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1-Conceitos sobre plásticos

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1- CONCEITOS FUNDAMENTAIS SOBRE PLÁSTICOS
1.1 Introdução
Os Plásticos podem ser definidos como materiais constituídos essencialmente de ligações moleculares orgânicas, que resultam de síntese ou transformação de produtos naturais, que em algum estágio de fabricação do componente apresentaram a condição plástica durante a qual foram moldados, geralmente com auxílio de calor e pressão, e em grande parte dos processos, com o emprego de um molde.
A palavra “plástico” é um termo geral que significa “capaz de ser moldado”. O aço ou o vidro também apresentam esta característica em algum momento de sua fabricação e não são considerados “materiais plásticos”. Portanto, existe certa incongruência no uso deste termo.
Os plásticos apresentam algumas propriedades que podem se constituir em vantagens ou desvantagens que devem ser consideradas durante o projeto de peças, tais como:
peso específico. Os plásticos são tipicamente materiais mais leves do que metais ou cerâmicas. Alguns deles são mais leves que a água, podendo flutuar.
fabricação e processamento. A temperatura de processamento dos plásticos situa-se entre a ambiente e 250°C, aproximadamente, chegando em alguns casos até a 400°C. Nesta temperatura a sua moldagem não é difícil e gasta relativamente pouca energia. Os plásticos se adaptam facilmente à produção em massa e peças intrincadas podem ser feitas facilmente.
condutividade elétrica. Pelo fato de praticamente não apresentarem elétrons livres, os plásticos são piores condutores que os metais. Estes elétrons são responsáveis pelo transporte de calor e energia nos metais. Esta propriedade pode ser consideravelmente mudada com a introdução de outros materiais no plástico, como pó metálico.
condutividade térmica. Sua baixa condutividade térmica serve em empregos onde o isolamento térmico é necessário, como em revestimento interno de geladeiras. No entanto, esta propriedade causa problemas de processamento, uma vez que o calor do fundido é mais difícil de ser removido.
resistência química. Os plásticos são pouco suscetíveis à corrosão e bastantes resistentes a ácidos, bases ou soluções de água. No entanto, em muitos casos, são solúveis em solventes orgânicos, como a gasolina.
porosidade. A alta permeabilidade a gases, motivada pela grande distância molecular (baixa densidade) é muitas vezes desvantajosa. No entanto, esta permeabilidade permite certas aplicações especiais, como a fabricação de membranas para filtros.
amortecimento. Os plásticos possuem características de amortecimento que contribuem na diminuição do ruído, como no caso das engrenagens.
instabilidade dimensional. Os plásticos são suscetíveis ao empenamento, rachaduras e deformação por fluência. São também relativamente macios e facilmente riscáveis.
Deterioração. Os plásticos estão sujeitos à deterioração ante a exposição solar e ao ar. Muitos são atacados por microorganismos.
odor. Alguns materiais possuem odores definidos, nem sempre agradáveis.
resistência mecânica. Em geral os plásticos não são muito resistentes, no entanto apresentam boa flexibilidade.
obtenção de propriedades otimizadas. A baixa temperatura de processamento também permite a introdução de aditivos, como corantes, cargas de enchimento, cargas de reforço, etc.
O primeiro material que poderia ser classificado como um plástico foi criado pelo químico inglês Alexander Parker, que em 1862 criou a “parkesina”. Tratava-se de um material celulósico feito a partir de fibras de algodão, resultantes de sobras das indústrias têxteis, misturado com ácidos nítrico e sulfúrico, em presença de óleo de rícino. No entanto, foi abandonado diante da dificuldade do desenvolvimento de um processo econômico de fabricação de peças com este material.
Um pouco mais tarde, em 1870, John Wesley Hyatt, nos EUA, patenteou um processo de fabricação parecido com a da parkesina, onde o óleo de rícino foi substituído pela cânfora, criando assim o celulóide. Este material foi intensamente utilizado, durante décadas, na fabricação de dentaduras, pentes, armações de óculos, filmes fotográficos, bonecas, bolas de tênis-de-mesa, etc. Porém, tratava-se de um material altamente inflamável levando-o, gradativamente, ao desuso principalmente pelo surgimento de outros plásticos de propriedades e processos mais interessantes.
Um dos substitutos do celulóide foi a baquelite, um composto de fenol e formaldeído patenteado pelo belga Leo Baekeland, em 1907. Pelo fato de ser muito menos inflamável o seu uso foi amplo, especialmente na fabricação de gabinetes de equipamentos elétricos. Sua lenta substituição, a partir da década de 50, se deu principalmente por razões estéticas, uma vez que este material apresentava poucas possibilidades de variações de cores.
	
