caracterizacao_e_processamento_de_materiais_polimericos

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Brasília-DF. 
CaraCterização e ProCessamento de 
materiais PolimériCos
Elaboração
Helena Aparecida Guimarães Brito de Araujo
Produção
Equipe Técnica de Avaliação, Revisão Linguística e Editoração
Sumário
APRESENTAÇÃO ................................................................................................................................. 4
ORGANIZAÇÃO DO CADERNO DE ESTUDOS E PESQUISA .................................................................... 5
INTRODUÇÃO.................................................................................................................................... 7
UNIDADE I
O UNIVERSO DOS MATERIAIS POLIMÉRICOS ........................................................................................... 9
CAPÍTULO 1
CONHECENDO OS POLÍMEROS ............................................................................................... 9
CAPÍTULO 2
OS PLÁSTICOS NO MUNDO .................................................................................................... 19
UNIDADE II
CARACTERIZAÇÃO DE POLÍMEROS ...................................................................................................... 24
CAPÍTULO 1
ESTRUTURA DE UM POLÍMERO ................................................................................................. 24
CAPÍTULO 2
TÉCNICAS MAIS USUAIS DE CARACTERIZAÇÃO ........................................................................ 32
UNIDADE III
PROCESSAMENTO DE POLÍMEROS ....................................................................................................... 47
CAPÍTULO 1
BASE FÍSICA PARA O PROCESSAMENTO DE POLÍMEROS .......................................................... 47
CAPÍTULO 2
REOLOGIA E FATORES QUE INFLUENCIAM η ................................................................................ 54
CAPÍTULO 3
FLUIDOS NEWTONIANOS E NÃO NEWTONIANOS ...................................................................... 61
UNIDADE IV
EQUIPAMENTOS E PROCESSOS ............................................................................................................ 67
CAPÍTULO 1
POLÍMEROS E ADITIVOS .......................................................................................................... 67
CAPÍTULO 2
EQUIPAMENTOS ...................................................................................................................... 71
CAPÍTULO 3
PROCESSOS ........................................................................................................................... 76
REFERÊNCIAS .................................................................................................................................. 88
4
Apresentação
Caro aluno
A proposta editorial deste Caderno de Estudos e Pesquisa reúne elementos que se 
entendem necessários para o desenvolvimento do estudo com segurança e qualidade. 
Caracteriza-se pela atualidade, dinâmica e pertinência de seu conteúdo, bem como pela 
interatividade e modernidade de sua estrutura formal, adequadas à metodologia da 
Educação a Distância – EaD.
Pretende-se, com este material, levá-lo à reflexão e à compreensão da pluralidade 
dos conhecimentos a serem oferecidos, possibilitando-lhe ampliar conceitos 
específicos da área e atuar de forma competente e conscienciosa, como convém 
ao profissional que busca a formação continuada para vencer os desafios que a 
evolução científico-tecnológica impõe ao mundo contemporâneo.
Elaborou-se a presente publicação com a intenção de torná-la subsídio valioso, de modo 
a facilitar sua caminhada na trajetória a ser percorrida tanto na vida pessoal quanto na 
profissional. Utilize-a como instrumento para seu sucesso na carreira.
Conselho Editorial
5
Organização do Caderno 
de Estudos e Pesquisa
Para facilitar seu estudo, os conteúdos são organizados em unidades, subdivididas em 
capítulos, de forma didática, objetiva e coerente. Eles serão abordados por meio de textos 
básicos, com questões para reflexão, entre outros recursos editoriais que visam tornar 
sua leitura mais agradável. Ao final, serão indicadas, também, fontes de consulta para 
aprofundar seus estudos com leituras e pesquisas complementares.
A seguir, apresentamos uma breve descrição dos ícones utilizados na organização dos 
Cadernos de Estudos e Pesquisa.
Provocação
Textos que buscam instigar o aluno a refletir sobre determinado assunto antes 
mesmo de iniciar sua leitura ou após algum trecho pertinente para o autor 
conteudista.
Para refletir
Questões inseridas no decorrer do estudo a fim de que o aluno faça uma pausa e reflita 
sobre o conteúdo estudado ou temas que o ajudem em seu raciocínio. É importante 
que ele verifique seus conhecimentos, suas experiências e seus sentimentos. As 
reflexões são o ponto de partida para a construção de suas conclusões.
Sugestão de estudo complementar
Sugestões de leituras adicionais, filmes e sites para aprofundamento do estudo, 
discussões em fóruns ou encontros presenciais quando for o caso.
Atenção
Chamadas para alertar detalhes/tópicos importantes que contribuam para a 
síntese/conclusão do assunto abordado.
6
Saiba mais
Informações complementares para elucidar a construção das sínteses/conclusões 
sobre o assunto abordado.
Sintetizando
Trecho que busca resumir informações relevantes do conteúdo, facilitando o 
entendimento pelo aluno sobre trechos mais complexos.
Para (não) finalizar
Texto integrador, ao final do módulo, que motiva o aluno a continuar a aprendizagem 
ou estimula ponderações complementares sobre o módulo estudado.
7
Introdução
Há tempos os materiais são essenciais para a sobrevivência humana. Por exemplo, na 
Idade da Pedra, há 2,5 milhões de anos, as pedras lascadas foram usadas como arma 
para caça e defesa; na Idade do bronze, datada do período de 2.000 a 1.000 a.C., houve 
o desenvolvimento da metalurgia, auxiliando nas construções e no transporte; e na 
cultura moderna, mais conhecida como era do plástico ou idade do silício na qual esses 
materiais estão presentes em grande parte do que é produzido, seja no transporte, 
saúde, construção, até mesmo armazenamento e quiçá produção de alimentos. Diante 
disto, podemos entender que a importância dos materiais para a construção humana 
se fez de extrema importância para nossa evolução, o que nos permite ampliar a era 
contemporânea para a “Era dos Materiais”, a qual abrange uma enorme diversidade de 
materiais como os materiais metálicos, cerâmicos e vidros, poliméricos, compósitos e 
semicondutores. Desses, os quatro primeiros são chamados materiais estruturais, e os 
semicondutores são tidos como materiais eletrônicos (PAVANATI, 2010). 
Figura 1. A evolução dos materiais com o tempo.
 
Metais Metais 
Polímeros 
Copolímeros 
Cerâmicas 
Polímeros 
Copolímeros 
Cerâmicas 
10.000AC 5.000AC 0 1.000 1.500 1.800 1.900 1.940 1.960 1.980 1.990 2.000 2.010 
Ouro, cobre, 
ferro 
Desenvolvimento lento: 
controle de qualidade e 
processamento 
Pedra, argila e 
vidro 
Cerâmicas 
avançadas 
Aços e ligas 
leves 
Fonte: Pavanati (2010).
Em reposta a essa diversidade, fez-se e faz-se necessários diversos estudos a fim de 
conhecer as muitas propriedades que envolvem os materiais, seja em escala macro ou 
microscópica, para a aplicação desses materiais em diversas áreas como biomédica, 
industrial e alimentícia. Dentre as características estudadas, podemos citar o tipo 
de ligação atômica, a estrutura cristalina, imperfeições, comportamento mecânico 
8
e térmico, dentre outras (SHACKELFORD, 2008). Além de algumas propriedades 
térmicas, ópticas ou elétrica; busca-se entender os impactos que esses materiais e 
seus derivados causam na sociedade e no ambiente, gerando certa preocupação com 
descarte, reuso e reciclagem. Assim, nas últimas décadas foram desenvolvidos 
diversos tipos de polímeros com diferentes finalidades, das quais podemos destacarmateriais poliméricos para aplicação em automóveis e construção civil, embalagens, 
liberação controlada de insumos agrícolas, lentes de contato, dentre outros. 
Objetivos
 » Compreender a estrutura de um polímero, bem como sua formação e 
classificação.
 » Compreender a aplicabilidade desse material nos diversos setores, 
principalmente no Brasil.
 » Compreender as principais técnicas de caracterização dos polímeros.
 » Compreender os diferentes métodos e processos de formação de um 
polímero, bem como sua constituição.
9
UNIDADE I
O UNIVERSO 
DOS MATERIAIS 
POLIMÉRICOS
CAPÍTULO 1
Conhecendo os polímeros
Com o surgimento de novos materiais na década de 1920, surge também a teoria 
das macromoléculas, a qual descrevia que tais materiais possuíam massa molar 
muito elevada quando comparados aos demais materiais. Desse modo, os polímeros 
ficaram conhecidos como materiais cujas cadeias moleculares são bastante longas, 
apresentando, assim, altas massas moleculares. Em um polímero, a cadeia molecular 
é formada pela união de um grande número de meros ligados covalentemente entre si, 
gerando estruturas complexas capazes de ocupar todo espaço (3 dimensões). (figura 2). 
(SHACKELFORD, 2008).
Figura 2. Representação esquemática bidimensional de um polímero.
Fonte: Shackelford (2008).
De origem grega, a palavra Polímero significa material com muitas unidades de 
repetição, (poli = muitos + mero = unidade de repetição). Desse modo, podemos 
reiterar que um polímero é definido como uma macromolécula formada por muitas 
unidades de repetição denominadas meros, ligadas por ligações covalentes. 
10
UNIDADE I │ O UNIVERSO DOS MATERIAIS POLIMÉRICOS
Em um polímero, a molécula com unidade de repetição é denominada monômero 
e, dependendo de sua estrutura química, do número médio de meros na cadeia 
formadora, e o tipo de ligação covalente existente nessa molécula e entre as moléculas 
que o constitui, podemos classificar os polímeros em:
 » Plásticos.
 » Borrachas.
 » Fibras. 
Do grego “plastikos” = materiais capazes de ser moldados, os plásticos 
são substâncias que apresentam cadeias macromoleculares longas, formadas, 
principalmente, por carbono e hidrogênio. São materiais de origem sintética ou 
natural (orgânica), obtidas, em sua maioria, a partir do petróleo (rico em carbono), 
amplamente utilizados em diversas áreas.
Tiveram sua popularidade ampliada durante a Segunda Guerra Mundial, 
substituindo alguns materiais tradicionais como os metais, pois eram produzidos 
em grande escala e em menor tempo, apresentavam menor custo e eram mais leves, 
além de serem moldáveis em diversas formas e cores, e serem mais resistentes 
mecânica e termicamente quando comparados ao vidro, madeiras, dentre outros. 
Os plásticos geralmente são materiais inertes e dificilmente reagem quimicamente 
com outros materiais, o que consequentemente os torna materiais resistentes à 
degradação, permanecendo indefinidamente no ambiente, o que acarreta diversos 
problemas ambientais quando mau descartados, não reciclados ou reaproveitados.
