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Aplicações de polímeros Classe muito grande de materiais utilizados em aplicações diversas. Engenharia (substituição de metais) Fibras altamente resistentes Aeroespacial (estabilidade térmica e oxidativa) Polímeros não inflamáveis (móveis e construção civil) Polímeros degradáveis (liberação controlada de drogas, pesticidas, fertilizantes) Aplicações médicas (suturas bioabsorvíveis, órgãos artificiais) Eletrônica (placas de circuitos impressos, isolantes, baterias, LEDs). Aplicações de resinas plásticas Perfil 2015 da Abiplast. Disponível em http://www.abiplast.org.br/site/estatisticas Os plásticos são muito utilizados em tubos, conexões, esquadrias, isolamento acústico e térmico. Materiais plásticos vêm sendo utilizados em substituição ao concreto, diminuindo o peso das estruturas e melhorando também as características de segurança e resistência das construções. Desde a década de 80, o uso do plástico nos veículos automotores proporciona vantagens como segurança, redução de peso, flexibilidade, aumento da resistência à corrosão, possibilidade de design mais moderno, automóveis mais silenciosos, etc. As embalagens plásticas apresentam várias soluções e inovações, proporcionando maior segurança alimentar, redução de desperdícios e aumento do tempo de prateleira (shelf life) por suas características de barreira física. Dados sobre a cadeia produtiva e aplicações Perfil 2015 da Abiplast. Disponível em http://www.abiplast.org.br/site/estatisticas Principais produtores mundiais de resinas termoplásticas (2014) Perfil 2015 da Abiplast. Indústria brasileira de transformação de material plástico. Disponível em http://www.abiplast.org.br/site/estatisticas Produção de plásticos no Brasil por tipo de resina Introdução a polímeros • Poli (muitos) + meros (iguais) • Conjunto de macromoléculas formadas pela repetição de muitas (dezenas de milhares) unidades químicas iguais (monômeros). etileno polietileno polimerização simplificadamente n = número grande • Exemplo: polietileno Alta Massa Molar! Acima de 10.000 g/mol Polímero x macromolécula Propriedades diferenciadas Influência do tamanho da molécula Grau de polimerização: número de unidades monoméricas na macromolécula. Classificação de polímeros: quanto ao tipo de monômero • Homopolímeros: são formados for um único tipo de monômero. -A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A- [ A ]n • Copolímeros: são formados for dois ou mais monômeros. -B-A-B-B-A-B-A-A-A-B-B-A-A- AleatórioAlternado Em bloco Graftado -B-B-B-B-B-B-A-A-A-A-A-A-A- -B-A-B-A-B-A-B-A-B-A-B-A-B- Esses dois tipos em geral combinam as propriedades dos monômeros Monômeros Representação: n indica muitas unidades repetitivas Copolímero! Nomenclatura: Homopolímeros • Poli + nome do monômero (nome simples). Se o nome do monômero for composto, costuma-se utilizar parênteses. Monômero Polímero Etileno CH2=CH2 Polietileno Propileno CH2=CH2 CH3 Polipropileno Estireno Poliestireno Etileno glicol Ácido tereftálico Poli (tereftalato de etileno) Nomenclatura: Copolímeros Tipo de copolímero Nomenclatura Não- especificado Poli(A-co-B) ou Poli(A-co-B-co-C) Alternado Poli(A-alt-B) Bloco Poli(A-bloco-B) Graftado Poli(A-graft-B) SBR – Borracha de estireno butadieno ou poli (estireno–co-butadieno) PLGA – Poli(ácido lático-co-ácido glicólico) glicólico lático estireno butadieno Nomenclatura: Copolímeros NBR – Poli (acrilonitrila–co-butadieno) acrilonitrila butadieno acrilonitrila estirenobutadieno ABS – Poli(acrilonitrila-co-butadieno-co-estireno Copolímeros: HIPS (high impact polystyrene) HIPS – Poli(butadieno-graft-poliestireno) Polimerização in situ de poliestireno em uma solução de borracha. Grassi, V. G. et al. Aspectos morfológicos e relação estrutura-propriedades de poliestireno de alto impacto. Polímeros: Ciência e Tecnologia, v. 11, p. 158, 2001. + Estireno Polibutadieno PS PB TEM de HIPS, mostrando morfologia tipo “salame”. A parte escura identifica a borracha (fase dispersa) e a parte clara (fase contínua e inclusões), o poliestireno. • Material de baixo custo, com boa resistência ao impacto, estabilidade dimensional. • Aplicações em embalagens e gabinetes de geladeira. Classificação de polímeros: quanto à arquitetura molecular Arquitetura molecular e propriedades • Influência das interações intermoleculares com as cadeias laterais • Impedimento estérico devido às cadeias laterais • Redução na mobilidade das cadeias por ação das ligações cruzadas • Polietileno linear (PEAD): Ponto de fusão 130 - 135C • Polietileno ramificado (PEBD): Ponto de fusão 105 – 110C • Polímeros com ligações cruzadas: não se fundem, nem se dissolvem como os lineares ou ramificados, mas podem se intumescer com solvente. solvente Polímero intumescido • As propriedades dos polímeros têm uma forte dependência com o tamanho das cadeias poliméricas. • Para polímeros em rede, só faz sentido falar em M das cadeias poliméricas entre as ligações cruzadas. Interações intermoleculares/cadeia Entrelaçamento das cadeias Escala de tempo de movimento ܯ = ݊ܯ ܯ = ݉ܽݏݏܽ ݈݉ܽݎ ݀ ݉݊ô݉݁ݎ • A massa molar M de um homopolímero está relacionada ao grau de polimerização (n) por: ܯ ܯ Valores típicos de M entre 10.000 e 1.000.000 Importante ter controle sobre a massa molar Mn: massa molar média em número ܯ݊ = ݔܯ ܯ݊ = ∑ ܰܯ ∑ ܰ M = massa molar ܰ = número de moléculas com tamanho i ݔ = ݂ݎܽçã ݈݉ܽݎ = ܰ∑ ܰ ܯ݊ = ∑ ܰܯ ∑ ܰ Exemplo: Polímero com cadeias de tamanho A e B Cadeias A: MMA = 20.000g/mol, NA= 10 macromoléculas Cadeias B: MMB = 50.000g/mol, NB= 5 macromoléculas ܯ݊ = ଵ×ଶ.