3a aula Física e Produção de Polímeros

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Física e Produção 
de Polímeros
SUMÁRIO DA DISCIPLINA 
- 02/05/22: Engenharia e Ciência dos Materiais
- 09/05/22: Ciência dos Polímeros
- 16/05/22: Ciência dos Polímeros e Tecnologia dos Plásticos
- 23/05/22: Tecnologia dos Plásticos
- 30/05/22: Tecnologia dos Plásticos
- 06/06/22: Tecnologia das Tintas, dos Adesivos e dos Materiais Compósitos 
- 13/06/22: Tecnologia dos Elastômeros
- 20/06/22: Ecologia e Novos Materiais
Tel. 31 98838.6828
CIÊNCIA DOS POLÍMEROS
Relembrando...
- O que são Polímeros?
- São macromoléculas de origem orgânica formadas por 
unidade que se repetem
- Etimologia: Poli (muitos) + Mero (unidades repetitivas)
- Monômero: substância que dá origem ao polímero
- Exemplo
- Monômero: eteno ou etileno
- Polímero polietileno
- O que são Polímeros?
CIÊNCIA DOS POLÍMEROS
Relembrando...
- O que são Polímeros?
- Metais: materiais atômicos
- Polímeros: materiais moleculares
Metais Polímeros
CIÊNCIA DOS POLÍMEROS
Relembrando...
- Polímeros
- Cadeias poliméricas
- Tipos de cadeias
- Lineares
- Monômeros bifuncionais
- Apenas a cadeia principal
CIÊNCIA DOS POLÍMEROS
Relembrando...
- Polímeros
- Cadeias poliméricas
- Tipos de cadeias
- Ramificadas
- Prolongamentos curtos ou longos a partir da cadeia principal
CIÊNCIA DOS POLÍMEROS
Relembrando...
- Polímeros
- Cadeias poliméricas
- Tipos de cadeias
- Cadeias com ligações cruzadas
- principal
CIÊNCIA DOS POLÍMEROS
Relembrando...
- Polímeros
- Copolímeros
- Polímeros que possuem mais de um tipo de mero na composição
... ꟷ A ꟷ A ꟷ B ꟷ A ꟷ B ꟷ B ꟷ B ꟷ A ꟷ B ꟷ A ꟷ B ꟷ A ꟷ A ꟷ B ꟷ A ꟷ ...
CIÊNCIA DOS POLÍMEROS
Relembrando...
- Classificação dos polímeros
- Quanto ao método de preparação
- Quanto à estrutura química
- Comportamento mecânico
- Desempenho (térmico e mecânico)
CIÊNCIA DOS POLÍMEROS
Relembrando...
- Classificação dos polímeros
- Quanto ao método de preparação
CIÊNCIA DOS POLÍMEROS
Relembrando...
Polímero de adição Polímero de condensação
- Classificação dos polímeros
- Quanto à estrutura química
- Polímeros de cadeia heterogênea H O
Poliamidas ꟾ ꟾꟾ
- Presença das ligações amida ꟷ N ꟷ C ꟷ na cadeia principal
CIÊNCIA DOS POLÍMEROS
- Classificação dos polímeros
- Quanto à estrutura química
- Polímeros de cadeia heterogênea
Poliamidas
- Origem:
Poliamidas naturais: proteínas, seda, lã
Poliamidas sintéticas: vários
- Formam muitas ligações de hidrogênio intermoleculares
- Alta resistência térmica e mecânica
- Higroscópico
CIÊNCIA DOS POLÍMEROS
- Classificação dos polímeros
- Quanto à estrutura química
- Polímeros de cadeia heterogênea H
Poliuretano ꟾ
- Presença das ligações ꟷ N ꟷ C ꟷ O ꟷ na cadeia principal
- Mistura de um glicol e um isocianato
- O isocianato reage também com a água presente no glicol, formando 
CO2 e portanto espuma de PU