Por serem facilmente moldáveis, o uso dos plásticos teve enorme crescimento 
na década de 1970, de modo que ganharam diversos formatos como brinquedos, 
garrafas, fios, dentre outros; tendo uso ampliado na alimentação, lazer, transporte, 
dentre outros.
Dentre os plásticos mais consumidos podemos citar os polipropilenos, poliésteres, 
polietilenos, poliuretanos, dentre outros, os quais chamamos de polímeros 
commodities.
Menos populares, podemos citar os policabornatos, poliacrilatos, fluorpolímeros, 
além dos plásticos de engenharia, produzidos em menores escalas e destinados a 
fim específicos, e os plásticos biodegradáveis, derivados de substâncias biológicas 
como o óleo de milho.
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O UNIVERSO DOS MATERIAIS POLIMÉRICOS │ UNIDADE I
Breve história dos polímeros
Materiais como látex e borracha começaram a ser explorados por nós em meados 
do século XIX, e foi apenas em 1839 que acidentalmente C. Goodyear incorporou 
enxofre à borracha, durante seu aquecimento, garantindo a vulcanização desse 
material. Percebeu-se que, adicionando enxofre à borracha bruta durante seu 
aquecimento, mantinha-se a propriedade elástica da borracha mesmo após seu 
resfriamento. Além da elasticidade, a vulcanização torna a borracha mais durável, 
pois o enxofre se liga quimicamente às fibras da borracha por meio de ligações 
cruzadas. 
Pouco tempo depois, em 1846, C. Schonbein foi promissor na nitrocelulose, 
composto resultante da mistura entre os ácidos sulfúricos e nítrico com algodão 
(fibras de celulose), gerando uma reação química entre alguns grupos, como a 
hidroxila, transformando-os em nitratos catalisados pelo enxofre. Essa mistura 
explosiva substituiu a pólvora em grandes eventos militares pois não causava 
fumaça e era capa de explodir em uma única chama.
Outro material bastante explorado até os dias de hoje, em filmes fotográficos e 
placas dentárias, é a celuloide, a qual é resultado da reação entre nitrocelulose 
e cânfora, descoberta em meados de 1870 por J. Hyatt. Notamos que a época foi 
bastante promissora para os polímeros de origem natural, conceito a ser explorado 
mais adiante.
Em contrapartida aos polímeros de origem natural, a baquelite foi sintetizada 
em meados de 1909 por L. Baekeland, resultado do processo de condensação de 
fenóis e formaldeídos, gerando a classe de novos plásticos conhecida como resina 
fenol. Diferentemente da borracha vulcanizada, a baquelite é moldável mesmo 
apresentando maior grau de dureza, resistência à altas temperaturas e à eletricidade, 
o que possibilita sua aplicação, principalmente em automóveis, pois após modelagem 
e resfriamento, esta se comporta como plástico rígido.
Outro importante polímero sintético produzido por W. H. Carothers, em 1935, a partir 
da condensação de diaminas e ácidos dicarboxílicos, é o nylon, o qual apresenta-se 
leve, resistente e durável, o que possibilitou sua ampla aplicação em diversos setores 
como vestuário, pesca, camping. A partir do nylon, foi possível sintetizar outros 
importantes materiais para nosso cotidiano como o isopor, vinil e polietileno.
A seguir, veja a tabela 1 a qual relaciona a criação de alguns polímeros e sua produção 
industrial.
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UNIDADE I │ O UNIVERSO DOS MATERIAIS POLIMÉRICOS
Tabela 1. Criação e produção industrial de alguns polímeros comerciais.
Polímero Criação Produção industrial
PVC 1915 1933
PS 1900 1936
PEDB 1933 1939
Nylon 1930 1940
PEAD 1953 1955
PP 1954 1959
PC 1953 1958
Fonte: Adaptado de Canevarolo Jr. (2006).
Principais conceitos poliméricos
Antes de prosseguirmos com nosso curso, é interessante deixarmos claro e preparar o 
aluno para alguns termos técnicos específicos da área polimérica. Desse modo, a seguir 
apresentaremos alguns termos, os quais estarão em ordem de complexidade, partindo 
de termos mais simples e chegando a termos mais completos e complexos.
 » Polímero: material orgânico ou não; de alta massa molar a qual pode 
chegar a dez milhões dependendo do material; cuja estrutura é formada 
por pequenas unidades que se repetem ao longo da cadeia, conhecida 
como meros. Sendo assim, polímero é a união de moléculas simples 
ligadas covalentemente ao longo da cadeia.
 » Macromolécula: molécula de alta massa molar, sem necessariamente ter 
em sua estrutura, um mero.
 » Monômero: molécula simples de funcionalidade 2 ou mais, a qual dá 
origem a um polímero.
 » Mero: unidade de repetição da cadeia polimérica.
 » Grau de polimerização (GP): grandeza pela qual podemos contabilizar o 
número de meros presentes na cadeia polimérica, o qual fica tem valor 
mínimo de 750.
 » Massa molar do polímero (MM): dada por MM= GP x MM mero, a qual 
pode ser maior que 10.000 em polímeros comerciais.
 » Grau de polimerização médio (GP): grandeza que estima um valor 
médio de meros presentes na cadeia polimérica quando esta apresenta 
estruturas de diferentes tamanhos.
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O UNIVERSO DOS MATERIAIS POLIMÉRICOS │ UNIDADE I
 » Grau de polimerizaçãomédio (GP): grandeza que estima um valor 
médio de meros presentes na cadeia polimérica quando esta apresenta 
estruturas de diferentes tamanhos.
 » Massa molar média (MM): dada por MM = GP x MM mero, estima a 
massa molar média do polímero, visto que durante a polimerização há 
formação de cadeias poliméricas com diversos tamanhos, inviabilizando 
sua exatidão.
 » Oligômero: polímero cuja MM é menor do que 10.000, ou seja, polímero 
de baixa MM.
 » Homopolímero: polímero cuja cadeia principal é formada por um único 
tipo de mero, como o PE, PP e o PVC.
 » Copolímero: polímero cuja cadeia principal é formada por dois tipos 
diferentes de mero, como o SBR.
 » Terpolímero: conhecido industrialmente como copolímeros, é um 
polímero cuja cadeia é formada por três tipos diferentes de meros, como 
o ABS.
 » Polimerização ou sínteses de polímeros: formação do polímero a partir de 
um conjunto de reações químicas responsáveis pela junção de pequenas 
moléculas, as quais se ligam covalentemente entre si.
 » Polímeros de cadeia carbônica: polímeros cuja cadeia principal é formada 
somente por átomos de carbono, de modo que alguns heteroátomos 
podem estar presentes nos grupos laterais.
 » Polímeros de cadeia heterogênea ou heteropolímero: polímeros que 
possuem, em sua cadeia principal, átomos de carbono e heteroátomos.
 » Polímeros naturais orgânicos: polímeros processados pela natureza, 
como borracha natural e celulose.
 » Polímeros naturais inorgânicos: polímeros também processados pela 
natureza, como diamante e grafite.
 » Polímeros artificiais: polímeros naturais do tipo orgânico que sofrem 
reações químicas transformando-se em outros polímeros, como acetato 
de celulose.
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UNIDADE I │ O UNIVERSO DOS MATERIAIS POLIMÉRICOS
 » Polímeros sintéticos: polímeros que na natureza não seriam sintetizados 
espontaneamente, ou seja, são sintetizados pelo homem, como PE, PS 
e PVC.
 » Polímeros sintéticos inorgânicos: como ácido polifósforico.
 » Polímeros semiorgânicos sintéticos: como o silicone.
 » Biopolímeros: podemos definir como tal tanto os polímeros bioativos, 
como proteínas, quanto os polímeros sintetizados os quais tem aplicações 
biológicas e biomédicas, como silicone e Teflon.
 » Plásticos: polímero sólido com alta MM:
 › Termoplásticos: plásticos que amolecem ou fluem diante de um dado 
aumento de temperatura e pressão, porém, que se tornam rígidos 
na ausência delas, tomando formas definidas. Esse processo é uma 
transformação física e reversível, agregando ao polímero características 
como fusível, solúvel e reciclável. IMPORTANTE: quando o polímero 
é semicristalino, o amolecimento do material se dá por meio da fusão 
da fase cristalina do material. São exemplos de termoplásticos o PE e 
o Náilon.
 › Termofixo, termorrígido ou termoendurecido: plástico que aquecido 
sobre amolecimento, passando por um processo de cura, ou seja, 
transformação química irreversível, a qual é responsável pela 
formação de ligações cruzadas, que possibilitam ao material que ele 
se torne rígido. IMPORTANTE: mesmo sendo novamente aquecido, 
esses materiais não sofrem mais processos de amolecimento, pois são 
infusíveis e insolúveis, como a baquelite e a resina epóxi.
 » Ligações cruzadas: ligações responsáveis pela formação da 
cadeia tridimensional no polímero, ou seja, as cadeias são ligadas 
covalentemente uma com as outras, se mantendo unidas por meio de 
força primárias. IMPORTANTE: para que ocorra a quebra desse tipo de 
ligação, são necessários níveis de energia muito altos, o que contribui 
para a degradação da cadeia polimérica. Quando se apresentam em baixa 
concentração no material, produz pequenos volumes não desagregáveis 
na massa polimérica, conhecidos por “olho de peixe”. Quando em 
quantidades intermediárias, é típico das borrachas vulcanizadas, e em 
grande quantidade, é característico dos termofixos.
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O UNIVERSO DOS MATERIAIS POLIMÉRICOS │ UNIDADE I
 » Cura: reações químicas que provocam mudanças nas propriedades 
físicas de uma resina por meio de um catalisador, calor ou agente de 
cura. Nesse processo, há formação de ligações cruzadas entre as cadeias 
poliméricas, de modo que antes do processo de cura, um termorrígido é 
um oligômero (E<10.000) líquido viscoso ou em pó. Esse processo não 
pode ser confundido com o termo vulcanização em borrachas.
 » Vulcanização: processo químico, o qual atribui à borracha resistência 
mecânica e elasticidade, por meio da formação de ligações cruzadas entre 
suas cadeias. O enxofre é o principal agente de vulcanização.
 » Fibra: termoplástico orientado paralelamente no sentido longitudinal 
(eixo maior), cujo comprimento deve ser, no mínimo, cem vezes maior 
que o diâmtro, ou seja, L/D>100.
 » Elastômero: polímero que, à temperatura ambiente, pode sofrer 
deformação de pelo menos duas vezes seu tamanho sem sofrer ruptura, 
retomando seu tamanho original.