	Um breve histórico dos plásticos pode ser apresentado:
1913 – Celofane; 
1926 – PVC; 
1933 – Polietileno; 
1938 – Teflon; 
1939 – Nylon.
A rigor, os plásticos experimentaram maior desenvolvimento econômico a partir dos anos 30 quando o modelo estrutural dos polímeros foi estabelecido pelo químico alemão Hermann Staudinger (ganhador do prêmio Nobel de 1953). Assim, uma maior gama de tipos de plásticos com diferentes propriedades puderam ser cientificamente formulados, e não mais empiricamente. 
	Com o grande consumo do petróleo a partir, principalmente, da década de 50 houve forte crescimento da produção de plásticos. Nesta época, os produtos secundários do petróleo tinham baixo valor comercial e, uma vez que é matéria-prima essencial, os plásticos tiveram seus preços bastante competitivos.
Os plásticos são elaborados por processos de síntese química, conhecidos como reações de polimerização, a partir de um produto químico simples denominado monômero que contém carbono (C) e hidrogênio (H). Podem também conter oxigênio (O), nitrogênio (N) ou enxofre (S). Como já mencionado, o petróleo é a fonte mais fácil de obtenção desses monômeros.
A Figura 1 mostra a parcela do petróleo destinada à fabricação dos plásticos, conforme Michaeli, W. et al (2000).
Figura 1 - Divisão da matéria-prima na fabricação de plásticos (Michaeli et al., 2000).
Na separação do petróleo, numa torre de destilação, são obtidos gás, gasolina, querosene, GLP, asfalto, entre outros. O destilado mais importante para a produção do plástico é a nafta, que é dividida por um processo de separação térmica (craqueamento) em etileno, propileno, butileno e outros carbohidratos. A nafta aquecida a 850°C, por exemplo, fornece cerca de 30% de etileno. A partir do etileno, produz-se o polietileno por meio de reações de polimerização.
1.2 Síntese dos plásticos
	A matéria-prima dos plásticos são substâncias denominadas de monômeros (ou meros). A partir desta substância básica são produzidas as macromoléculas do plástico, cujo tamanho compreende vários milhares de moléculas monoméricas (polímero). A síntese química responsável pela formação dos plásticos é por isso, chamada de reação de polimerização. O número de vezes que o monômero se repete na molécula é chamado de grau de polimerização e serve de indicação do comprimento médio das moléculas presentes na resina plástica. De um modo geral, maiores graus de polimerização asseguram melhores propriedades físicas ao produto. 
Os polímeros compostos por apenas um tipo de mero são conhecidos como homopolímeros. Quando são compostos por dois ou mais tipos de meros distintos são chamados de copolímeros, sendo a operação de obtenção dos mesmos conhecida como copolimerização. A copolimerização é normalmente empregada com o objetivo de alterar as propriedades de um polímero, seja para melhorar seu desempenho em serviço ou, então, para facilitar seu processamento.
As reações de polimerização podem ser de dois tipos: reações de adição e de condensação.
Na reação de adição um monômero não saturado, sob condições definidas de pressão e temperatura, e em presença de um catalisador, polimeriza pela ruptura da ligação dupla fazendo com que os meros se encadeiem sem liberar qualquer produto secundário. Desta forma todo o materialé convertido em polímero. 
Um exemplo de polímero produzido pela reação de polimerização por adição é o policloreto de vinila (PVC) produzido a partir do cloreto de vinila:
	 
	Nesta reação “n” representa o grau de polimerização, enquanto o peróxido de benzoíla atua como catalisador, sem intervir na reação. O número “n” situa-se normalmente acima de 10.000. Para que se tenha uma idéia das proporções da molécula suponha sua ampliação em 1.000.000 de vezes. Ela teria, então, uma espessura de 20 cm e um comprimento de 1 km.
Na reação de condensação (ou policondensação), dois reagentes geram o polímero liberando algum produto secundário, também sob condições definidas de temperatura e pressão, e sempre em presença de um catalisador adequado. Um exemplo é a obtenção da poliamida (comercialmente conhecido por nylon®) por meio da reação de um diácido (ácido adípico) com um uma diamina (hexametilenodiamina), liberando-se água como subproduto. 
		
Alguns autores citam um terceiro tipo de reação de síntese: a poliadição. Nesta reação são necessários duas moléculas com uma ligação facilmente separável, como um molécula insaturada, e uma molécula com um terminal de hidrogênio. O hidrogênio é separado e a ligação insaturada da outra molécula é rompida. Com isso são abertas três posições, uma na molécula de onde o hidrogênio saiu e outras duas da ligação insaturada rompida. O hidrogênio migra, então, para uma das ligações insaturadas rompidas e os outros dois terminais restantes se ligam unindo as duas moléculas, conforme esquema ilustrativo da Figura 2. Estes mesmos autores chamam a reação de polimerização de adição simplesmente de polimerização enquanto a reação de poliadição mantém a mesma nomenclatura.
 
Figura 2 – Reação de poliadição.
	Os átomos das moléculas monoméricas são unidos por ligações covalentes, no entanto as moléculas dos polímeros adjacentes, ao lado, são unidas por forças intermoleculares, também conhecidas por forças secundárias, ou ainda forças de Van Der Walls. Esta força de natureza elétrica atrai as moléculas pelos seus pontos mais eletronegativos e eletropositivos respectivamente, fazendo-as interagir. Pode-se, grosseiramente, fazer uma analogia desta situação com uma massa de espaguete onde os fios de macarrão constituem-se as moléculas e o molho faz o papel da ligação. É fácil depreender que moléculas mais longas, de maior peso molecular, possuem a chance de ter maiores números de pontos de atração entre as moléculas adjacentes, e com isso melhores as propriedades mecânicas do plástico.
	Sabe-se que o calor atua sobre as moléculas movimentando-as. Com isso as forças intermoleculares enfraquecem e a partir de uma determinada temperatura elas cessam permitindo movimentarem-se facilmente umas em relação às outras. Caindo novamente a temperatura, a movimentação das moléculas é reduzida e as forças são restabelecidas novamente. 
	As ligações entre os átomos, por sua vez, não são eliminadas com o calor. Elas são muito mais intensas e somente são interrompidas quando a temperatura alcança valores capazes de degradá-las. Neste caso, as ligações não são recompostas quando se abaixa a temperatura permanecendo o plástico degradado definitivamente.
	