- Para expansão usava-se também gás freon
CIÊNCIA DOS POLÍMEROS
- Classificação dos polímeros
- Quanto à estrutura química
- Polímeros de cadeia heterogênea
Poliuretano
CIÊNCIA DOS POLÍMEROS
- Classificação dos polímeros
- Quanto à estrutura química
- Polímeros de cadeia heterogênea
Derivados de celulose
- Produtos que parte da celulose natural
- Exemplos:
Acetato de celulose
Acetato butirato de celulose
CIÊNCIA DOS POLÍMEROS
- Classificação dos polímeros
- Quanto à estrutura química
- Polímeros de cadeia heterogênea
Siliconas ꟾ
- Presença das ligações ꟷ Si ꟷ O ꟷ na cadeia principal
ꟾ
- O materiais mais conhecido é o polidimetil silicona (silicone)
CIÊNCIA DOS POLÍMEROS
CIÊNCIA DOS POLÍMEROS
- Classificação dos polímeros
- Quanto ao comportamento mecânico
Plásticos
Termoplásticos
- Com aumento da temperatura, amolecem e fluem 
- Toma a forma do molde
- Este processo pode ser repetido portanto, recicláveis
CIÊNCIA DOS POLÍMEROS
- Classificação dos polímeros
- Quanto ao comportamento mecânico
Plásticos
Termorrígidos ou termofixos
- Com aumento da temperatura, degradam 
- Polimerizam dentro do molde
- Reagem quimicamente formando ligações cruzadas
- Este processo não pode ser repetido portanto, não recicláveis
- Insolúveis e infusíveis
CIÊNCIA DOS POLÍMEROS
- Classificação dos polímeros
- Quanto ao comportamento mecânico
Elastômeros
- Deformação elástica mínima de 200% a temperatura ambiente 
- Cadeias poliméricas flexíveis com baixa densidade de ligações cruzadas
Exemplo:
Borrachas vulcanizadas
CIÊNCIA DOS POLÍMEROS
- Classificação dos polímeros
- Quanto ao comportamento mecânico
Fibras
- Termoplásticos orientados
- L/D > 100
- Orientação aumenta a resistência mecânica
- Exemplos:
Poliacrilonitrila (PAN)
Poliamidas (Náilons)
Poliésteres (PET)
CIÊNCIA DOS POLÍMEROS
- Classificação dos polímeros
- Quanto ao desempenho mecânico
CIÊNCIA DOS POLÍMEROS
- Configuração de cadeias poliméricas
Encadeamento de polímeros
- Configuração são arranjos espaciais da moléculas
- Envolvem ligações intramoleculares (fortes)
- Quebra destas ligações -> degradação do polímero
- A configuração é definida durante a polimerização
CIÊNCIA DOS POLÍMEROS
- Configuração de cadeias poliméricas
Encadeamento de polímeros
Caso R seja grande (poliestireno), a 
configuração preferencial é cabeça-
cauda. Impedimento estérico
CIÊNCIA DOS POLÍMEROS
- Configuração de cadeias poliméricas
Isomeria cis / trans
CIÊNCIA DOS POLÍMEROS
- Configuração de cadeias poliméricas
Taticidade
Diz respeito a regularidade (ou não) dos grupos laterais
Para melhor entendimento, vamos considerar a seguinte cadeia polimérica (polímeros vinílicos):
H R H R H R H R H R H R H R H R
ꟾ ꟾ ꟾ ꟾ ꟾ ꟾ ꟾ ꟾ ꟾ ꟾ ꟾ ꟾ ꟾ ꟾ ꟾ ꟾ
C = C → ● C ꟷ C ● → H ꟷ C ꟷ C ꟷ C ꟷ C ꟷ C ꟷ C ꟷ C ꟷ C ꟷ C ꟷ C ꟷ C ꟷ C ꟷ H 
ꟾ ꟾ ꟾ ꟾ ꟾ ꟾ ꟾ ꟾ ꟾ ꟾ ꟾ ꟾ ꟾ ꟾ ꟾ ꟾ
H H H H H H H H H H H H H H H H