 » Borracha: elastômero natural ou sintético.
 » Borracha vulcanizada: borracha que passou pelo processo de 
vulcanização.
 » Borracha regenerada: borracha vulcanizada, a qual tem sua rede 
tridimensional destruída por meio de processos químicos para ser 
novamente processada e reaproveitada.
 » Borracha crua: elastômero o qual pode ser processado como um 
termoplástico, conhecido como borracha que não sofreu nenhum 
processo de vulcanização ou ação de aditivos.
 » Aditivo: qualquer material adicionado a um polímero com a função de 
melhorar suas propriedades físico-químicas e visuais, as quais lhe permite 
vasta aplicabilidade. Das diversas classes de aditivos temos:
 › Carga: usada como enchimento, a qual visa a redução de custo, como 
talco, serragem e caulim.
 › Carga reforçante: cargas fibrosas e particuladas, as quais, adicionadas 
ao polímero, contribuem para melhora em suas propriedades 
mecânicas. São exemplos a fibra de vidro e a carga cerâmica (tratada 
ou não).
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UNIDADE I │ O UNIVERSO DOS MATERIAIS POLIMÉRICOS
 › Plastificante: líquidos que aumentam a flexibilidade e distensibilidade 
do composto, como Dioctil ftalato (DOP) para PVC, resultando no PVC 
plastificado (PPVC).
 › Lubrificante: material responsável pela lubrificação das cadeias 
poliméricas, o qual reduz a viscosidade do polímero durante seu 
processamento, sem alterar as propriedades do composto. São 
exemplos as ceras parafínicas e os ácidos graxos.
 › Estabilizante: materiais adicionados aos polímeros a fim de amenizar 
sua sensibilidade quanto à temperatura e cisalhamento, os quais lhe 
permitem degradar principalmente por oxidação (gerando cisão de 
cadeia ou geleficação, ou seja, formação de ligações cruzadas).
 › Antiestético: material adicionado para o polímero a fim de reduzir sua 
resistência elétrica superficial, evitando o acúmulo de carga estática, 
a qual poderia provocar faíscas, atração de poeira e aumento na 
aderência de filmes.
 › Retardantes de chama: materiais adicionados aos polímeros a fim 
de dificultar a iniciação e propagação de chamas. São exemplos os 
compostos de boro e os de bromo.
 › Agente nucleantes: materiais que influenciam a nucleação reduzindo 
o superresfriamento e facilitando a cristalização do polímero. Talco e 
alguns pigmentos são exemplos desses materiais.
 › Modificadores de impacto: elastômeros adicionados à matriz 
polimérica rígida e quebradiça, os quais facilitam a iniciação de 
mecanismos de tenacificação (fissuramento e escoamento por bandas 
de cisalhamento); aumentam a energia de fratura, e consequentemente 
a resistência a impacto do polímero. O polibutadieno em poliestireno 
usado na produção do HIPS é um exemplo desse material.
 › Pigmento ou masterbatch: é um material orgânico ou não, usado para 
coloração dos polímeros, o qual agrega valor visual e comercial ao 
polímero
 » Composto: material resultante da mistura entre um polímero e um aditivo, 
o qual é balanceado e economicamente viável e de extrema importância 
para a indústria de compostagem
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O UNIVERSO DOS MATERIAIS POLIMÉRICOS │ UNIDADE I
 » Plásticos reforçados:materiais fibrosos reforçados com carga dispersa, 
os quais apresentam maior desempenho mecânico, como o poliéster 
insaturado reforçado com fibra de vidro (PIRFV).
 » Espumas: materiais plásticos (célula aberta ou fechada, termoplásticos 
ou termofixos, rígidos ou flexíveis) utilizados como isolantes térmicos e 
acústicos, os quais apresentam densidade entre 0,03 a 0,3g/cm3, como 
isopor (espuma de poliestireno).
 » Adesivo: material (rígido ou flexível) utilizado para unir ou colar por meio 
de adesão superficial, outros materiais.
 » Placa ou chapa: material disposto numa espessura muito menor do que a 
largura e comprimento.
 » Filme: material com espessura menor do que a placa, ou seja, inferior a 
0,254mm.
 » Blenda polimérica ou mistura mecânica: material formado pela mistura 
física de dois ou mais polímeros, ou seja, pela interação molecular do tipo 
secundária existente entre as cadeias, sem reação química intencional 
entre os componentes. As blendas podem ser miscíveis ou imiscíveis, 
dependendo da compatibilidade de seus componentes, e sua separação é 
realizada por meio de processos físicos como sublimação e precipitação.
 » Miscibilidade: característica termodinâmica que possibilita o contato 
íntimo entre duas macromoléculas, ou seja, há uma mistura dessas 
molecular num grau molecular, o que possibilita ao material a formação 
de uma fase única com comportamento físico-químico intermediário ao 
comportamento de cada componente individualmente. A miscibilidade 
é dependente também da temperatura, da presença e do tipo de 
solvente, de modo que fica evidente por meio da observação de apenas 
uma temperatura de transição vítrea (Tg), intermediária aos valores 
característicos e conhecidos de cada componente.
 » Compatibilidade: característica das blendas poliméricas, na qual se 
tem a separação em duas ou mais fase distintas (no caso de um sistema 
imiscível), mas a interface entre elas é estabilizada com a adição de 
um outro componente, dito compatibilizante que se aloja na interface, 
reduzindo a energia interfacial e estabilizando a morfologia multifásica. 
Como efeito secundário, também se tem a redução do tamanho de 
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UNIDADE I │ O UNIVERSO DOS MATERIAIS POLIMÉRICOS
partícula. Tal estabilidade é muito conveniente, pois evita alterações da 
morfologia em processamentos futuros aos quais o material venha a ser 
submetido.
 » Degradação: qualquer fenômeno que provoque uma mudança química 
na cadeia polimérica, normalmente com redução da massa molar e 
consequentemente queda nas propriedades físico-mecânicas. Modificação 
química destrutiva com a quebra de ligações covalentes e formação de 
novas ligações. Exemplos: oxidação, hidrólise, cisão de cadeia, dentre 
outras.
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CAPÍTULO 2
Os plásticos no mundo
Existem, aproximadamente, 5 milhões de compostos orgânicos, dos quais apenas 
60.000 apresentam valor comercial e industrial.
A principal fonte de matéria-prima da maioria das indústrias geradoras de 
monômeros, é o petróleo e o gás natural, sendo os óleos e o carvão complementares. 
O uso desses materiais é justificado principalmente pelo baixo custo de produção e 
facilidade de transportação.
Os materiais plásticos em algumas partes do 
mundo
A produção mundial de plástico, estimado para o ano de 2002, foi de 120 milhões de 
toneladas, e, para o ano de 2013, esse valor mais que dobrou, chegando ao 250 milhões 
de toneladas. 
A tabela 2 expõe os materiais plásticos mais produzidos no mundo.
Tabela 2. Aplicações de plásticos por tipo de resina.
Material Valores (%)
PP 23, 3
PVC 14,9
PEAD 13,1
Plásticos de engenharia 11,8
Polietileno de baixa densidade linear ou PEBL 11,4
PEDB 9,5
Polietileno Tereftalato ou PET 7,1
OS 5,9
Fonte: ABIPLAST (2014).
Resumidamente, alguns plásticos vindos do petróleo são produzidos em 4 etapas:
 » 1ª etapa: refinamento do petróleo no qual são obtidos alguns subprodutos 
como óleo combustível, gás liquefeito de petróleo, gasolina, óleo diesel e 
resíduo.
 » 2ª etapa: transformação da nafta em insumos petroquímicos como eteno, 
propeno, buteno, butadieno, benzeno e tolueno, por meio do processo de 
craqueamento.
20
UNIDADE I │ O UNIVERSO DOS MATERIAIS POLIMÉRICOS
 » 3ª etapa: os insumos citados na 2ª etapa são polimerizados em resinas 
termoplásticas (chamados matéria-prima).
 » 4ª etapa: toda matéria-prima é transformada em produtos como filmes, 
chapas, soluções, embalagens dentre outros. São os materiais dessa etapa 
que serão distribuídos e consumidos.
Acompanhamos ao longo das décadas o crescimento do uso do plástico e a evolução 
de suas aplicações, de modo que estes trouxeram mais comodidade e praticidade para 
a sociedade. O desenvolvimento da indústria petroquímica e consequentemente da 
indústria de transformados plásticos ocorreu nos períodos entre Guerras Mundiais e 
no 2o pós-guerra, de modo que a Alemanha e os EUA estavam a frente do chamado 
progresso tecnológico e da descoberta de novos produtos petroquímicos e artigos 
plásticos, os quais foram e são difundidos pelo mundo. Vemos na Tabela 3, os principais 
setores consumidores de produtos ou transformados plásticos.
Tabela 3. Principais setores consumidores de produtos ou transformados plásticos.
Setor Consumo (%)
Construção civil 16
Alimentos e bebidas 16
Automóveis e autopeças 15
Plástico e borracha 8
Papel, celulose e impressão 6
Máquinas e equipamentos 5
Agricultura 5
Móveis 5
Outros 5
Produtos de metal 4
Eletrônicos 3
Farmacêutico 2
Outros transportes 2
Perfumaria, higiene e limpeza 2
Instrumentos médicos 1
Têxteis e vestuários 1
Calçados 1
Eletrodomésticos 1
Químico 1
Fonte: ABIPLAST (2014).
Atualmente, o quadro de países produtores de plásticos está liderado pela China, 
seguido da Europa e NAFTA. Na tabela 4, segue o ranking dos países produtores 
de plásticos.
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O UNIVERSO DOS MATERIAIS POLIMÉRICOS │ UNIDADE I
Tabela 4. Ranking com os principais países produtores de resinas termoplásticas.
País Produção mundial (%) Produção mundial (milhões de toneladas)
China 24,8 62
Europa* 20 50
NAFTA** 19,4 49
Restante da Ásia 16,4 41
Oriente Médio e África 7,3 18
Japão 4,4 11
CIS*** 2,9 7
Brasil 2,7 6,5
América Latina**** 2,1 5
*Europa: formada pela União Europeia (Alemanha, Áustria, Bélgica, Bulgária, Chipre, Croácia, Dinamarca, Eslováquia, 
Eslovénia, Espanha, Estónia, Finlândia, Grécia, Hungria, Irlanda, Itália, Letónia, Lituânia, Luxemburgo, Malta, Países Baixos, 
Polónia, Portugal, Reino Unido, República Checa, Roménia, Suécia), Suíça e Noruega.