Quanto ao arranjo espacial, os polímeros podem apresentar moléculas lineares (sem ramificações) ou com ramificações. Ou ainda um terceiro tipo onde as moléculas com ramificações estabelecem ligações ente si formando reticulados tridimensionais, ou ligações transversais (cruzadas). Neste último caso pode-se fazer uma analogia (mais uma!) com uma esponja.
As moléculas com ramificações tendem a diminuir a formação de grupos de moléculas com uma mesma orientação (cristalitos), o que acaba comprometendo as propriedades mecânicas dos polímeros. Já a formação de arranjos tridimensionais impede o deslizamento relativo entre as moléculas, uma vez que há ligações entre elas, aumentando a resistência mecânica. Neste caso o plástico é infusível e insolúvel.
A Figura 3 mostra, esquematicamente, os possíveis arranjos moleculares dos polímeros.
Figura 3 – Representação dos tipos de cadeias poliméricas.
	Em função do seu comportamento na moldagem, os plásticos são classificados em duas grandes categorias: os termoplásticos e os termofixos (ou ainda, termorrígidos ou termoestáveis).
	Os termoplásticos são constituídos de cadeias predominantemente lineares, eventualmente cadeias ramificadas, de fraca interação intermolecular entre as moléculas adjacentes. Com o aumento da temperatura e o conseqüente enfraquecimento das interações o material amolece (plastifica). Com o abaixamento da temperatura as ligações se restabelecem. Um novo aquecimento plastifica novamente o material permitindo a deformação e a moldagem. Portanto, os termoplásticos são reversíveis e remoldáveis.
	Os termofixos apresentam comportamento radicalmente distinto quando aquecidos, pelo fato de serem constituídos de cadeias tridimensionais. Desta forma o aumento da temperatura não amolece o material em momento algum, mas sim o degrada quanto a temperatura atinge valor suficientemente alto para destruir as ligações transversais.
	A polimerização desses materiais ocorre em dois estágios. O primeiro na fabricação do material, que é considerado um composto intermediário, cujas moléculas apresentam cadeias lineares ou ramificadas. Num segundo estágio, na moldagem, as moléculas reagem entre si ou com um agente de cura (ou catalisador) estabelecendo ligações transversais que produzem complexas moléculas tridimensionais altamente estáveis. A reação ocorrida no segundo estágio é conhecida como “cura” e, uma vez completada, o material não pode mais ser remoldado. 
	Dependendo do polímero a cura pode ser induzida na temperatura ambiente, como ocorre com as populares massas plásticas utilizadas em serviços de funilaria, calefação de granito, etc. 
	Os materiais termofixos geralmente apresentam melhor resistência à temperatura, estabilidade química e propriedade elétrica superiores aos dos termoplásticos. No entanto, os processos são mais caros por não permitir nível de automação tão alto quanto dos termoplásticos.
	Os mais antigos plásticos sintéticos são os fenólicos, conhecidos popularmente por baquelite. No primeiro estágio é produzida uma resina resultante da reação entre o fenol e o formaldeído:
A cura é feita no segundo estágio pela adição de hexametileno-tetramina (C6H12N4), que sob condições adequadas de temperatura (cerca de 1600°C) e pressão (cerca de 7MPa) se decompõe em formaldeído e amônia. A amônia atua como catalisador e o formaldeído como agente de cura estabelecendo as ligações transversais numa reação de condensação. A resina inicialmente gelatiniza e posteriormente se torna dura e infusível, podendo então ser removida do molde.
Cristalinidade
A estrutura molecular dos termoplásticos pode ser amorfa ou cristalina. Acima do ponto de amolecimento todos os plásticos apresentam estrutura amorfa (sem forma), com as moléculas enoveladas, entrelaçadas entre si. Com o resfriamento, na temperatura ambiente, alguns tipos de resinas formam regiões onde as moléculas são ordenadas e, por isso, densamente compactadas. Estas regiões são chamadas de cristalinas (cristalitos). Como conseqüência desse arranjo estes polímeros apresentam maior resistência, pois o escorregamento relativo entre as moléculas é inibido. Esta propriedade se torna mais acentuada se os cristalitos assumirem uma orientação, de forma a ficarem todos aproximadamente na mesma direção. Porém, o aumento da resistência numa direção preferencial provoca uma diminuição na resistência nas direções perpendiculares à preferencial.
Entretanto, nenhum polímero chega a ser completamente cristalino. Por isso, define-se um índice de cristalinidade que representa a razão entre o volume do material que se apresenta sob a forma cristalina e o volume total considerado.
 
A tendência à cristalinidade está bastante relacionada com o comprimentoe a quantidade de ramificações da cadeia molecular dos polímeros. Ramificações longas e numerosas tendem a inibir a formação de cristalitos.
Certos polímeros quando aquecidos têm sua transparência gradualmente aumentada, quando progressivamente passam a apresentar estrutura amorfa. Por este fato torna-se evidente a característica transparente dos polímeros amorfos.
A Figura 4 apresenta as estruturas amorfa e semi-cristalina dos termoplásticos.
Figura 4 – Estrutura de termoplástico amorfo e cristalino.
Propriedades térmicas e mecânicas
De maneira distinta dos aços, os plásticos apresentam o módulo de elasticidade (E) dependente do tempo, de modo que seu valor obtido em ensaios de curta duração não tem validade no projeto de peças plásticas. Com efeito, verifica-se que um corpo de prova de plástico submetido a um carregamento constante apresenta um elongamento crescente. 
Submetendo o plástico a um carregamento suas moléculas enoveladas alongam-se. Mas, uma vez retirada a carga, suas moléculas retornam a posição original, desde que o carregamento seja relativamente pequeno. Carregando-se por um tempo mais longo as forças intermoleculares lentamente cedem fazendo com que as macromoléculas deslizem entre si. O alongamento decorrente deste deslizamento não é mais recuperado após a retirada do carregamento.
O alongamento do plástico é, então, em parte elástico e em parte plástico (viscoso). Por este motivo o comportamento do plástico é considerado viscoelástico. Este comportamento pode ser simplificadamente descrito pelo modelo de Maxwell, ilustrado na Figura 5.
 
