Materiais e produtos poliméricos

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Materiais e produtos poliméricos
Trabalho apresentado como requisito parcial para obtenção de aprovação na disciplina, Materiais de Construção I, no Curso de Engenharia civil, no Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Maranhão.
	
São Luís
2016
Introdução
	Este trabalho tem como intuito caracterizar o que são os materiais poliméricos, através de conceitos, definindo suas particularidades e divisões. Mostrando quais são suas qualidades e aplicações do cotidiano com alguns exemplos para a construção civil. 
 A utilização de polímeros está associada ao desenvolvimento científico, tecnológico e cultural da humanidade. O desenvolvimento e o uso de materiais poliméricos, de fontes naturais, ao longo do tempo histórico, ocorreram de forma lenta e sem grandes expressões até 1550, quando se desenvolve, pela primeira vez, na América Central a borracha natural a partir do látex extraído da seringueira. Em 1839, Charles Goodyear desenvolve uma borracha mais forte e resistente com a implementação do processo de vulcanização que agrega enxofre à estrutura molecular da borracha natural. 
 O processo de vulcanização viabiliza, desde então, o uso da borracha como material de engenharia. Os avanços nos estudos da química orgânica registrados proporcionaram o incremento do desenvolvimento de polímeros sintéticos o que resultou, a partir da década de 1830, na produção de substâncias orgânicas capazes de substituírem produtos naturais como madeira, couro, fibras, dentre outros. Nesta sequência de estudos, Leo Baekeland desenvolveu em 1907, um polímero denominado por baquelita que é ainda utilizado na atualidade.
História
A utilização de polímeros está associada ao desenvolvimento científico, tecnológico e cultural da humanidade. O desenvolvimento e o uso de materiais poliméricos, de fontes naturais, ao longo do tempo histórico, ocorreram de forma lenta e sem grandes expressões até 1550, quando se desenvolve, pela primeira vez, na América Central a borracha natural a partir do látex extraído da seringueira. Em 1839, Charles Goodyear desenvolve uma borracha mais forte e resistente com a implementação do processo de vulcanização que agrega enxofre à estrutura molecular da borracha natural. 
O processo de vulcanização viabiliza, desde então, o uso da borracha como material de engenharia. Os avanços nos estudos da química orgânica registrados proporcionaram o incremento do desenvolvimento de polímeros sintéticos o que resultou, a partir da década de 1830, na produção de substâncias orgânicas capazes de substituírem produtos naturais como madeira, couro, fibras, dentre outros. Nesta sequência de estudos, Leo Baekeland desenvolveu em 1907, um polímero denominado por baquelite que é ainda utilizado na atualidade.
Definição
Os polímeros são materiais orgânicos inorgânicos, naturais ou sintéticos, de alto peso molecular, cuja estrutura molecular consiste na repetição de pequenas unidades chamadas “meros”, que são ligados por ligações covalentes. As matérias primas básicas presentes na produção dos polímeros podem ser de origem mineral, vegetal ou animal, como: areia, carvão, petróleo, matéria vegetal, madeira, etc. Não se usam essas matérias primas ao natural, e sim seus derivados. A partir desses derivados obtêm-se os monômeros que vão formar os polímeros. 
Em relação à sua ocorrência, os polímeros podem ser: naturais e sintéticos. Os naturais são aqueles que já existem na natureza, como é o caso da celulose, a borracha natural, as proteínas e os ácidos nucléicos. A maioria dos polímeros sintéticos são compostos orgânicos, produzidos através da reação de polimerização de moléculas simples, dos quais são exemplo o nylon, o polietileno e o PVC. 
Classificação
Podemos dividir os polímeros em três grupos principais:
Termoplásticos:
Sob efeito de temperatura e pressão, amolecem assumindo a forma do molde. Nova alteração de temperatura e pressão reinicia o processo, sendo, portanto, recicláveis. Em nível molecular, à medida a temperatura é elevada as forças de ligação secundarias são diminuídas, de modo que o movimento relativo das cadeias adjacentes é facilitado quando uma tensão é aplicada. Os termoplásticos são relativamente moles e dúcteis e compõem-se da maioria dos polímeros lineares e aqueles que possuem algumas estruturas ramificadas com cadeias flexíveis.
Termofixos: 
Sob efeito de temperatura e pressão, amolecem assumindo a forma do molde, porém novas alterações de temperatura não amolecem o material novamente, sendo, portanto, não-recicláveis. Durante o tratamento térmico inicial, ligações cruzadas covalentes são formadas entre cadeias adjacentes; essas ligações prendem as cadeias entre si para resistir aos movimentos vibracionais e rotacionais da cadeia a temperaturas elevadas. Os polímeros termofixos são geralmente mais duros, mais fortes e mais frágeis do que os termoplásticos, e possuem melhor estabilidade dimensional.
Elastômeros:
São um grupo à parte, que apresentam propriedades “elásticas”, que suportam grandes deformações antes da ruptura, sendo denominados também de borracha sintética. 