** NAFTA: formada pelos EUA, Canadá e México.
*** CIS (Comunidade dos países independentes): formada por países da antiga União Soviética: Armênia, Azerbaijão, 
Bielorrússia, Cazaquistão, Quirguistão, Moldávia, Rússia, Tajiquistão, Turcomenistão, Ucrânia, Uzbequistão.
**** América Latina (exceto Brasil): formada por Argentina, Bolívia, Chile, Colômbia, Costa Rica, Cuba, Equador, El Salvador, 
Guatemala, Haiti, Honduras, México, Nicarágua, Panamá, Paraguai, Peru, República Dominicana, Uruguai e Venezuela.
Fonte: ABIPLAST (2014).
Dos principais consumidores de plásticos, temos os USA, Alemanha, Japão, Itália, 
França, Inglaterra e Brasil. A Tabela 5 exemplifica o consumo mundial (per capita) de 
plásticos.
Tabela 5. Consumo mundial (per capita) de plástico em 2015.
Região/ País kg/ habitante
Mundo 45
Nafta 139
Europa Ocidental 136
Europa Oriental 48
Japão 108
América Latina 32
Oriente Médio e África 16
Ásia (exceto japão) 36
Brasil 46
Fonte: ABIPLAST, (2014, 2016).
No Brasil, grande parte do consumo de materiais plásticos está concentrado no setor 
de embalagem, seguido dos setores de construção civil e de descartáveis, dentre 
outros, conforme tabela 6.
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UNIDADE I │ O UNIVERSO DOS MATERIAIS POLIMÉRICOS
Tabela 6. Segmentação do mercado de plástico no Brasil em 2003.
Setor Consumo (%)
Embalagens 39,73
Construção civil 13,67
Descartáveis 11,56
Outros 9,39
Componentes técnicos 8,04
Agrícola 7,67
Utilidades domésticas 4,72
Calçados 2,56Laminados 1,42
Brinquedos 1,25
Fonte: Canevarolo Jr. (2006).
 » Indústria petroquímica de primeira geração: grandes empresas, 
responsáveis pelo craqueamento da nafta e pela produção de moléculas 
insaturadas de baixa massa molar, conhecidas por monômeros. Estes 
materiais serão polimerizados diretamente ou usados pela indústria 
petroquímica em outros processos, como o etileno, o propileno e o 
butadieno.
 » Indústria petroquímica de segunda geração: empresas de grande porte, 
normalmente instaladas próximas as de primeira geração, que recebem 
diretamente, por dutos, o monômero (normalmente na forma líquida), 
polimerizando-o e fazendo o polímero. Para ser economicamente viável, 
uma empresa desta geração, que produz um polímero convencional, 
como o polipropileno, por exemplo, deve ser capaz de produzir pelo 
menos meio milhão de toneladas por ano (isto significa produzir um 
saco de 25 kg a cada dois segundos). Em contrapartida, a produção de 
polímeros especiais é feita em pequena escala.
 » Indústria de terceira geração: empresas de tamanhos variados, desde 
micro até grandes, que compram o polímero, na forma de grão, 
líquido ou pó, e o processam, produzindo artigos na sua forma final 
para uso. Empregam técnicas como extrusão, injeção, calandragem, 
termoformagem etc. Vendem seus produtos diretamente ao consumidor 
final ou a indústrias de quarta geração.
 » Indústria de quarta geração: empresas de portes variados, que compram 
os artigos plásticos e os montam em itens maiores. O maior exemplo 
desta classe são as montadoras automobilísticas.
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O UNIVERSO DOS MATERIAIS POLIMÉRICOS │ UNIDADE I
Sobre a preparação de monômeros por meio do 
petróleo
A destilação fracionada é a principal via de separação dos compostos provenientes 
do petróleo, tendo como diferencial os pontos de ebulição. Dentre esses compostos, 
temos que alguns são diretamente utilizados como monômeros e outros como 
precursores para síntese de monômeros com estruturas mais complexas.
Alguns materiais inorgânicos são inviáveis como monômeros, mesmo sendo de fácil 
produção, devido às ligações inorgânicas, as quais são suscetíveis à ligação com 
oxigênio e à umidade, o que pode comprometer o material. Algumas exceções desses 
materiais são os vidros e os silicones.
Preparação de monômeros
Os monômeros podem ser classificados segundo a sua origem, de modo que se dividem 
em dois grupos:
 » Monômeros provenientes de fontes renováveis, dos quais podemos 
citar os vegetais e animais. Nesse caso, os monômeros são produzidos 
segundo objetivos específicos, visto que são materiais mais sensíveis a 
diversos fatores, necessitando de técnicas específicas para sua produção 
e manipulação.
 » Monômeros provenientes de fontes fósseis, dos quais podemos citar o 
carvão, petróleo e gás natural.
Sobre os monômeros de origem fóssil
O carvão é importante fonte de carbeto de cálcio ou carbureto, material que origina 
o acetileno, bastante utilizado como precursor para derivação de outros monômeros 
como arilonitrila, cloropreno, melamina, etileno e cloreto de vinila.
Outras fontes de monômeros
Além da fonte citada, podemos obter diversos monômeros a partir de compostos 
orgânicos, óleo vegetal e gases. O ricinoleato de glicerina, por exemplo, dá origem ao 
monômero para a formação do ácido ômega-aminoundecanoico; o gás CO dá origem ao 
aldeído e o fosgênio ao alquileno. Temos também que o cloreto de metila dá origem ao 
monômero de dimetildiclorosilano; e o clorofórmio ao tetraflúpretileno.
Rever os conceitos de aditivos, compostos e blendas poliméricas, citados 
anteriormente.
24
UNIDADE IICARACTERIZAÇÃO 
DE POLÍMEROS
CAPÍTULO 1
Estrutura de um polímero
Conhecendo a estrutura de um polímero
Como visto, um polímero é formado por uma estrutura chamada mero, a qual é 
repetitiva ao longo da cadeia. Podemos citar o polímero polietileno, como exemplo, 
o qual é formado por um número n de estruturas de etileno (C2H4). Os meros podem 
conter também oxigênio, formando os acrílicos como polimetil metacrilato, nitrogênio 
formando os náilons, flúor formando os fluoroplásticos como politetrafluoretileno e 
silício formando os silicones como triclorossilano.
Monômero
Também de origem grega, a palavra monômero carrega significados como: mono 
(um) e meros (parte), desse modo, podemos dizer que o monômero se trata de uma 
molécula com uma unidade de repetição (mero) – matéria-prima para a formação de 
um polímero (figura 3), ou seja, essa molécula do composto químico a qual reagirá 
entre si ou com outras, formando um polímero. Para melhor exemplificarmos, podemos 
citar os monômeros naturais derivados do petróleo, como os hidrocarbonetos do tipo 
alcanos e alcenos e os aminoácidos.
Figura 3. Representação de uma molécula polimérica.
Fonte: Próprio autor.
25
CARACTERIZAÇÃO DE POLÍMEROS │ UNIDADE II
Sabendo-se a definição de mero e monômero, faz-se necessário e de extrema 
importância para o estudante, conhecer alguns polímeros já citados anteriormente 
(ver no quadro a seguir).
Quadro 1. Representação de alguns polímeros e seus respectivos meros e monômeros.
Polímero Mero Monômero
PoliEtileno
Polipropileno
PoliMetilMetaAcrilato (PMMA)
Fonte: Próprio autor.
Como nomear um polímero
O nome de um polímero pode ser determinado por meio de três sistemas:
» Com base no nome do monômero, adicionando-se o prefixo poli, como vimos 
acima:
 › Etileno → Polietileno.
 › Metacrilato de metila → Polimetacrilato de metila.
26
UNIDADE II │ CARACTERIZAÇÃO DE POLÍMEROS
 » Com base na estrutura do mero, no caso de polímeros de condensação, 
em que são usados dois materiais iniciais:
 › Etileno + ácido tereftálico → polietileno tereftalato.
 » Com bases empíricas (náilon) ou mesmo a abreviação (ABS, SAN e 
EPDM), que são os casos de polímeros com nomes comerciais. 
 › Perceberemos que a ciência e a tecnologia de polímeros se utilizam 
de um grande número de moléculas com nomes às vezes muito 
complexos para elaboração dos seus materiais, o que as levou ao uso 
exacerbado das abreviações, deixando, muitas vezes, sua composição 
oculta ou indecifrável. Sendo assim, buscando maior familiarização 
do estudante com alguns polímeros conhecidos, segue uma lista das 
abreviações dos principais polímeros-comerciais:
 · ABS – Copolímero acrilonitrila/butadieno/estireno.
 · AES – Copolímero acrilonitrila/etileno/estireno.
 · ASA – Copolímero acrilonitrila/estireno/acrilato.
 · CPE – Polietileno clorado.
 · CR – Policloropreno.
 · EAA – Copolímero etileno/ácido acrílico.
 · EPDM – Copolímero etileno/propileno/dieno.
 · EVA – Copolímero etileno/acetato de vinila.
 · EVOH – Copolímero etileno/álcool vinílico.
 · GRUP – Poliéster insaturado reforçado com fibra de vidro.
 · HDPE – Polietileno de alta densidade.
 · HIPS – Poliestireno de alto impacto.
 · IIR – Borracha butílica (isobutileno/isopreno).
 · iPP – Polipropileno isotático.
 · iPS – Poliestireno isotático.
 · IS – Borracha de isopreno.
 · LDPE – Polietileno de baixa densidade.
 · LLDPE – Polietileno de baixa densidade linear (copolímero 
etileno/ alfa-olefina).
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CARACTERIZAÇÃO DE POLÍMEROS │ UNIDADE II
 · MBS – Copolímero metacrilato de metila/butadieno/estireno.
 · NBR – Borracha nitrílica (acrilonitrila/butadieno).
 · NR – Borracha natural (poli-cis-isopreno).
 · PA – Poliamida (náilon).
 · PAN – Poliacrilonitrila.
 · PB – Polibutadieno.
 · PBT – Poli(terefta1ato de butila).
 · PC – Policarbonato.
 · PDMS – Polidimetilsiloxano.
 · PE – Polietileno.
 · PEEK – Poli(éter-éter-cetona).
 · PEI – Poli(éter-imida).
 · PEN – Poli(naftalato de etileno).
 · PEO – Poli(óxido de etileno).
 · PET – Poli(terefta1ato de etileno).
 · PHB – Poli(hidroxibutirato).
 · PI – Polurmda.
 · PMMA – Poli(metacrilato de metila).
 · POM – Poli(Óxido de metileno).
 · PP – Polipropileno.