CIÊNCIA DOS POLÍMEROS
- Configuração de cadeias poliméricas
Taticidade
Tipos de polímeros vinílicos
Tipo de “R”
- ꟷ CH3: polipropileno (PP)
- ꟷ Cl: policloreto de vinila (PVC)
- Anel benzênico: Poliestireno (PS)
- ꟷ CN: poliacrilonitrila (PAN)
Estrutura 3D da cadeia polimérica:
https://www.youtube.com/watch?v=2GNr1Nj9c3I
CIÊNCIA DOS POLÍMEROS
- Configuração de cadeias poliméricas
Taticidade
Isotático
Regularidade
CIÊNCIA DOS POLÍMEROS
- Configuração de cadeias poliméricas
Taticidade
Sindiotático
Alternância
CIÊNCIA DOS POLÍMEROS
- Configuração de cadeias poliméricas
Taticidade
Atático
Irregularidade
CIÊNCIA DOS POLÍMEROS
- Conformação de cadeias poliméricas
- Descreve arranjos espaciais possíveis para a 
cadeia polimérica
- Os arranjos são reversíveis
- Deve respeitar a estrutura tetraédrica do C
- Inúmeras possibilidades de forma
- A forma final da cadeia polimérica depende 
- Estrutura química
- Velocidade de resfriamento
- Meio onde está inserida
CIÊNCIA DOS POLÍMEROS
- Conformação de cadeias poliméricas
- Novelo
- Conformação mais usual
- Completamente aleatória
- Tendência de aproximação das pontas da cadeia (baixa energia)
CIÊNCIA DOS POLÍMEROS
- Conformação de cadeias poliméricas
- Zig-zag planar
- Cadeias poliméricas simples (nenhum ou poucos grupos laterais)
- Pode ocorrer em trechos de uma cadeia enovelada
CIÊNCIA DOS POLÍMEROS
- Conformação de cadeias poliméricas
- Helicoidal
- Cadeias poliméricas complexas (grandes grupos laterais)
- Distorção gradativa da configuração zig-zag
- O passo e o diâmetro da hélice depende da taticidade e volume dos grupos laterais
TECNOLOGIA DOS PLÁSTICOS
TECNOLOGIA DOS PLÁSTICOS
- O Plástico
- Definições
- Do grego plastikos (capaz de ser moldado)
- Polímero maleável (adapta-se a diversas formas)
- Facilmente transformável sob calor e pressão 
- Normalmente sintéticos tendo o petróleo como origem. A fração nafta dá origem 
aos monômeros
- Subdividem-se em termoplásticos e termofixos (ou termorrígidos)
TECNOLOGIA DOS PLÁSTICOS
- Termofixos
- Formação de ligações cruzadas(cross-link) ou reticulação ou cura consequência de ligações 
forte irreversíveis
- Com o aumento da temperatura, as características mecânicas pouco se alteram
- A altas temperaturas, se decompõe, não se fundem nem podem ser remodelados, por tanto 
não podem ser reciclados mecanicamente
- Elevada resistência térmica e mecânica
Vídeos:
Termofixos x termoplásticos: https://www.youtube.com/watch?v=rhFc477fs6s
Moldagem: https://www.youtube.com/watch?v=iMwfrizt1hU
TECNOLOGIA DOS PLÁSTICOS
- Termofixos
Formas de se obter a reticulação (ligações cruzadas, cura, cross-link...):
- Monômeros multifuncionais
- Agentes de cura
- Irradiação ionizante
TECNOLOGIA DOS PLÁSTICOS
- Termofixos
- Reticulação por monômeros multifuncionais
- f>2 ꟾ
● C ● + ● D ● → ... ꟷ C ꟷ D ꟷ C ꟷ C ꟷ D ꟷ ...
● ꟾ
... ꟷ D ꟷ C ꟷ C ꟷ ...