ାହ×ହ. ଵାହ =30.000g/mol Massa total Número total de cadeias Classificação de polímeros: Polímeros Termoplásticos Amorfos Semicristalinos Elastômeros Termorrígidos Termoplásticos: polímeros que se fundem acima de uma determinada temperatura, podendo ser moldados e reciclados nessas condições Também chamados de “plásticos” Podem ser lineares ou ramificados Amorfos ou semi-cristalinos Classificação de polímeros: quanto ao comportamento termo-mecânico Termoplásticos: exemplos • PE • PP • PS • PVC • PVDC • PTFE • PET • PA6 • PMMA Elastômeros: polímeros com comportamento de borracha. Atingem estiramentos grandes quando tracionados e recobram suas dimensões originais quando o estímulo cessa. Possuem cadeias ligadas covalentemente por ligações cruzadas (densidade baixa de ligações cruzadas). Amorfos e insolúveis Não fluem com aquecimento e não são termomoldáveis Classificação de polímeros: quanto ao comportamento termo-mecânico Características dos elastômeros Atingem níveis de deformação muito altos (até 1000 vezes!) Módulo de Young baixo Polímeros amorfos, com cadeias espiraladas e dobradas. As rotações das ligações nas cadeias devem estar relativamente livres. Ligações cruzadas adiam o início da deformação plástica. Elastômero deve estar acima da Tg. A força motriz pra a recuperação após a deformação é a entropia! Elastômeros: exemplos • Siliconas • PI (polisopreno) • PB (polibutadieno) Classificação de polímeros: quanto ao comportamento termo-mecânico Termorrígidos: materiais rígidos formados por cadeias poliméricas com uma alta densidade de ligações cruzadas. Não se fundem e degradam quando aquecidos • Polímeros com ligações cruzadas: propriedades dependem da densidade de ramificações. Poucas ramificações: borracha natural vulcanizada Muitas ramificações: termorrígido. Exemplo: resinaepóxi Termorrígidos: exemplos • PUR (poliuretana) • UP (poliésteres insaturados) • PF (resinas fenólicas) PRINCIPAIS CLASSES DE POLÍMEROS UNIDADE REPETITIVA POLIOLEFINAS POLÍMEROS VINÍLICOS CELULOSE E DERIVADOS PRINCIPAIS CLASSES DE POLÍMEROS UNIDADE REPETITIVA POLIÉTER POLISULFETO POLIÉSTER POLIAMIDA POLIURETANA PRINCIPAIS CLASSES DE POLÍMEROS UNIDADE REPETITIVA POLIIMIDA POLICARBONATO POLISSULFONA POLICETONA POLISSILOXANOS Configurações estereoquímicas • Polímeros lineares com substituintes podem apresentar diferentes configurações estereoquímicas. • Exemplos: PP e PS Taticidade: regularidade espacial com que os grupos substituintes são alocados na cadeia polimérica. Isotático: substituintes todos do mesmo lado do plano Configurações estereoquímicas: taticidade Sindiotático: substituintes dispostos de forma alternada Atático: substituintes dispostos de forma aleatória • Polímeros estereoregulares são obtidos com o uso de catalizadores estereoespecíficos na polimerização. Configurações estereoquímicas: taticidade PP atático: amorfo e transparente (aspecto ceroso e pastoso) PP isotático: mais cristalino (50 a 80%), com maior resistência mecânica Minami, Y. et al. Development of low isotactic polyolefin. Polymer Journal 47, 227-234, 2015. Isômeros geométricos Poli(cis-isopreno): borracha natural Amorfo e elastômero Poli(trans-isopreno): guta-percha Semi-cristalino e mais rígido Vídeos sobre borracha e produção de pneu Poli(cis-isopreno): borracha natural Amorfo e elastômero Borracha: https://www.youtube.com/watch?v=CKq42J7SaWw&t=33s Pneus: https://www.youtube.com/watch?v=yGjKOfXnwL0 Vantagens da utilização de polímeros Baixo custo em comparação a outros materiais (metais, p. ex.) Resistência química e à corrosão Boas propriedades de isolamento térmico e elétrico Podem apresentar propriedades isotrópicas e/ou anisotrópicas, Baixa densidade Fácil processamento Obtenção de material transparente, translúcido ou opaco Obtenção de produtos com ampla variedade de formas, acabamentos e cores. Desvantagens da utilização de polímeros Instabilidade dimensional Limitação na faixa de temperatura de uso Flamabilidade Odor e fumaça durante o processamento Longo tempo para degradação Alto custo no caso de alguns polímeros especiais. Tendências atuais e perspectivas Substituição contínua de outros materiais Aplicações de alto valor agregado na área médica (p. ex. em implantes cirúrgicos) Materiais biodegradáveis ou não agressivos ao meio ambiente Blendas Compósitos e nanocompósitos.
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