 · PPO – Poli(óxido de propileno).
 · PPS – Poli(sulfeto de fenileno).
 · PS – Poliestireno.
 · PTFE – Poli(tetrafluoroetileno).
 · PU – Poliuretano.· PVAc – Poli(acetato de vinila).
 · PVC – Poli(cloreto de vinila).
28
UNIDADE II │ CARACTERIZAÇÃO DE POLÍMEROS
 · PVDC – Poli(dicloreto de vinilideno).
 · PVDF – Poli(difluoreto de vinilideno).
 · PVF – Poii(fluoreto de vida).
 · SAN – Copolímero estireno/acrilonitrila.
 · SBR – Borracha sintética de estireno/butadieno.
 · sPP – Polipropileno sindiotático.
 · sP – Poliestireno sindiotático.
 · TPU – Poliuretano termoplástico.
 · UHMWPE – Polietileno de ultra alta massa molar.
 · UP – Poliéster insaturado.
 · VC/VAc – Copolímero cloreto de vinila/acetato de vinila.
Condições fundamentais para a formação de um 
polímero
A seguir, listamos as condições mínimas para que uma molécula (de baixa ou alta 
massa molecular) possa ser usada como monômero para a formação de um polímero:
 » Apresentar funcionalidade igual a 2 em sua estrutura química.
 » Apresentar grupos funcionais que possibilitem o alongamento da cadeia, 
de modo que:
 › Em caso de moléculas com funcionalidade 2, teremos um polímero 
com cadeia linear.
 › Em caso de moléculas com funcionalidade > 2, teremos um polímero 
com cadeia ramificada.
Em caso de compostos insaturados, a ligação π ao mesmo tempo que dificulta a 
reação, favorece a polimerização, agregando condições específicas ao polímero, 
como uso de iniciadores, pressão e outros.
O conceito de funcionalidade de uma molécula será explorado mais adiante 
nesse material.
29
CARACTERIZAÇÃO DE POLÍMEROS │ UNIDADE II
Além das características citadas acima, é interessante que os monômeros sejam 
substâncias de baixo custo, baixa toxicidade, alto grau de pureza e de fácil obtenção, 
armazenamento e transportação.
Funcionalidade de uma molécula polimérica
Numa molécula, o número de pontos reativos (região suscetível de reação) é chamado 
de funcionalidade (f), sendo este o responsável pelo crescimento da cadeia, de 
modo que o monômero deve ter pelo menos funcionalidade 2 para haver formação 
de um polímero (figura 4ª). Nesse caso, o polímero formado apresentará uma 
estrutura molecular linear com características mais maleáveis, ou seja, as moléculas 
apresentam maior mobilidade dentro do composto desejado (figura 4b). Quando um 
monômero possui polifuncionalidade ≥ 3, este gera uma estrutura molecular em rede 
tridimensional com ramificações e características mais rígidas, ou seja, diminui a 
mobilidade das moléculas interligadas. Portanto, quase que em sua totalidade, um 
monômero bifuncional gerará uma molécula linear por processos de crescimento em 
cadeia ou crescimento em etapas, e um monômero polifuncional criará uma estrutura 
em rede tanto por um processo quanto pelo outro. 
Figura 4. Representação de (a) molécula A e B com f= 1; (b) molécula bifuncional B com f = 2, (c) molécula 
bifuncional C e molécula D com f = 3.
Fonte: Próprio autor.
30
UNIDADE II │ CARACTERIZAÇÃO DE POLÍMEROS
Simplificadamente, para haver reação de polimerização, os monômeros devem se 
combinar uns aos outros de modo que haja, na molécula, um número mínimo de 
pontos reativos, chamado funcionalidade, ou seja, para haver síntese, é preciso que o 
monômero tenha, pelo menos, funcionalidade 2, a qual pode ser obtida com presença 
de grupos funcionais reativos e/ou duplas ligações reativas.
Grupos funcionais reativos
Macromoléculas como os polímeros podem ser produzidas a partir de moléculas que 
apresentem pelo menos um grupo funcional reativo, de modo que elas reajam entre 
si, em determinadas condições ideias para que isso ocorra. A seguir, temos o exemplo 
da reação entre glicol e diácido formando poliéster e água (figura 5). Nesse exemplo, 
podemos perceber que as moléculas do ácido reagem numa condensação com uma 
molécula de glicol (álcool) formando um produto principal, o éster, e um subproduto, 
a água, a qual é descartada durante a polimerização. Apenas um grupo funcional de 
cada reagente foi responsável pela reação, mesmo havendo mais grupos reativos na 
molécula de éster, como o grupo –OH. Esses grupos funcionais não participantes da 
reação podem ser responsáveis pela extensão da cadeia, de modo que, ao reagirem, 
aumentam o tamanho da molécula. 
Figura 5. Representação da reação entre glicol e diácido formando poliéster e água. 
Fonte: Adaptado de Canevarolo (2006).
Duplas ligações reativas
Esse tipo de molécula apresentam a ligação π instabilizada, ou seja, dissociada, o que 
leva à formação de duas ligações simples. São exemplos desse tipo a formação do 
polietileno (PE) e o poli (cloreto de vinila) (PVC) (figura 6 e 7).
Figura 6. Representação da reação do etileno em polietileno (PE).
Fonte: Adaptado Canevaloro 2006.
31
CARACTERIZAÇÃO DE POLÍMEROS │ UNIDADE II
Figura 7. Representação da reação do cloreto de vinila em poli (cloreto de vinila) (PVC).
Fonte: Adaptado Canevarolo (2006).
Note que a reação de moléculas monofuncionais produzem moléculas 
pequenas com uma única ligação, enquanto moléculas polifuncionais (f>3) 
produzem materiais termorrígidos. Vale lembrar também que uma dupla 
ligação reativa ou dois radicais funcionais reativos geram a bifuncionalidade e, 
nesses casos, é preciso que os centros sejam reativos.
32
CAPÍTULO 2
Técnicas mais usuais de caracterização
Propriedades espectroscópicas: 
espectroscopia de absorção no infravermelho 
com transformada de Fourier (FTIR)
O FTIR é uma técnica usual para obtenção de espectros dos tipos de absorção, 
emissão, fotocondutividade ou de difração de Raman de infravermelho de materiais 
sólido, líquido ou gasoso; a qual se mede a intensidade de comprimentos de onda 
num pequeno intervalo, de modo que o processo matemático conhecido como a 
transformada de Fourier converte os dados obtidos no espectrômetro (absorção de luz 
para cada posição do espelho – citado mais adiante) no resultado desejado (absorção 
de luz para cada comprimento de onda). 
Em um espectro de absorção, é possível medir a capacidade de uma amostra 
absorver a radiação a um determinado comprimento de onda, ou seja, a amostra 
fica sujeita a um feixe de luz, geralmente monocromática, tendo a absorção medida 
e, em seguida, a análise é repetida para um outro comprimento de onda (como na 
espectrofotometria UV-Vis).
Primeiramente, é utilizado um feixe de luz com múltiplos comprimentos de onda o 
qual mede a absorbância do material, gerando um conjunto de dados. Em seguida, esse 
feixe é modificado para uma combinação de comprimentos de onda diferente do feixe 
anterior, gerando um novo conjunto de dados. Esse processo é repetido diversas vezes, 
de modo que no final das medições os dados são armazenados pelo computador, o qual 
inferirá a absorção para comprimento de onda a partir dos dados referentes para cada 
conjunto de comprimentos de onda.
Essa técnica utiliza a região do infravermelho do espectro eletromagnético guiada 
por um interferômetro para identificar um composto ou investigar a composição 
de uma amostra. Tal técnica espectroscópica pode ser utilizada para identificação e 
caracterização das espécies formadoras de materiais, bem como possíveis pontos de 
interações entre grupos específicos de cada espécie (figura 8). Para isso, as amostras 
poliméricas são secas, trituradas, misturas com brometo de potássio (KBr) e 
prensadas para formação de pastilhas. As pastilhas são analisadas pelo espectrômetro 
registrando o número de varreduras de acordo com o desejado.
33
CARACTERIZAÇÃO DE POLÍMEROS │ UNIDADE II
Figura 8. Espectros de FTIR de uma matriz polimérica.
 
Fonte: Próprio autor.
Funcionamento do aparelho de FT-IR
A seguir nos atentaremos a compreender o caminho realizado pela luz e entendido pelo 
FT-IR (figura 9).
Figura 9. Esquema representativo do movimento do espelho em um FT-IR.
Fonte: Próprio autor.
Temos que a partir de um estímulo no material, haverá interação entre o IV e a 
amostra, de modo que este material responderá com vibrações moleculares, e a partir 
de delas, se fará arranjos matemáticos (Transformada de Fourier), a partir dos quais 
será possível ler, interpretare entender os dados obtidos, formando-se um espectro 
no infravermelho.
34
UNIDADE II │ CARACTERIZAÇÃO DE POLÍMEROS
Sendo assim: 
1. O raio que emerge de S em direção à amostra e em seguida ao detector, é 
denominado radiação transmitida.
2. O movimento do espelho móvel gera uma diferença de caminho óptico 
nos dois braços do interferômetro, conhecido como retardo óptico δ, de 
modo que, δ= 2x (isso porque a radiação tem que percorrer uma distância 
adicional x para alcançar o espelho e outra distância x, para retornar ao 
ponto onde o espelho se encontrava antes de se mover.
3. Uma radiação monocromática com λ passa pelo instrumento de modo 
que, se o caminho óptico aumenta, o sinal que chega ao detector 
(interferograma) varia de intensidade passando por uma série de 
máximos (δ são múltiplos inteiros do λ de modo que δ= λn, onde n= 0, -1, 
+1, -2, +2...) e mínimos.
4. O valor de máximo atingirá o detector quando os raios provenientes dos 
espelhos fixo e móvel estão em fase quando chegam ao S, pois a amplitude 
da radiação será duas vezes o valor original (lembrando que a frequência 
não muda).
5. A intensidade do sinal cai a zero quando δ= 
n 1
2
+
λ , onde n= 0, -1, 
+1, -2, +2.... À medida que espelho móvel se move continuamente, 
a intensidade do sinal de interferência I (δ) varia conforme:
I (δ)= 0,5 I(v) cos 2π v δ
onde I(v) é a intensidade da fonte de radiação com número de onda v, sendo 
1v =
λ
; 
o valor 0,5 corresponde à 50% da radiação inicial.
Onde há coincidência das ondas (fase) é onde está o meu espelho.
6. Para obter um espetro no infravermelho, fazemos primeiramente o 
background (interferograma sem amostra) (figuras 10 e 11).