Propriedades
Os diferentes polímeros, blendas e compostos existentes apresentam um largo espectro de propriedades, e em função dessas propriedades é que são definidas as escolhas para as também inúmeras aplicações. As propriedades dos polímeros de uma forma geral podem ser agrupadas da seguinte forma:
 Propriedades mecânicas
As propriedades mecânicas compreendem a totalidade das propriedades que determinam a resposta dos materiais às influencias mecânicas externas; são manifestadas pela capacidade desses materiais desenvolverem deformações reversíveis e irreversíveis, e resistirem à fratura. Assim, o estudo da estrutura dos polímeros, sua deformação é extremamente dependente do tempo. A resposta molecular para se atingir o equilíbrio é lenta.
 Desta forma, o material continua a se deformar. Quando as forças aplicadas são removidas, pode ocorrer algum grau de recuperação, mas também pode permanecer certo grau de deformação permanente. Os polímeros possuem resistência à compressão, resistência à flexão, resistência ao impacto, dureza, resistência à fricção e à abrasão.
Propriedades térmicas
Em princípio, os polímeros são maus condutores de calor, e a relação dos materiais poliméricos com a temperatura são medidas através de algumas propriedades como a capacidade de transferir ou conduzir calor, que é medida pela condutividade e difusibilidade térmicas; a capacidade de armazenar calor que é medida pelo calor específico e as alterações de dimensões, devido a temperatura, que são estimadas através da expansão térmica.
Propriedades elétricas
Materiais poliméricos são maus condutores de eletricidade e a maioria das propriedades elétricas desses isolantes é em função da temperatura. As propriedades elétricas dos polímeros ser estudadas pelo cálculo da rigidez dielétrica que indica em que grau o material é isolante; pela resistividade volumétrica, que mede a resistência de materiais isolantes à passagem de corrente elétrica.
Propriedades óticas 
Podem informar sobre a estrutura e ordenação moleculares, bem como sobre a existência de tensões ou regiões sob deformação. Uma das propriedades óticas é a transparência que é apresentada em polímeros amorfos ou com baixo grau de cristalinidade. A presença de inclusões, ou de cristalinos, torna o material semitransparente, pois essas partículas atuam espalhando a luz. Polímeros muito cristalinos tornam-se translúcidos, semitransparentes ou opacos.
Propriedades químicas 
Algumas propriedades químicas dos polímeros que podemos citar são a resistência à oxidação, resistência à água, resistência à degradação térmica e inflamabilidade.
Aplicações dos polímeros na construção civil
Cloreto de Polivinila (PVC)
O cloreto de polivinila é o polímero mais utilizado na construção civil. O processo de obtenção das resinas de PVC é o responsável por suas características únicas deprocesso. Enquanto que a maioria dos polímeros é obtida por processos diversos de polimerização, as resinas de PVC são comercializadas usualmente na forma de um pó branco e fino, ao qual deverão ser adicionados aditivos que tornam o PVC processável, além de conferir-lhe características especificas. Além de ser fundamental nas novas obras, tem papel importante nas reformas, vindo a substituir materiais como cimento, madeira e argila, atuando também na decoração de novos e velhos ambientes. O PVC traz uma contribuição importante para a qualidade, segurança e custo das obras. Esses são motivos que têm levado ao sucesso do PVC em edifícios ao redor do mundo e, mais especificamente em países da Europa e EUA e também no Brasil. Possui uma versatilidade própria que ajuda a atender as necessidades de design atuais, as mais modernas e as futuras. Além de ser fundamental nas novas obras, tem papel importante nas reformas, vindo a substituir materiais como cimento, madeira e argila, atuando também na decoração de novos e velhos ambientes. Os principais produtos em PVC na construção civil são os tubos e conexões para água e esgoto, os mais conhecidos, mas também as esquadrias de janelas e portas, pisos, fios e cabos elétricos, eletrodutos, forros, acabamentos e muitos mais.
Janelas e Portas: um dos maiores usos do PVC rígido está nos perfis usados na construção de janelas e portas. Os materiais alternativos são o alumínio, a madeira, o ferro e o aço. Aproximadamente 40% do mercado de janelas usadas na Europa Ocidental são feitas com PVC, o que significa um consumo anual de cerca de 600.000 toneladas do polímero/ano. Consumidores europeus e americanos preferem a janela de PVC por ter baixíssima manutenção, não apodrecer, ser fácil de limpar, ser muito bonita e estética, excelente isolamento térmico e acústico, além de ser facilmente instalada.
Tubos, Conexões e Dutos de transporte de água e esgoto: os tubos representam a maior aplicação do PVC, sendo responsável por cerca de 27% de todos os produtos de PVC fabricados na Europa. No Brasil, os tubos representam entre 35% e 40% do volume do PVC. Os tubos de PVC atendem às solicitações técnicas mais diversas e que o tornam apto para a confecção, desde calhas e rufos até tubulações para água e esgoto. Em projetos específicos podem ser feitos materiais arredondados, quadrados ou retangulares sem qualquer problema. A fabricação dos tubos pelo processo de extrusão permite a obtenção de tubos longos, o que diminui a necessidade de juntas e, consequentemente, de riscos de vazamentos, além de diminuir o custo da obra. Os tubos também possuem grande resistência química, podendo ser colocados próximos a outros tubos, transportando outros materiais.