Figura 5 – Modelo de Maxwel para o comportamento viscoelástico dos polímeros.
O modelo é composto de um amortecedor e uma mola. Submetido a uma força, a mola será alongada enquanto o amortecer mantém-se inerte. Mantido o carregamento o amortecedor irá se alongar lentamente. Uma vez retirada a carga a mola retorna a sua posição original enquanto que o amortecedor permanecerá com um alongamento remanescente (alongamento plástico).
Um comportamento do plástico, baseado no mesmo princípio, é o efeito recuperativo. Como exemplo pode-se tomar a dobradura de um tubo plástico, possível graças ao seu aquecimento. Com o resfriamento o tubo permanece moldado. Se pudesse observar as moléculas na região dobrada se verificaria que elas não se encontrariam mais enoveladas, mas sim esticadas. Como a temperatura é muito baixa elas não conseguem retornar à sua forma original. Mas quando novamente se aquece o tubo moldado, as moléculas movimentam-se à sua posição inicial e, com isso, puxam o tubo para a sua posição original. Este processo, onde as orientações moleculares foram recuperadas, é chamado de comportamento recuperativo, ou memória do plástico.
Como se pode perceber, a temperatura e o tempo têm influência decisiva no comportamento mecânico dos plásticos. Um polímero mantido a temperatura suficientemente baixa é relativamente rígido e quebradiço, não apresentando mobilidade de suas moléculas. Com o aumento progressivo da temperatura atinge-se uma região de transição vítrea, em torno de uma temperatura (tg) a partir da qual as cadeias moleculares da região amorfa adquirem aos poucos sua mobilidade. Nessa região o plástico passa a se comportar cada vez mais flexível, menos viscoso.
Se o polímero for suscetível de cristalizar (como os termoplásticos de cadeias lineares), e o aquecimento for lento, pode ocorrer um aumento momentâneo do índice de cristalinidade promovido pela maior mobilidade das moléculas, que prosseguindo o aquecimento torna a cair em face da crescente mobilidade das cadeias (Figura 6).
Figura 6 – Forma típica da curva de cristalinidade em função da temperatura para um polímero de cadeia linear.
Prosseguindo-se o aquecimento alcança-se a tempertura de fusão cristalina (tm) onde desaparecem completamente as regiões cristalinas. É acima dessa temperatura que se pode moldar o material. Mas se o aquecimento prosseguir atinge-se a temperatura de degradação do polímero, numa reação irreversível. Como regra tg é aproximadamente 2/3Tm. Um exemplo dessa relação é o polietileno de alta densidade cujo tg = -90 °C e tm = 137 °C.
A temperatura na qual ocorrem as temperaturas tg e tm é identificada pela variação do volume específico do polímero. A Figura 7 mostra o comportamento do volume específico em função da temperatura para um polímero com estrutura cristalina, desde a região líquido viscosa (A) até a região vítrea (D). Resfriando-se a partir do ponto (A), passa-se pelo ponto (B) onde ainda há líquido mas com alguma resposta linear. Continuando o resfriamento, (C) representa a região viscosa e (E) a região formada por cristalitos na região viscosa. (D) é a região vítrea enquanto (F) é formada por cristalitos na região vítrea.
Figura 7 – Volume específico em função da temperatura para um polímero com estrutura cristalina.
Uma vez moldada a peça sua manipulação só é possível abaixo da temperatura de distorção, uma vez que acima dela a viscosidade das regiões amorfas é tão reduzida que o material pode se deformar com o peso próprio.
Certos materiais apresentam temperatura de transição vítrea bem abaixo da temperatura ambiente e por isso mostram-se flexíveis, como é o caso do polietileno e polipropileno, por exemplo. Já o policarbonato e o poliestireno apresentam-se frágeis e quebradiços porque suas correspondentes temperaturas vítreas se situam bem acima da temperatura ambiente. 
As variações da temperatura, mesma que pequenas, podem produzir substanciais alterações na viscosidade do plástico, e por isso em sua deformação, devido ao afastamento da temperatura de transição vítrea. A Figura 8 mostra o efeito da temperatura sobre o comportamento de um polímero de cadeia linear (suscetível, portanto a formar cristalitos) sob tração.
Figura 8 – Efeito da temperatura sobre a resistência em um polímero.
Como se sabe, o tempo também exerce papel decisivo no comportamento do material plástico sob carregamento. A Figura 9 mostra a variação no nível de deformação em função do tempo, após a aplicação e após a remoção da carga num corpo de prova.
A deformação elástica instantânea verificada no momento da aplicação da carga é devida à tensão aplicada. A deformação elástica retardada deve-se à movimentação lenta das cadeias moleculares, que progressivamente se desdobram e se desenovelam, o que leva algum tempo para ocorrer. O escoamento viscoso é explicado pelo escorregamento relativo das moléculas. Com a posterior descarga do corpo de prova, as moléculas não mais retornam à configuração inicial, deixando uma deformação permanente.
Figura 9 – Deformação em função do tempo em ensaio de longa duração de carga e descarga.
Esse comportamento do polímero no qual sua deformação é dependente do tempo de aplicação da carga causa influência na tensão aplicada no material, que é tanto maior quanto maior a intensidade do carregamento. A Figura 10 ilustra este comportamento para um policarbonato à 23 °C em ensaio de longa duração. 
Figura 10 – Comportamento à tração de um policarbonato para diferentes cargas em ensaio de longa duração.
	O comportamento do plástico à fadiga é bastante distinto dos aços. Nos aços existe uma amplitude limite de tensão abaixo da qual a peça não se rompe qualquer que seja o número de ciclos a qual é submetida. No plástico existe sempre um número de ciclos limite, por menor que seja a carga alternante. Além disso, o carregamento cíclico de alta freqüência pode provocar a falha por aquecimento, amolecendo o material. 
5.5 Aditivos e cargas
	Aditivos podem ser genericamente definidos como substâncias ou ingredientes acrescentados à resina plástica a fim de conferir, eliminar, aumentar ou diminuir determinada propriedade ou característica. Alguns aditivos são de uso tradicional e de composição conhecida. Outros, para aplicações mais especializadas, têm formulações que os fabricantes mantêm como segredo industrial.Os tipos mais comuns de aditivos são:
lubrificantes, estabilizantes, antioxidantes, plastificantes, retardantes de chama, agentes antiestáticos, agentes de esponjamento, agentes de cura, corantes e pigmentos, cargas.
Lubrificantes
São aditivos que ajudam no processamento (moldagem) por sua ação lubrificante tanto interna quanto externa. A lubrificação interna reduz as forças que atuam entre as moléculas fazendo com que deslizem umas sobre às outras, resultando em menor viscosidade e energia necessária ao processo. Naturalmente, os lubrificantes internos atuam somente no estado fundido (pastoso) no estágio de processamento do polímero.