35
CARACTERIZAÇÃO DE POLÍMEROS │ UNIDADE II
Figura 10. Representação de um interferograma de uma radiação monocromática.
Fonte: Próprio autor.
Figura 11. Representação de um interferograma de uma radiação policromática sem amostra no caminho 
óptico (background).
Fonte: Próprio autor.
7. A amostra A é colocada entre o interferômetro e o detector D, de modo 
que ela absorve preferencialmente alguns comprimentos de onda λ, 
reduzindo as intensidades destes. Figura 12.
36
UNIDADE II │ CARACTERIZAÇÃO DE POLÍMEROS
Figura 12. Representação de um interferograma de uma radiação policromática com amostra entre o 
interferômetro e o detector D.
Fonte: Próprio autor.
8. Em seguida, usamos transformação de Fourier para transformar os 
interferogramas em espectros no domínio da frequência. Vale lembrar 
que este processo é realizado estritamente via computacional.
9. A subtração do background (figura 11) do espectro da amostra (figura 12) 
gera o espectro da absorção da amostra (figura 13).
37
CARACTERIZAÇÃO DE POLÍMEROS │ UNIDADE II
Figura 13. Representação do espetro da absorção da amostra.
 
Fonte: Próprio autor.
A partir da figura 13 podemos observar que a espectroscopia no infravermelho 
identificará a presença de vários grupos funcionais na estrutura orgânica, pois há 
interação das moléculas ou átomos com a radiação eletromagnética no processo 
vibracional, o qual corresponde a uma série de bandas no espetro da absorção. O 
espectro pode ser usado para uma análise qualitativa, na qual podemos utilizar a 
transmissão ou absorção, ou para uma análise quantitativa, na qual devemos utilizar 
a absorção. (BARBOSA, 2007; STUART; GEORGE; McINTYRE, 1996).
Para saber mais sobre a técnica de FT-IR, faça uma pesquisa mais detalhada 
sobre a técnica ou acompanhe material/disciplina sobre Técnicas de 
Espectroscopia oferecida pela Unyleya.
Podemos perceber que o interferograma será obtido a partir da variação da retardação 
e por captura do sinal do detector para vários valores da retardação, de modo que 
o formato do interferograma para momentos nos quais a amostra está ausente 
dependerá de alguns fatores como a variação da intensidade da fonte e da eficiência 
do divisor de luz, sendo possível obter um máximo para uma retardação nula, quando 
há interferência construtiva para todos os comprimentos de onda, seguida de uma 
série de “ziguezagues”. 
38
UNIDADE II │ CARACTERIZAÇÃO DE POLÍMEROS
Vale lembrar que a posição do zero de retardação é definida de maneira precisa pela 
determinação do ponto de máxima intensidade no interferograma, de modo que 
quando a amostra se encontra presente, o interferograma de fundo é ajustado pela 
presença de bandas de absorção na amostra.
Complementar à identificação de compostos como o de isômeros, é possível por 
meio do FTIR a validação de autenticidade de obras de arte e complementar à 
cromatografia gasosa, separar componentes em uma mistura.
Propriedades químicas: espectroscopia de 
dispersão de energia de raios-X (EDX ou EDS)
A espectroscopia EDS é uma técnica que permite a análise química qualitativa da 
amostra por meio de um detector instalado na câmara de vácuo do aparelho de 
microscopia de varredura eletrônica (MEV), o qual emite um feixe de elétron sobre a 
amostra medindo a energia dos elétrons excitados (dos quais houve mudança de nível 
energético) que ficam na parte mais externa do átomo de modo que ao retornarem 
para posição inicial, esses elétrons liberam tal energia adquirida, a qual é emitida 
em comprimento de onda no espectro de raios- X. É possível identificar o elemento 
constituinte da amostra por esta técnica, pois cada átomo possui energia distinta.
Além da identificação química do material, o EDS fornece o mapeamento da 
distribuição de elementos químicos pelo material, gerando mapas composicionais 
dos elementos desejados (figura 14).
Figura 14. Representação de análise EDS com dados quantitativos e qualitativos de uma matriz nanocompósita.
Spectrum processing: Peaks possibility omitted: 1,041, 3.340 keV
Processing option: all elements analyzed (Normalised)
Number of iterations = 6
Standad:
C CaCO
3
 1-jun- 1999 12:00 AM
N Not defined 1-jun- 1999 12:00 AM
O S
i
O
2
 1-jun- 1999 12:00 AM
Element Weight (%) Atomic (%)
CK 47,25 52,81
NK 24,65 23,62
OK 28,10 23,58
Totals 100,00 100,00
39
CARACTERIZAÇÃO DE POLÍMEROS │ UNIDADE II
Fonte: Próprio autor.
Funcionamento do aparelho de EDS
No equipamento de EDS, um feixe de elétrons acelerados, ou seja, com energia cinética, 
entra em contato com a amostra gerando sinais, de modo que se esses elétrons são 
espalhados elasticamente, e não haverá perda de energia; e se esses elétrons são 
espalhados inelasticamente, haverá perda energia, e essa energia será transmitida à 
amostra produzindo excitações nos elétrons para produzir espectros característicos 
de raios-X, relacionados aos números atômicos e dos elementos constituintes cujas 
energias ou comprimentos de ondas são utilizados para identificar o elemento emissor 
da radiação e consequentemente obtermos informações sobre essa amostra. 
O equipamento EDS é composto por: 
 » Um canhão que produz um feixe de elétrons.
 » Um detector com temperatura controlada por nitrogênio líquido a fim 
de minimizar qualquer sinal termicamente induzido, o qual é formado 
por dois eletrodos metálicos os quais envolvem o cristal de silício e são 
responsáveis pela tensão. Uma camada de lítio fundida recobre o cristal de 
Si, tornando-a responsável pela semicondutividade do detector, de modo 
que, a altura dos pulsos de corrente gerada pelo raio-x é proporcional à 
energia do raio-x.
 » Amplificador responsável por coletar a carga no detector, no qual o pulso 
de corrente é convertido em para um pulso de voltagem proporcional em 
um transistor de efeito de campo (FET), amplificado e convertido em um 
sinal digital e contado. 
40
UNIDADE II │ CARACTERIZAÇÃO DE POLÍMEROS
 » Analisador multicanal o qual acumula o número de pulsos produzidos 
pelo detector que caírem em uma faixa definida de energia.
Vale lembrar que o EDS é um equipamento complementar e favorece uma análise 
qualitativa mais rápida.
Propriedades morfológicas: microscopia de 
varredura eletrônica (MEV)
Também conhecida como Scanning Electron Microscopy(SEM) tem uma aparência 
tridimensional característica e é útil para avaliar a estrutura superficial e de bulk de 
uma dada amostra. Além disso, no caso de hidrogéis nanocompósitos, essa técnica de 
análise poderá nos informar sobre possíveis pontos de separação de fase e agregação 
dos materiais em diferentes níveis de escala. Para as análises, as superfícies dos 
materiais secos foram recobertas por uma fina camada de ouro, e depositados em 
uma porta amostra e inseridos em um microscópio eletrônico de varredura.
Funcionamento do MEV
O princípio de um microscópio eletrônico de varredura (MEV) consiste 
em utilizar um feixe de elétrons de pequeno diâmetro para explorar a 
superfície da amostra, ponto a ponto, por linhas sucessivas e transmitir 
o sinal do detector a uma tela catódica cuja varredura está perfeitamente 
sincronizada com aquela do feixe incidente. Por um sistema de bobinas 
de deflexão, o feixe pode ser guiado de modo a varrer a superfície da 
amostra segundo uma malha retangular. O sinal de imagem resulta 
da interação do feixe incidente com a superfície da amostra. O sinal 
recolhido pelo detector é utilizado para modular o brilho do monitor, 
permitindo a observação. A maioria dos instrumentos usa como fonte 
de elétrons um filamento de tungstênio (W) aquecido, operando numa 
faixa de tensões de aceleração de 1 a 50 kV. O feixe é acelerado pela alta 
tensão criada entre o filamento e o ânodo. Ele é, em seguida, focalizado 
sobre a amostra por uma série de três lentes eletromagnéticas com 
um spot menor que 4 nm. O feixe interagindo com a amostra produz 
elétrons e fótons que podem ser coletadas por detectores adequados e 
convertidas em um sinal de vídeo.
Quando o feixe primário incide na amostra, parte dos elétrons 
difunde-se e constitui um volume de interação cuja forma depende 
principalmente da tensão de aceleração e do número atômico da 
41
CARACTERIZAÇÃO DE POLÍMEROS │ UNIDADE II
amostra. Neste volume, os elétrons e as ondas eletromagnéticos 
produzidos são utilizados para formar as imagens ou para efetuar 
análises físico-químicas.
Para serem detectadas, as partículas e/ou os raios eletromagnéticos 
resultantes da interação do feixe eletrônico com a amostra devem 
retornar à superfície da amostra e daí atingirem o detector. 
A profundidade máxima de detecção, portanto, a resolução 
espacial, depende da energia com que estas partículas ou raios 
atingem o detector, ou são capturadas pelo mesmo. Por exemplo: 
elétrons retroespalhados possuem maior energia do que os elétrons 
secundários, assim, o detector de elétrons retroespalhados irá operar 
na faixa de energia maior e o de elétrons secundários na faixa menor.
A imagem formada a partir do sinal captado na varredura eletrônica 
de uma superfície pode apresentar diferentes características, uma 
vez que a imagem resulta da amplificação de um sinal obtido de uma 
interação entre o feixe eletrônico e o material da amostra. Diferentes 
sinais podem ser emitidos pela amostra. Dentre os sinais emitidos, os 
mais utilizados para obtenção da imagem são originários dos elétrons 
secundários e/ou dos elétrons retroespalhados (DEDAVID; GOMES; 
MACHADO, 2007).
Propriedades térmicas: análise termogravimétrica 
(TG) e calorimetria exploratória diferencial (DSC)
Análises térmicas referem-se ao uso de uma ou mais técnicas termo-analíticas, 
nas quais propriedades física ou química de uma substância, ou de seus produtos 
de reação, são monitoradas em função do tempo ou temperatura, de modo que 
concomitantemente uma amostra é submetida a uma programação, tendo também 
sua temperatura monitorada sob uma atmosfera específica, de modo que os gases 
presentes nessa atmosfera controlada podem ou não favorecer a reação química 
e/ou seus produtos de degradação. Sendo assim, o campo de atuação de uma análise 
térmica permite entre outros, o estudo de catálises e corrosões, propriedades 
térmicas e mecânicas como expansão térmica e amolecimento, diagramas de fase e 
transformações (CARBINATTO, 2010; ALVES, 2011).