TECNOLOGIA DOS PLÁSTICOS
- Termofixos
- Reticulação por agentes de cura
Exemplo: enxofre na vulcanização das borrachas
TECNOLOGIA DOS PLÁSTICOS
- Termofixos
- Reticulação por irradiação ionizante
- Exemplo: raios gama sobre polissulfona
TECNOLOGIA DOS PLÁSTICOS
- Termofixos
- Exemplos de materiais termofixos
Baquelite (poli fenol-formaldeído)
Poliéster termofixo
Poliuretanos
EVA (etileno vinil acetato)
Resina melamínica
TECNOLOGIA DOS PLÁSTICOS
- Termofixos
Poli fenol-formaldeído
Inventor: Leo Baekeland em 1909 – 1º polímero sintético
Também conhecido como resina fenólica
TECNOLOGIA DOS PLÁSTICOS
- Termofixos
Poli fenol-formaldeído
- Alta resistência
Química
Térmica
Mecânica (rigidez, dureza)
- Isolamento elétrico
- Metalografia: resina para embutimento de amostras
- Atualmente existe baquelite “reciclável”
- Outros nomes comerciais: Bakelite, Resol, Novolac
TECNOLOGIA DOS PLÁSTICOS
- Termofixos
Poliéster termofixo
- Difere do PET e do PBT pelas ligações cruzadas
- Conhecido como poliéster insaturado
- Usado como matriz de fibra de vidro
- Vários tipos em função da estrutura química (ortoftálica, isoftálica, bisfenólica...)
TECNOLOGIA DOS PLÁSTICOS
- Termofixos
Poliéster termofixo
- Componentes de baixa produção
- Componente de grandes dimensões
TECNOLOGIA DOS PLÁSTICOS
- Termofixos
Poliéster termofixo
Principais formas de processamento:
SMC (sheet moulding compound) – modelagem por chapas
BMC (bulk moud compound) – modelagem a granel
https://www.youtube.com/watch?v=zezCU2_6OX8
TECNOLOGIA DOS PLÁSTICOS
- Termofixos
Poliuretanos
Di-isocianato Poliol
Ligação uretânica
A variedade da natureza 
química dos reagentes (R e 
R´) confere grande 
variedade de características
TECNOLOGIA DOS PLÁSTICOS
- Termofixos
Poliuretanos
- Inventor Otto Bayer - 2ª Guerra
- Características extremamente variadas
- Componentes rígidos (compósitos)
- Espumas (rígidas e flexíveis)
- Elastômeros
- Termoplásticos
- Tintas
- Alguns nomes comerciais: Vulcolane, Estane, Duroprene
TECNOLOGIA DOS PLÁSTICOS
- Termofixos
Poliuretanos
Espuma: uso de água que reage com o isocianato formando CO2
Espuma de PU “pele integral”
https://www.youtube.com/watch?v=MnwgMmqY4RI
TECNOLOGIA DOS PLÁSTICOS
- Termofixos
EVA (etileno vinil acetato)
- Material flexível
- Expandido ou maciço
- Baixa densidade
- Baixa resistência térmica (máx. 80oC)
TECNOLOGIA DOS PLÁSTICOS
- Termofixos
EVA (etileno vinil acetato)
Sola de calçados 
Laminados
Brinquedos
Adesivos
TECNOLOGIA DOS PLÁSTICOS
- Termofixos
Resina Melamínica
- Produto da reação da melamina com formaldeído
- Uso: utensílios de cozinha, laminados, tintas
- Nomes comerciais: Fórmica, Arbonite Melamina Formaldeído
TECNOLOGIA DOS PLÁSTICOS
- Termofixos
Resina Epóxi
- Produto da reação da epicloridrina com bisfenol-A
- Necessita de um catalizador para a polimerização (agente de cura)
- Resistente à abrasão e ao intemperismo
- Uso: tintas, vernizes, adesivos, placas de circuito impresso, matriz 
para fibras de vidro, carbono, aramida (Kevlar)
Bisfenol-A
Epicloridrina
TECNOLOGIA DOS PLÁSTICOS
- Termofixos
Resina Epóxi
- Vídeo – construção de placa de resina epóxi com fibra de vidro:
https://www.youtube.com/watch?v=tpU1DOzGtMs
TECNOLOGIA DOS PLÁSTICOS
FIM DA 3ª AULA