A lubrificação externa se aplica tanto ao termoplástico no seu estado fundido quanto sólido. Seu emprego facilita a movimentação do termoplástico na rosca do cilindro da máquina injetora e nos canais de distribuição e cavidade do molde. Além disso, diminui o atrito da peça com o molde por acasião da extração da peça. Na peça pronta acrescenta propriedades superficiais que no contato com outras peças plásticas ou metálicas diminuem o atrito. 
	Os lubrificantes mais utilizados são os ésteres e álcoois graxos, ácidos graxos, amidas graxas, estereatos metrálicos, polietilenos e silicones. Alguns polímeros são bastante beneficiados com o emprego de lubrificantes, como o ABS e o PVC, mas outros podem prescindir completamente, como o polietileno e o polipropileno.
Estabilizantes 
São aditivos que auxiliam o plástico contra a degradação provocada pela radiação ultravioleta (UV) e pelo calor. Estes aditivos absorvem a radiação e posteriormente a re-irradiam em diferentes comprimentos de ondas ou como energia térmica. 
Entre os plásticos mais sensíveis a este tipo de degradação está o PVC, que tem este problema agravado pelo fato de exigir altas temperaturas no seu processamento.
Os estabilizantes mais comuns são: sais de chumbo, sabões metálicos de cálcioe zinco, sabões de metálicos de bário e cádmio, fosfitos e organocompostos de estanho 
Antioxidantes
	São aditivos usados com a finalidade de evitar ou retardar a degradação dos termoplásticos causada pela oxidação de suas cadeias, por influência atmosférica ou por temperaturas elevadas. A oxidação é uma forma de degradação dos termoplásticos e borrachas sintéticas que afeta sensivelmente a resistência à tração. 
	Os oxidantes de origem fenólica são usados para proteger os plásticos ao longo de sua vida, em serviço. Os aditivos a base de fosfitos são indicados para proteger os plásticos durante a fase de transformação, enquanto que os oxidantes do grupo dos tioésteres são usados em ambos os casos.
Plastificantes
	São produtos líquidos de alto ponto de fusão e baixa taxa de evaporação, baixo peso molecular, que são acrescentados às resinas para melhorar seu comportamento plástico. Em geral se usam plastificantes em resinas duras e quebradiças. A presença de um plastificante abaixa a temperatura de amolecimento da resina e, consequentemente, a temperatura de moldagem. Sua participação em volume no plástico normalmente é bastante alta, chegando a participar com 20 a 50% em peso na formulação do PVC.
	Os plastificantes são basicamente isobutanol, álcool amílico, e álcool tridecílico. 
Retardantes de chama
	São incorporados aos termofixos e as os termoplásticos com o objetivo de reduzir a propensão à inflamação e à combustão. Seu uso em peças de equipamentos onde há risco de incêndio, como nos eletro-eletrônicos, é obrigatórios nos países desenvolvidos e regulamentado segundo à norma americana UL. Apesar dos retardantes de chama serem caros, representando até 50% do custo da matéria-prima, seu uso em peças exportadas é na maioria das vezes uma exigência.
	Os retardantes de chama mais comuns são aqueles á base de bromo, como o TBBA (tetrabromobisfenol), aplicável aos poliésteres, poliestireno, polipropileno e polietileno, e o TDX (tetrabromoxileno), aplicável ao ABS, poliestireno e polietileno. Há também retardantes á base de fósforo.
Agentes antiestáticos
	A maioria dos termoplásticos tende a desenvolver uma carga eletrostática quando em uso ou então em fases do processo, como na extrusão, pelo efeito da fricção. Isto ocorre porque os plásticos são bons isolantes elétricos fazendo que, uma vez adquirido cargas elétricas estáticas, não as perca com facilidade. Os antiestáticos são aditivos que minimizam a criação ou o armazenamento de eletricidade estática. Um dos caminhos é a adição de um lubrificante que minore o efeito da fricção, porém uma vez carregado estaticamente a descarga elétrica do material é dificultada pelo fato de ser um mal condutor. A retenção de cargas elétricas pode ser minimizada pela criação de uma película condutora na superfície da peça de modo que sejam dissipadas na atmosfera. Portanto, o aditivo ideal é aquele que produza uma película condutora e lubrificante ao mesmo tempo.
Agentes de eponjamento
	São aditivos empregados na produção de compostos poliméricos usados em forma celular ou expandida (espumas e esponjas). Eles provocam a expansão do polímero fundido por meio da geração de um gás da decomposição do aditivo, quando a temperatura é elevada. A liberação do gás, normalmente o nitrogênio ou dióxido de carbono, deve coincidir com o momento de maior plasticidade do polímero.
Agentes de cura
	São aditivos que participam ativamente da reação de polimerização com fornecimento de elementos à molécula principal, ao contrário dos catalisadores que estimulam a reação sem participar dela. É o caso do segundo estágio da obtenção da baquelite, onde o formaldeído estabelece as ligações transversais do termofixo.
 Corantes e pigmentos
	As cores naturais dos termoplásticos são: branco leitoso para as poliamidas, acetatos, polietileno e polipropileno; cinza para o ABS; e cristal transparente para o poliestireno, SAN, policarbonato e PVC. Para conferir cor específica ao plástico empregam-se corantes ou pigmentos. 
	Corantes são substâncias de origem orgânica que dissolvem no polímero, podendo conferir cor aos plásticos transparentes. Por se tratar de um produto orgânico podem sofrer alteração de cor ou degradar quando aquecidos demasiadamente. 
Os pigmentos, por sua vez, são substâncias de origem inorgânica geralmente insolúveis que conferem cor por ao plástico por dispersão. Eles reduzem a transparência e por isso podem ser usados para mascarar defeitos de fabricação de peças plásticas.
Cargas
	São aditivos usados para aumentar ou conseguir algumas propriedades específicas dos plásticos, de forma a não reagir ou se solubilizar. Nos termofixos, as cargas compreendem uma vasta gama de materiais, incluindo asbestos, serragem e pós metálicos. Nos termofixos as cargas de uso mais freqüentes são a fibra de vidro, fibra de carbono, micro-esferas de vidro, talco e caulim. Visando obter características bastante especiais são empregados grafite em pó, bissulfeto de molibdênio e pós metálicos. O uso de cargas em termoplásticos é muito comum, no entanto a sua porcentagem deve ser limitada para evitar a perda da característica típica do material, responsável por sua seleção.
Plásticos mais comuns e suas aplicações
Pelo fato de existir mais de quarenta tipos de famílias de termoplásticos e, pelo menos, dez de termofixos serão aqui abordados apenas os plásticos mais empregados em Engenharia.
Poliolefinas 
Esta importante família de termoplásticos são também chamadas de resinas vinílicas. Elas tem em comum a estrutura básica molecular representada pela fórmula geral
 