Dentre as análises térmicas, destacam-se:
 » Termogravimetria/termogravimetria derivada (TG/ DTG): é a técnica 
que mede a mudança de massa de uma substância em função da 
42
UNIDADE II │ CARACTERIZAÇÃO DE POLÍMEROS
temperatura sob programação controlada devido à interação com a 
atmosfera, vaporização e decomposição.
 » Análise Térmica Diferencial (DTA): utiliza-se de processos físicos 
e químicos envolvendo variação de energia de modo que a diferença 
de temperatura entre uma substância e um material de referência é 
medida em função da temperatura enquanto a substância e o material 
de referência são submetidos a uma programação controlada de 
temperatura.
 » Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC): foi desenvolvido 
com o intuito de evitar as dificuldades encontradas no DTA ou 
compensá-las, criando um equipamento capaz de quantificar a 
energia envolvida nas reações, já que também se utiliza de processos 
físicos e químicos envolvendo variação de energia.
 » Análise Termomecânica (TMA), Análise Dilatométrica (DIL) e Análise 
Dínamo-Mecânica (DMA): mudanças nas propriedades visco elásticas 
e transições.
 » Análise a laser (Laser/Light Flash Analysis) (LFA): propriedades 
termo físicas (TPP): cálculo da difusividade térmica, condutividade 
térmica e capacidade calorífica à pressão constante (Cp) (RODRIGUES; 
MARCHETTO, 2014).
Funcionamento do DSC
Uma amostra e uma referência são colocadas num sistema de aquecimento e 
monitoradas por termopares de modo que haja aquecimento individual (figura 15).
Figura 15. Compartimento de amostra (A) e referência (R) na análise de DSC.
Fonte: Próprio autor.
43
CARACTERIZAÇÃO DE POLÍMEROS │ UNIDADE II
No DSC, o fluxo de calor é medido por meio da diferença de temperatura entre a 
amostra e a referência, de modo que o fluxo de calor gerado no disco do porta amostra 
causa uma dada variação da temperatura (ΔT), a qual será entendida como uma 
diferença de tensão (ΔU) entre a amostra e a referência, e ajustada para a resposta do 
termopar (S) como proporcional ao fluxo de calor.
À medida que a temperatura do sistema aumenta pelas fontes de aquecimento 
individuais, a temperatura da amostra e da referência se mantém iguais, até que 
haja alguma alteração física ou química na amostra, de modo que a temperatura 
e a energia são monitoradas e geradas pelos sensores (termômetros resistivos e 
aquecedores); ou seja, além de fornecer a variação da temperatura em função da 
própria temperatura ou do tempo, o DSC fornece a quantidade de energia elétrica 
fornecida para o sistema. Para uma alteração do tipo exotérmica, a amostra liberará 
calor (TA> TR) e, numa alteração endotérmica, a amostra absorverá calor (TA< TR). 
Para esses tipos de variações notaremos, graficamente, o surgimento de picos. 
Poderá haver também variação na capacidade calorífica em cada material, pois a 
variação da temperatura nunca será realmente igual a zero; e essa variação causará 
mudança na linha-base. Além das variações citadas, podemos identificar outros 
processos na amostra como decomposição, reticulação, transições conformacionais 
e registros indicadores da existência de formas polimórficas.
Resumindo, a técnica de DSC diferencia-se da Técnica de DTA (Análise Térmica 
Diferencial), pois mantém constante o calor fornecido ao sistema, ou seja, durante 
a transformação ocorrida na amostra, o sistema de controle aumenta a energia 
dada à amostra ou à referência, mantendo a amostra e a referência à mesma 
temperatura; o que gerará curvas expressas em termos de fluxo de calor (mW) 
versus temperatura (ºC) ou tempo (min) (LUCAS; SOARES; MONTEIRO, 2001). 
Figura 16. Diagrama exemplificando DSC.
Fonte: Próprio autor.
44
UNIDADE II │ CARACTERIZAÇÃO DE POLÍMEROS
Interpretando os dados do DSC
Algumas variáveis de medidas influenciam os resultados obtidos no DSC, como:
 » Efeito da taxa de aquecimento.
 › Algumas transições como evaporação, cristalização,decomposição, 
dentre outros fenômenos cinéticos, deslocando os picos para 
temperaturas mais altas quando aquecidas a taxas mais altas.
 › Altas taxas de aquecimento são responsáveis por maior sensibilidade 
e baixas taxas são responsáveis pelo aumento da resolução do 
espectro, visto que prolongam o tempo de exposição à temperatura.
 › Taxas de aquecimento mais lentas são utilizadas para obtenção 
de temperaturas de eventos térmicos mais próximos ao valor 
termodinâmico verdadeiro.
 › Varreduras rápidas podem esconder eventos térmicos.
 » Efeito da taxa de resfriamento:
 › Resfriamento lento a partir da fusão permite maior tempo 
de organização e cristalização entre as cadeias poliméricas 
resultando numa maior cristalinidade do material, de modo que 
ao reaquecê-lo, o pico de fusão será maior. O inverso se observa 
com a taxa de resfriamento rápida demais.
Vale lembrar que o fluxo de calor medido pelo DSC (dQ/dt) é igual ao produto 
da capacidade térmica (Cp) ou massa da amostra e taxa de aquecimento (dT/dt) 
acrescido o componente dependente do tempo ou cinética (f(T,t)). 
Além disso, o tamanho da amostra, a taxa de aquecimento, a massa da cápsula 
de referência e o nitrogênio como gás de purga são condições experimentais que 
auxiliam no aumento da sensibilidade, enquanto essas mesmas condições auxiliam 
na diminuição da resolução.
No que se refere aos processos de fusão, temos que:
 » Para substâncias puras: curva de fusão é linear, o ponto de fusão e 
definido pela temperatura inicial extrapolada.
 » Para substâncias impuras: pico de fusão é largo e assimétrico, 
o ponto de fusão é definido no máximo do pico, de modo que 
45
CARACTERIZAÇÃO DE POLÍMEROS │ UNIDADE II
impurezas eutéticas geram fases metaestáveis e consequentemente 
picos adicionais.
 » Para fusão com decomposição, é possível o aparecimento ou de um pico 
acima da linha base indicando um evento exotérmico ou de um pico 
abaixo da linha base indicando um evento endotérmico.
É interessante notar que para polímeros:
 » Usa-se a temperatura de pico (Tp)
 como a temperatura de fusão (Tm).
 » Entre a temperatura inicial (T0) e Tp, ocorre a aperfeiçoamento do 
cristal, ou seja, a fusão e a cristalização ocorrem simultaneamente.
 » Entre a Tp e o calor de fusão (Tf), a amostra termina de fundir e retorna 
para a temperatura do DSC.
Por fim, o DSC proporciona maior rapidez e simplicidade na obtenção de dados, 
maior versatilidade no estado físico da amostra (líquido e gasoso) em menor 
quantidade utilizada. Ao mesmo tempo, tem exatidão e precisão inferiores a outras 
técnicas, necessidade de constante calibração da temperatura e imprecisão da 
determinação das áreas dos picos formados no espectro.
Propriedades mecânicas: análise termo e 
dinamomecânica ou termomecânica (ATM) e 
analisador mecânico dinâmica (DMA)
ATM e DMA são técnicas essencialmente utilizadas para medir o comportamento 
viscoelástico de um dado material.
O DMA também mede algumas propriedades mecânicas do material, reordenamento 
molecular e estrutura do material, de modo que a amostra é submetida a uma 
tensão periódica em um dos modos de deformação (flexão, tensão, cisalhamento e 
compressão) de modo que o módulo é medido em função do tempo ou temperatura 
fornecendo informações sobre as transições de fase do material, sendo possível 
caracterizá-lo em uma ampla faixa de rigidez e de frequência, tornando a técnica 
bastante versátil em termos de estado físico e umidade relativa específica do material.
ATM consiste em medir as deformações de uma dada amostra que está 
sob pressão em função da temperatura ou tempo, a fim de se determinar o 
comportamento viscoelástico do material, assim como expansão térmica e mudança 
de coeficiente. As taxas de aquecimento e resfriamento, tamanho e estado físico 
46
UNIDADE II │ CARACTERIZAÇÃO DE POLÍMEROS
da amostra (sólido e líquido) e deformações são essenciais para o sucesso das 
medições, além da calibração, a qual é feita antes do teste desejado, com auxílio de 
programa computacional no qual é possível controlar altura, temperatura e força.
As deformações podem ser:
 » penetração: na qual a amostra é penetrada pelo peso de teste.
 » compressão: na qual a amostra é comprimida pelo peso de teste.
 » expansão: na qual a amostra é expandida pelo dilatômetro.
 » flexão: na qual a amostra é flexionada pelo peso de teste.
 » extensão: na qual a amostra é esticada pelo peso de teste.
Respeitando aos seguintes testes em materiais poliméricos:
 » Amostras sólidas: por meio do eixo plano e baixa carga é possível medir 
a expansão variando-se a temperatura, obtendo-se o coeficiente de 
expansão e temperatura vítrea (Tg).
 » Amostra dividida: por meio do dilatômetro é possível medir a mudança 
volumétrica variando-se a temperatura obtendo-se o coeficiente de 
expansão e Tg.
 » Filme fino: por meio do eixo de penetração e carga alta é possível medir 
a profundidade de penetração variando-se a força, tempo e temperatura, 
obtendo-se o módulo e densidade de emaranhamento, comportamento 
de cura e amolecimento e fusão
 » Filme ou fibra: por meio do eixo de tensão é possível medir a extensão 
uniaxial, variando-se a força, tempo e temperatura, obtendo-se o módulo 
e densidade de emaranhamento, o comportamento de creep e cura, Tg, Tf, 
e comportamento de cura.
 » Fluido: por meio de placas paralelas é possível medir a distância, 
variando-se o tempo e a temperatura, obtendo-se a viscosidade, 
solidificação e fusão.
 » Sólido: por meio de eixo de flexão é possível medir a flexão, variando-se 
o tempo e temperatura, o comportamento de creep, Tg e Tf
47
UNIDADE IIIPROCESSAMENTO 
DE POLÍMEROS
CAPÍTULO 1
Base física para o processamento de 
polímeros
Pudemos perceber que as características morfológicas ditam as propriedades 
poliméricas e consequentemente sua aplicabilidade, diante das transformações 
adequadas do polímero, ou seja, o modo de fabricação de determinado objeto é 
fortemente influenciado pelas propriedades reológicas do polímero em questão.
