireno: Derivado do estireno e matéria prima básica para a produção do isopor

11 DEFINIÇÕES GERAIS DE POLIMÉRICOS
→ Outros tipos de polímeros produzidos por adição:

12 DEFINIÇÕES GERAIS DE POLIMÉRICOS
→ Polímerização por condensação: Ocorre entre grupamentos funcionais: ácidos carboxílicos e aminas, bem como ácidos carboxílicos e álcoois; → Poliamida (Nylon 66): derivado da reação do ácido hexanodióico e o 1-6 diaminhexano;

13 POLÍMEROS POR CONDENSAÇÃO

14 DEFINIÇÕES GERAIS DE POLIMÉRICOS
→ Polietileno tereftalato (PET): derivado da reação do ácido tereftálico e o etileno glicol;

15 DEFINIÇÕES GERAIS DE POLIMÉRICOS
→ Termofixo: Polímero que não pode ser dissolvido ou aquecido até altas temperaturas de forma a permitir deformação contínua. Os termoplásticos se tornam termofixos através de crosslinks (ramificações). → Homopolímero: Macromolécula derivada de um único tipo de monômero. → Copolímero: Macromolécula contendo dois ou mais tipos de monômeros em sua estrutura. → Termoplástico: Polímero que amolece e pode fluir quando aquecido. Quando resfriado, ele endurece e mantém a forma que lhe é imposta. O aquecimento e o resfriamento podem ser repetidos muitas vezes.

16 Arquitetura Molecular
Além do peso molecular médio, a arquitetura molecular do polímero e sua conformação molecular irão influenciar as propriedades do polímero e, portanto, devem ser entendidas. → Polímero Linear → Polímero Ramificado → Polímero em rede

17 Arquitetura Molecular
→ Nos polímeros lineares, cada monômero é ligado somente a outros dois monômeros existindo a possibilidade de ramificações pequenas que são parte da estrutura do próprio monômero. Exemplo: estireno e polimetilmetacrilato → Nos polímeros ramificados, um monômero pode se ligar a mais de dois outros monômeros, sendo que as ramificações não são da estrutura do próprio monômero. Exemplo: poliacetato de vinila e polietileno.

18 Arquitetura Molecular
→ Nos polímeros em rede – crosslink – as ramificações do polímero se interconectam formando um polímero com peso molecular infinito. Um polímero é considerado de peso molecular infinito quando seu valor é maior do que o peso molecular que os equipamentos de análise conseguem medir.

19 MATERIAIS POLIMÉRICOS
Monômeros de Vinil-Cloreto. Cada molécula é insaturada, i.e., os átomos de carbono apresentam ligações covalente dupla entre si e não estão ligados ao número máximo de átomos (4).

20 MATERIAIS POLIMÉRICOS
Poli-Vinil-Cloreto (PVC). Cada ligação dupla fornece uma ligação para conectar com outro monômero, formando um polímero.

21 Formação dos Polímeros

22 A forma das macro-moléculas
Os átomos de carbono do eixo da molécula podem girar e ainda manter o ângulo correto. Dessa forma, é possível formar polímeros com formas complexas.

23 A estrutura das macro-moléculas
Linear Ramificada- branched Ligações cruzadas Em rede - 3D (network)

24 CO-POLÍMEROS Formados pela combinação de mais do que um tipo de monômero. Maior diversidade de propriedades.

25 Polímeros termo-plásticos
→ Tornam-se macios e deformáveis quando aquecidos: → Característico de moléculas lineares ou ramificadas, mas não com ligações cruzadas. → Como as cadeias são ligadas apenas por forças de Van der Waals, essas ligações podem ser rompidas por ativação térmica, permitindo deslizamento das cadeias.

26 Polímeros termo-plásticos
→ Temperaturas típicas na faixa de 100ºC. → Podem ser recicláveis. Exemplos: Polietileno, PVC, polipropileno, poliestireno, poliester (mylar), acrílicos, nylons, celulores, policarbonatos, fluor-plásticos (Teflon).

27 Polímeros termo-fixos
Ao contrário dos termo-plásticos, enrijecem com a temperatura e não se tornam novamente maleáveis: Característico de polímeros formados por redes 3D e que se formam pelo método de crescimento passo a passo: cada etapa envolve uma reação química. A temperatura aumenta a taxa de reação e o processo é irreversível. Exemplo: Poliuretano, fenois, epoxis, neopreme.

28 Aditivos Muitas vezes, os polímeros não satisfazem certas condições de uso. Para adequá-los às necessidades, empregam-se aditivos. →Carga: Para melhorar comportamento mecânico, estabilidade dimensional e térmica. Ex: serragem e areia. →Platificantes: Para aumentar a flexibilidade, ductibilidade e tenacidade. Líquidos com baixa pressão de vapor e moléculas leves.

29 Aditivos →Estabilizantes: Para aumentar a resistência à ação de luz ultravioleta e oxidação. →Retardante de Chama: Como a maior parte dos polímeros entra em combustão com facilidade, é necessário adicionar produtos para tentar inibir a reação de combustão. Também temos como exemplo de aditivos os Corantes.

30 Vulcanização da Borracha
Borracha natural é macia e pegajosa e tem pouca resistência à abrasão. As propriedades podem ser substancialmente melhoradas através do processo de vulcanização.

31 Cristalinidade É possível formar uma rede cristalina com polímeros. No entanto, devido à complexidade das moléculas, raramente o material será totalmente cristalino. Regiões cristalinas estarão dispersas dentro da parte amorfa do material. O grau de cristalinidade depende: → Da taxa de resfriamento na solidificação; → Da complexidade química; → Da configuração da macro-molécula

32 Cristalinidade Polímeros lineares cristalizam com mais facilidade; estereo-isômeros isotácticos e sindiotácticos cristalizam com mais facilidade, devido à maior simetria da cadeia.

33 Cristalinidade

34 Tipos de Polímeros Existe, no mercado, uma grande quantidade de tipos de polímeros, derivados de diferentes compostos químicos. Cada polímero é mais indicado para uma ou mais aplicações dependendo de suas propriedades físicas, mecânicas, elétricas, óticas, etc.

35 Tipos de Polímeros Os tipos de polímeros mais consumidos atualmente são os: → Poliesters → Poliuretanos → Polietilenos → Prolipopilenos → Poliestirenos Devido à sua grande produção e utilização, são chamados de polímeros commodities.

36 Tipos de Polímeros Outras classes de polímeros, como os poliacrilatos, policarbonatos e fluorpolímeros têm tido uso crescente. Vários outros polímeros são fabricados em menor escala por terem uma aplicação muito específica ou devido ao seu custo ainda ser alto e, por isso, são chamados de plásticos de engenharia.

37 Tipos de Polímeros → TERMOPLÁSTICOS → ELASTÔMEROS → TERMOFIXOS

38 Polímeros Termoplásticos
Plásticos. Mais encontrados no mercado. Podem ser fundidos diversas vezes. Alguns dissolvem-se em vários solventes.

39 Polímeros Elastômeros
Borrachas. Classe intermediária entre os termoplásticos e termofixos. Não sofrem fusão. Difícil reciclagem.

40 Polímeros Termofixos Rígidos e frágeis. Estáveis à variação de temperatura. O aquecimento decompõe o polímero. Difícil reciclagem.

41 SÍNTESE DA AULA Nesta aula, você: Ampliou o seu conhecimento de ciência dos materiais com a inclusão dos materiais poliméricos. Aprendeu a analisar e entender as especificações de que preveem a utilização desse tipo de material, bem como a selecioná-lo em função das necessidades em suas rotinas de trabalho nos diversos seguimentos da engenharia.