Onde X representa o radical que caracteriza o termoplástico.
X - H polietileno (PE)
X - CH3 polipropileno (PP)
X - Cl policloreto de vinila (PVC)
X polistireno (PE)
X polibuteno –1 (PBT)
Polietileno (PE)
É um termoplástico tenaz de aparência untosausado na fabricação de brinquedos, filmes para embalagens, isolantes flexíveis para cabos elétricos e recipientes produzidos por extrusão, injeção ou sopro. 
Em função de sua densidade podem ser classificados em polietileno de baixa (0,91 a 0,925 g/cm3), alta ( 0,945 a 0,96 g/cm3) e média densidade (0,925 a 0,945g/cm3). O primeiro caracteriza-se por moléculas bastante ramificadas, o segundo por longas moléculas lineares e o último por arranjo intermediário. Em qualquer caso são obtidos grau de polimerização (n) da ordem de 500 a 1000. Polietilenos de cadeia curta (da ordem de 200) constituem parafinas duras com utilização em revestimentos, ceras para assoalho, etc.
Figura 11 – Propriedade dos polietilenos de baixa, média e alta densidade. 
	Nas últimas décadas vem sendo desenvolvidos os chamados polietilenos de ultra alto peso molecular (UHMWPE), que em virtude de sua alta viscosidade à fusão não se adaptam aos processos convencionais de moldagem de termoplásticos (injeção, extrusão, sopro). Eles são moldados por processos de compressão, extrusão por impacto, ou forjamento a quente de tarugos extrudados por impacto. Suas propriedades são substancialmente melhores do que os polietilenos convencionais, podendo ser utilizados em temperaturas de até 93 °C. Graças à sua alta resistência à abrasão, ao impacto e baixo coeficiente de atrito, são empregados em correias transportadoras, mancais, trilhos-guia, entre outras, tendo inclusive deslocado os metais.
Polipropileno (PP)
	É fruto do desenvolvimento da família do polietileno, mas apresenta maior resistência ao calor, menor densidade (0,905 g/cm3) mas mantendo outras propriedades similares. Sua alta cristalinidade lhe confere elevada resistência mecânica, rigidez e dureza que se mantém a temperaturas relativamente altas. Por seu menor preço vem substituindo o polietileno em suas aplicações. É usado na fabricação de brinquedos, calçados, utensílios domésticos, carcaças de baterias, frascos, entre outros. 
Policloreto de vinila (PVC)
	É um dos mais importantes termoplásticos em uso. Na sua forma original apresenta-se duro e rígido mas a introdução de aditivos (plastificante) torna-o bastante flexível, permitindo sua moldagem. A adição de 5% de acetato de vinila (H2C=CH-C2H3O2) fornece um produto flexível para mangueiras, cortinas de banheiro, etc. Apresenta relativa resistência à combustão – queima sob a chama direta, mas não sustenta a combustão se cessado a chama. 	
Poliestireno (PS)
	Termoplástico que se adapta muito bem às condições de produção em massa pelo fácil processamento. É usado na fabricação de painéis de geladeira e carcaça de aparelhos eletro-eletrônicos. Por não apresentar interfaces cristalinas mostra-se transparente, possibilitando uma ampla gama de cores. Contudo, não se adapta à exposição do tempo, quando trinca e perde a cor, embora se comportem melhor com aditivos protetores.
Polibuteno-1 (PBT)
	Suporta temperaturas de mais de 90 °C em serviço e é indicado, principalmente, em situações onde se exige maior resistência à fadiga e a fluência. É facilmente moldável apesar de seu alto peso molecular. Um emprego típico é em peças plásticas de ferro de passar roupa.
5.6.2 Acrílicos
A rigor constituem-se numa subclasse das poliolefinas, mas por sua importância é tratado individualmente. São relacionados com o ácido acrílico (CH2=CH-COOH) ou com o ácido metacrílico (CH2=CCH3-COOH):
Polimetacrilato de metila (PMMA)
Produto não cristalino, reúne uma combinação extraordinária de propriedades óticas, como estabilidade à luz e brilho, e facilidade de conformação. É usada na forma de placas prensadas para painéis de luminosos e dentaduras, esta última moldada a partir de pós. Pode ser formulado numa variedade de cores transparentes, translúcidas e opacas. Na moldagem por injeção necessita de pressões consideravelmente maiores que o polistereno. Um dos maiores problemas está ligado a formação e propagação de trincas sob tensão, com correspondente perda de resistência e transparência.
Poliacrinolitrilo (PAN)
	Pode ser cristalizado, fornecendo uma fibra sintética extremamente resistente e de elevada estabilidade ao tempo. É usada para a confecção de cordas náuticas e de tecidos, que molhados pela água não penetra nas fibras sendo, por isso, absorventes e de secagem rápida. Também pode ser empregado como plastificante para o PVC.
Acrilonitrilo-Butadieno-Estireno (ABS)
	O acrilonitrilo contribui, ainda, para a composição de uma série de copolímeros de elevado interesse industrial. Os mais destacados são o ABS e o SAN.
	 O ABS é um terpolímero, ou seja, apresenta três meros em sua cadeia, representado pelas suas iniciais, fornecendo uma combinação balanceada de tenacidade, amplitude de faixa de temperatura de serviço, estabilidade dimensional, resistência química, resistência à abrasão e facilidade de fabricação. Seu aspecto é opaco, sedoso e de alto brilho. A proporção de seus três monômeros (acrilonitrila, butadieno e estireno) pode ser variada para se obter diferentes graus de rigidez e resistência ao calor.
	 Seu emprego é comum na fabricação de peças estruturais e onde é necessário boa aparência, como na fabricação de cabinetes de rádios, TV, aparelhos de som, painéis de automóveis, hélices de ventiladores, telefones, etc. 
Estireno-acrilonitrila (SAN) 	
	O copolímero do estireno e do acrilonitrilo apresenta alta resistência mecânica, dureza e estabilidade de forma ao aquecimento, além de alta transparência.
Celulósicos
A celulose é um material fibroso, natural, encontrado principalmente no algodão. Suas moléculas são longas (n ( 5000), semelhantes ás dos termoplásticos sintéticos, entretanto ela não pode ser moldada uma vez que apresentam ligações transversais em suas cadeias moleculares.
Somente após o processo de purificação, onde ocorre decomposição oxidativa e térmica, é obtido a celulose química (n ( 1000) que é a matéria-prima para a produção de ampla gama de resinas, sendo que as mais importantes são: nitrato de celulose; acetato de celulose; e etil-celulose. 
Celulose regenerada 
	Tratando-se a celulose química obtém-se o xantato de celulose cujas moléculas são fracionadas ainda mais, alcançando um grau de polimerização de 350 a 400 e as ligações intermoleculares rompidas. Em seguida um banho de H2SO4 restabelece as ligações, regenerando a celulose.
	Extrudando a celulose regenerada através de uma fenda obtém-se o celofane, amplamente utilizado em embalagens alimentícias. A celulose regenerada, por sua vez, constitui o raion (Rayon), que possivelmente é a fibra sintética mais importante, por sua utilização desde o final do século XIX, quando foi criada.
Nitrato de celulose (CN)
	É o mais antigo dos plásticos, sendo obtido pelo tratamento da celulose pelo ácido nítrico, gerando um material plástico instável de difícil moldagem dada sua alta inflamabilidade. Este material, conhecido como celulóide, adapta-se na moldagem por sopro podendo-se fabricar bolas de pingue-pongue, brinquedos, armações de óculos, pentes, etc.
Acetato de celulose (CA)
	Utiliza a estrutura molecular da celulose sem apresentar, porém, os mesmos problemas de sensibilidade à temperatura e facilidade de combustão. É produzido pelo tratamento da celulose química obtendo-se um grau de polimerização entre 200 e 300. Esse polímero serve para a produção de uma fibra conhecida como acetato.
Fluoroplásticos
Os fluoroplásticos (ou fluorocarbonos) são termoplásticos cujo elemento mais ativo é o flúor, ao invés do carbono. Apresentam propriedades notáveis de: estabilidade química; resistência a altas temperaturas; baixo coeficiente de atrito; e propriedades dielétricas numa ampla faixa de temperatura. Sua baixa resistência mecânica pode ser adequadamente contornada pela adição de cargas de fibra de vidro ou dissulfeto de molibdênio. Dois tipos de fluoroplásticos encontram maior aplicação: 
Politetrafluoretileno (PTFE)
	É obtido pela polimerização do tetrafluoretileno (CF2=CF2), sendo mais conhecidopor Teflon, sua designação comercial. De aparência untosa e coloração branca é tenaz e semiflexível. Apresenta coeficientes de atrito extraordinariamente baixos para superfícies metálicas, motivo pelo qual é utilizado em mancais, interessante em velocidades baixas ou intermitentes, quando não se forma película de lubrificação hidrodinâmica.
	A temperatura máxima de serviço do PTFE supera à de qualquer plástico carbonado, de 200 °C em períodos contínuos e de até 330 °C em curtos intervalos. Sua flexibilidade é mantida em temperaturas sub-zero, é inerte à ação da maioria dos reagentes químicos (menos o flúor, por exemplo), razão pelo qual é empregado em assentos de válvulas e peças de bombas que processam produtos químicos. 
	É altamente cristalino e, por isso, translúcido e opaco. Temperado a 330 °C torna-se amorfo e transparente, e mais tenaz e flexível, podendo ser trefilado a frio.
Poliamidas (PA)
Termoplásticos desenvolvidos pela Du pont é mais conhecido por Nylon, seu nome comercial. Apresentam elevados valores de resistência à tração (até 76 MPa), boa resistência ao impacto e alta resistência à abrasão. No entanto são amolecidos na presença de álcoois, glicís e água.
A identificação dos náilons se faz pelo número de carbonos oriundos do ácido e da diamina, como no náilon 6.6 (PA 6.6), ou simplesmente pelo número de átomos de carbono presentes no ácido aminado, como o náilon 6.
De um modo geral apresentam grande capacidade para suportar cargas dinâmicas, dureza e rigidez elevadas, amortecimento de choques, ruídos e vibrações, resistente à abrasão, estabilidade térmica e resistência à ataques químicos. Por isso, são empregados em engrenagens, buchas, rotores de bombas, isoladores elétricos, rodízios capacetes, entre outros. É estável aos álcoois, óleos e graxas mas instável na presença de ácidos e cetonas. 
Policarbonatos (PC)
Condensados lineares da família dos poliésteres mostram-se pouco propensos à cristalização. Derivada do bisfenol A e do ácido carbônico, apresenta a seguinte estrutura molecular:
	Sua temperatura de amolecimento é da ordem de 200 °C, sem, no entanto dificultar a moldagem por injeção. Tanto as propriedades mecânicas quanto elétricas são superiores as dos demais materiais sintéticos, além de mostrar boa estabilidade dimensional. São usados em aparelhos elétricos, materiais de escritório, luminotécnia, entre outros.
5.6.7 Polioxidometileno (ou Acetatal) (POM)
	Polímero linear de alto índice de cristalinidade, com fórmula estrutural (-CH2-O-)n, podem ser moldados por injeção ou extrusão. Possuem elevada resistência à tração (70 MPa), rigidez à flexão, resistência à fadiga e boa estabilidade dimensional. São usados em engrenagens, corpos de bombas hidráulicas, eixos e todos os tipos de peças que sofrem cargas dinâmicas.
5.6.8 Poliuretano
	Engloba tanto termoplásticos quanto termofixos. Os poliuruetanos lineares (termoplásticos) apresentam elevada tendência à cristalização, maior que das poliamidas, o que lhes confere elevada resistência química. Podem ser moldados por injeção e extrusão, aplicados na produção de fibras, como a Lycra, cerdas e espumas de larga faixa de densidade. São tenazes, resistentes à abrasão e ao impacto, mas tendem à fragilização, ao amarelamento e à deterioração quando expostos à radiação ultravioleta da luz. 
	Dependendo do grau de interligações entre as moléculas, o poliuretano termofixo pode fornecer desde colas e lacas até materiais macios e elásticos como a borracha. 
5.6.9 Silicones 
	São compostos mais resistentes à temperatura do que a grande maioria dos demais plásticos, usados em larga escala na produção de resinas, tintas, vernizes e borrachas. Porém são mais caros, tornando-se opção economicamente viável quando se deseja características não disponíveis em outros plásticos. Seu efeito estabilizador às altas temperaturas (por volta de 260 °C) é conseguido pela substituição do carbono pelo grupo ( ( Si – O - ), como por exemplos nos silicones líquidos, os dimetil silicones:
 