Sendo assim, os primeiros passos para o processamento de um polímero são:
 » Identificá-lo como termorrígido ou termoplástico.
 » Se está sujeito a reação de reticulação.
 » Se está na temperatura necessária para indução de fluxo e amolecimento.
 » Se possui estabilidade química e física.
 » Quais as dimensões desejadas do produto final.
O processo de transformação de polímeros termorrígidos é feito a partir de mudanças 
químicas e irreversíveis, de modo que sua solidificação é causada por reação química 
entre as moléculas do próprio polímero ou entre elas e um aditivo funcionalizado. 
Por outro lado, o processo de transformação de polímeros termoplásticos não 
necessita de materiais precursores que auxiliariam a fluidez do material, visto 
que ele já é fluido em altas temperaturas (fundido), solidificando à medida que 
esta temperatura diminui. Esse processo é reversível, porém apresenta algumas 
consequências importantes como o refugo (rebarbas) e modelagens defeituosas, os 
quais podem gerar custos desnecessários à produção.
48
UNIDADE III │ PROCESSAMENTO DE POLÍMEROS
A seguir, o quadro 2 apresenta comparativos entre polímeros termoplásticos e 
termorrígidos.
Quadro 2. Principais características de polímeros termoplásticos e termorrígidos.
Termoplástico Termorrígido
Fundido no estágio de moldagem. Líquidos de baixo PM ou polímero borrachoso utilizado no estágio de 
moldagem.
Endurecem por resfriamento do fundido. Endurece por reação química, formando geralmente ligações cruzadas 
entre as cadeias.
Reversibilidade de líquido-sólido. Líquido de transforma irreversivelmente em sólido.
Reaproveitamento de rebarbas. Rebarbas não são reaproveitadas diretamente no processo.
Temperatura de uso limitada. Normalmente resistem a altas temperaturas.
Normalmente o processamento orienta as cadeias poliméricas. Podem ser processados com baixa orientação.
Fonte: Materiais (2006).
Viscosidade básica
Viscosidade é a grandeza física capaz demedir a resistência de um fluido ao 
escoamento, ou seja, quanto maior a viscosidade, menor a velocidade com que 
o fluido se move. Ou ainda podemos entender que viscosidade é a propriedade 
relacionada à resistência com a qual um fluido responde a uma deformação por 
cisalhamento.
Pensando em duas placas paralelas, separadas por um líquido cuja distância 
entre elas é r, temos que o movimento de um dos pratos (a uma velocidade u) em 
relação a outro, encontra certa resistência ao movimento como reação viscosa do 
fluido, tendo movimento por cisalhamento, ou seja, viscosidade de cisalhamento 
(figura 17).
Figura 17. Representação de duas placas paralelas separadas por um líquido.
Fonte: Materiais (2006).
Podemos entender a viscosidade como a resposta do atrito interno das 
interações moleculares em função da temperatura num fluido.
49
PROCESSAMENTO DE POLÍMEROS │ UNIDADE III
Ainda analisando a figura anterior, temos que a força atuante em determinada área, é 
chamada de tensão de cisalhamento (t), temos que ela é dada pela Equação 1:
Ft
A
= (1)
E, a taxa de cisalhamento (Ÿ) é determinada pela relação entre a velocidade relativa 
u e a distância L (figura 17), dada pela Equação 2:
u
L(s 1)
=
−
Ÿ (2)
Sendo assim, agora é possível falarmos em viscosidade de cisalhamento (η), a qual 
se comporta como uma constante de proporcionalidade entre a tensão e a taxa de 
cisalhamento, como descrita na Equação 3, descrevendo a consistência ou viscosidade 
de um fluido:
η= t.Ÿ (3)
Percebemos que se um fluido tem alta viscosidade então a tensão necessária 
para distorcê-lo será bastante alta e consequentemente o valor da taxa de 
cisalhamento será maior.
A viscosidade no processamento de polímeros
No processamento de um polímero, a taxa de cisalhamento descreverá a mobilidade 
do material desde que ela seja apropriada para modelagem do material, sendo assim, 
a viscosidade pode ser considerada uma propriedade intrínseca do material enquanto 
que a taxa de cisalhamento será desdobrada no fluido. Sendo assim, podemos 
encontrar certa variação em tensão de cisalhamento ao moldar polímeros seja em 
equipamentos ou em processos, como mostrado no quadro a seguir.
Quadro 3. Viscosidade de alguns polímeros segundo a Tproc.
Material η (MPas) Consistência
Água 10-5 Gasoso
Látex de polímeros 10-3 a 10-5 Fluido
Óleo de oliva 10-1 Líquido
Tintas 10-2 a 10-1 Cremoso
Plástico PVC 1 a 3x10-1 Cremoso
Glicerol 10 Líquido espesso
Resinas 50 Líquido xaroposo
Xarope 102 Líquido xaroposo
50
UNIDADE III │ PROCESSAMENTO DE POLÍMEROS
Material η (MPas) Consistência
Poliuretano líquido 102 a 103 Líquido xaroposo
Polímeros fundidos 102 a 106 Bala de leite
Borrachas antes da cura 102 a 106 Resinosa
SMC/DMC 102 Pastosa
Piche 109 Sólido que escoa
Vidro 1021 Sólido rígido
Fonte: Materiais (2006).
E, ainda, altas velocidades de produção não estão relacionadas ao volume de 
produção e nem a altas taxas de cisalhamento, pois esta está relacionada à 
velocidade de distorção dos elementos do fluido, de modo que a taxa de distorção 
não está relacionada à velocidade do processo e sim ao tipo de moldagem e 
processo de distorção do fluido. Podemos perceber que a condição para a rapidez 
de funcionamento de um dado equipamento é dependente uma pequena variação 
na taxa de cisalhamento. Verificar na tabela a seguir.
Tabela 7. Viscosidade de alguns polímeros segundo a Tproc.
Processo Taxa de cisalhamento (s-1)
Moldagem por compressão 1 a10
Calandragem 10 a 100
Extrusão 100 a1000
Moldagem por injeção 1000 a 105
Revestimento “reverse roll” 3x103
Fonte: Materiais (2006).
Tensão
Tensão é uma força de resistência dada pelo material quando este recebe uma força 
de deformação externa; ela é a responsável pela manutenção da forma original do 
material, de modo que alguns desses materiais possuem altas tensões as quais o 
tornam de difícil deformação, enquanto outros são de fácil deformação.
Nos polímeros, a tensão é originada pelas ligações intermoleculares existentes 
entre as cadeias, de modo que os termofixos possuem ligações do tipo 
intra-moleculares, o que lhes atribui maior possibilidade de tensão, se comparados 
aos termoplásticos.
Viscosidade elástica
Este tipo de viscosidade está relacionado à deformação sofrida pelo material, por 
meio da tensão, e não do cisalhamento, de modo que seu valor tem 3xn para a maioria 
dos fluidos, dos quais podemos citar também os polímeros fundidos.
51
PROCESSAMENTO DE POLÍMEROS │ UNIDADE III
A equação 4 nos mostra como quantizamos a viscosidade elástica (λ):
λ =
tração 
taxa de deformação elástica 
(4)
Percebemos que, além da viscosidade, os polímeros apresentam propriedades 
elásticas.
Tensão de cisalhamento
Esse tipo de tensão é a resposta às forças com diferentes intensidades aplicada a um 
dado material, as quais podem ter diferentes sentidos, porém, direções semelhantes, se 
comportando como uma tensão de corte em fluidos.
Em sistemas com baixa viscosidade, temos que a tensão de cisalhamento está 
relacionada a processos de fluxo superficial livre, ou seja, materiais com baixas taxas 
de cisalhamento, como as resinas, plastisols tipo tinta, poliésteres líquidos e resinas 
epóxi, as quais são consideradas de fácil despejamento, já que os valores de η e Ÿ são 
relativamente baixos, sendo facilmente utilizadas em equipamentos de baixo porte e 
custo, como as máquinas de revestimento com lâminas giratórias. 
Percebemos que a tensão de cisalhamento é fundamental para a 
determinação dos tipos de forças envolvidas para operar determinado 
processo.
Por outro lado, em sistemas de processamento que dependem do fluxo 
“constrangido”, no qual o material limitado se desloca por pressão, a taxa de 
cisalhamento varia em duas ordens de magnitude à medida que o material passa 
por diferentes dimensões, como ocorre na calandragem e processos de injeção, 
influenciando a viscosidade do material e a tensão de cisalhamento, implicando 
no emprego de maquinários robustos, já que a taxa de cisalhamento e viscosidade 
são altas. A tabela a seguir indica alguns tipos de processamentos.
Tabela 8. Indicativo de alguns processos de polímeros com tensão, taxa e viscosidade de cisalhamento.
Processo Y (s-1) η (Pas) t (Nm-2)
Plástico spray 100 3x10-1 30
Plástisol (rolo) 3x103 3x10-1 900
Calandragem/ borracha 10 5x102 5000
Moldagem por injeção 103 a 105 150 1,5x105
Fonte: Materiais (2006).
52
UNIDADE III │ PROCESSAMENTO DE POLÍMEROS
Deformação
A deformação é resposta do material a uma força externa e pode ser do tipo elástica e 
plástica.
A deformação elástica é resposta do material quando a força externa não é suficiente 
para ultrapassar o limite elástico do material, causando uma deformação reversível, 
ou seja, na ausência dessa força, o material volta ao estado original. A deformação do 
tipo plástica é resposta do material à força externa que ultrapassa o limite elástico, 
causando uma deformação permanente no material. As deformações citadas são melhor 
percebidas no gráfico de Força por Deformação (figura 18), no qual podemos observar 
que uma deformação do tipo elástica é proporcional à força de forma linear, enquanto 
que a deformação plástica tem essa relação exponencial.
Figura 18. Representação da deformação (a) elástica e (b) plástica. 
 
 
Fonte: Adaptado de Materiais (2006). 
Força (N) Força (N) 
Limite Elástico 
Limite de 
Ruptura 
Deformação elástica Deformação 
elástica 
Deformação 
plástica 
Deformação (mm) 
Fonte: Adaptado de Materiais (2006).
Taxa de deformação
A variação da deformação aplicada a um material por um instante de tempo é conhecida 
como a taxa de deformação, a qual determina a velocidade de deslocamento desse 
material, ou seja, quanto maior a taxa de deformação, maior a tensão de escoamento e 
resistência do material, esse processo geralmente acontece sob aquecimento.
Escoamento de sólidos
Os materiais sólidos estudados pela reologia nos mostram que o escoamento pode 
ser entendido em termos do tempo