	Apresentam excelentes propriedades elétricas (dielétrica) e inércia química, mas suscetíveis aos vapores d’água.
5.6.10 Poliésteres
	Podem ser termoplásticos, quando suas moléculas resultam da reação de condensação de um diálcool com um diácido, gerando produtos saturados. Ou, então, produtos não saturados que fornecem poliésteres termofixos. Mas, sem dúvida, os poliésteres termoplásticos (saturados) são os mais importantes.
	Os poliésteres saturados resultam da condensação do etileno glicol e do ácido teraftálico cujo produto mais conhecido, atualmente, é o polietileno tereftalato (PET) extensivamente usado na fabricação de embalagens de refrigerantes. Além disso, os poliésteres saturados podem ser convertidos em fibras de grande resistência mecânica, películas cinematográficas e fitas de áudio.
 
Polietileno tereftalato (PET)
 Bibliografia 
Blass, A. Processamento de Polímeros. Editora da UFSC, 2° Edição, 312 p., 1988.
Michaeli, W.; Greif, H.; Kaufmann, H.; Vossebüerge, F. Tecnologia dos Plásticos. Editora Edgard Blücher, 205 p, 2000.
Callister, W. D. Jr. Materials Science and Engineering: an introduction. Editora John Willey & Sons, 811 p., 3° ed., 1994.
Materiais Plásticos. Publicação interna da Robert Bosch Ltda, 63 páginas, s/d.
Guedes, B. et al. O plástico. 4. ed. São Paulo: Editora Érica, 1997. 160 p. 
H
H
Cl
H
C = C
C - C
H
Cl
H
H
n
n
peróxido de benzoíla
cloreto de vinila
policloreto de vinila
 
 N - C – C – C – C – C – C - N + C – C – C – C – C – C 
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
O
O
ácido acético
O
O
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
 
N – C – C – C – C – C - C - N – C – C – C – C – C – C + n (H2O)
H
H
H
H
H
H
H
n
n
ácido adípico
hexametilenodiamina
polihexametileno adipamida (poliamida ou nylon 66)
linear
ramificada
tridimensional
(C6H12N4)
H
H
OH
OH
C
H
H
 H 
+ O = C
 H
+ n H2O
+ H2O
 H 
 + O = C
 H
OH
H
H
C
OH
C
H
H
C
H
H
OH
2
fenol
formaldeído
fenol-formaldeído
amônia
vol. na forma cristalina
E
C
F
A
B
C
D
F
E
volume específico
temperatura
tg
tm
0
30
60
90
10
20
30
-25 °C
0 °C
25 °C
50 ° C
deformação (%)
tensão de ruptura (MPa)
deformação
tempo
aplicação da carga
remoção da carga
escoamento
viscoso
deformação elástica instantânea
deformação
elástica retardada
recuperação elástica instantânea
deformação permanente
recuperação elástica retardada
0
400
800
0
30
6
90
1200
tempo (horas)
Tensão (MPa)
20 MPa
23 MPa
26 MPa
29 MPa
tg
tm
índice de cristalinidade
temperatura
 H H
 | | 
 C – C – 
 | |
 H X n
 | |
 C – CH3 
 | |
0,92
0,94
0,96
100
110
120
130
temperatura de amolecimento (°C)
60
70
80
90
baixa
média
alta
cristalinidade (%)
densidade (g/cm3)
 H CH3
 | |
- C – C - 
 | |
 H C = O
 | 
 O
 |
 CH3 
 H H
 | |
 - C – C –| |
 H CN
n
n
Polimetacrilato de metila
Poliacrilonitrila
 F F 
 | |
 - C – C – 
 | |
 F F
n
 F F
 | |
- C – C - 
 | |
 F Cl
n
 CH3
 |
 C
 |
 CH3
 O 
 ||
O – C – O - 
n
 CH3 CH3 
 | |
- Si – O – Si – O –
 | |
 CH3 CH3
n
 O H H
 || | |
- C – O – C – C – O - 
 | |
 H H
 O
 ||
- C -
 
vol. total
 ic =
cristalitos

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