Fios e Cabos: pela propriedade anti-chamas do PVC, ele se constituiu numa opção essencial nos revestimentos e isolamento de fios e cabos elétricos. Esse mercado representa mais de 9% do consumo europeu de PVC e cerca de 6% do mercado do produto no Brasil.
Revestimento externos e forros: os revestimentos em PVC são muitos usados no recobrimento externo de residências, edifícios, etc., por sua baixa manutenção e longo tempo de vida. Além dessas características, possuem grande resistência ao UV e às intempéries. Já os forros de PVC são leves, fáceis de instalar, resistentes à água, de baixa manutenção e de custo muito bom.
Pisos: o piso de PVC é durável, aquece os pés, resistente ao fogo e fácil de ser instalado, bem como é livre de poros, o que ajuda muito na limpeza. Requer baixa manutenção e não necessita de polimento ou tratamentos adicionais, além de ser muito higiênico, motivo pelo qual é muito usado em clínicas e hospitais por ser facilmente dedetizado ou higienizado. 
Poliestireno
Material de largo emprego. Dá superfícies brilhantes e polidas, resiste pouco ao calor e é quebradiço devido à sua pouca flexibilidade. Existe um tipo mais aperfeiçoado, que é o poliestireno de alto impacto, com o qual são feitas algumas conexões de material sanitário, assentos para vaso sanitário, maciços, inquebráveis e inalteráveis à ação de ácidos ou corrosivos.
Poliestireno estendido (Isopor)
Seu polímero apresenta-se sob a forma de esferas que são comprimidas dentro de um molde fechado, por intermédio de um gás que se dilata quando aquecido. Após fabricados, os blocos são cortados em placas nas espessuras desejadas. Sendo extremamente leve, é material facílimo de ser trabalhado. Proporciona ótimos resultados quando aplicado em pisos flutuantes, sanduiches em painéis para paredes divisórias, decoração, forros, isolamento térmico e acústicos. 
Policarbonato
Este tipo de plástico é facilmente moldado em diversos formatos sem precisar de emendas. São empregados nas construções em telhados e paredes de áreas externas como jardins de inverno, garagens, estufas e piscinas, onde há a necessidade da passagem de luz natural. Durante a aplicação é preciso deixar espaços para a dilatação térmica do material. As chapas são instaladas sobre estruturas de aço. Também estão presentes na fabricação de óculos e visores de segurança e capacetes, revestimento de cabines de máquinas agrícolas, blindagem de veículos e portas e paredes de bancos, eletrodomésticos, entre outros.
Polipropileno
É uma das resinas termoplásticas pertencente ao grupo das poliolefinas que inclui os polietilenos e polibutenos, com ampla faixa de propriedades e grande facilidade de processamento. O polipropileno é um termoplástico com forte resistência química e baixo peso específico. Por isso ele é recomendado na fabricação de peças estruturais (dutos, tanques) utilizadas nas indústrias de processos em geral. Ele também é utilizado na fabricação de tubos e conexões rosqueáveis e soldáveis para condução de água, bem como em fibras empregadas no concreto. Outra propriedade marcante do polipropileno é a sua atoxidade, que o torna ideal para as indústrias alimentícias e farmacêuticas.
Poliuretano
O Poliuretano é um polímero que compreende uma cadeia de unidades orgânicas unidas por ligações uretânicas. É amplamente usado em espumas rígidas e flexíveis, em elastómeros duráveis e em adesivos de alto desempenho, em selantes, em fibras, vedações, tapetes, peças de plástico rígido e tintas. Podem ser produzidos produtos mais macios ou rígidos, de acordo com os agentes químicos utilizados. 
Pode-se obter uma espuma ainda mais rígida com o uso de catalisadores de trimerização, que criam estruturas cíclicas no interior da matriz da espuma. São designadas de espumas de poliisocianurato, e são desejáveis nos produtos de espuma rígida usados na construção civil. Na construção civil o poliuretano pode ser utilizado para fixação de esquadrias em madeira e contramarco em alumínio, telhas isotérmicas, isolamento térmico e acústico, fechamento de trincas.
Hypalon e Neoprene 
São elastômeros ou borrachas sintéticas usadas para impermeabilização, apresentando qualidades de resistência à ação das intempéries, da luz solar e do calor, não alterando suas condições de elasticidade e aderência sob condições diversas. 
O Neoprene na construção civil é utilizado em aparelhos de apoio em pontes, viadutos e algumas estruturas pré-fabricadas, vedação de esquadrias e paredes de vidro e como base antivibratória. 
O Hypalon pode ser composto em cores, em uma larga variedade de matizes. O revestimento é aplicado por meio de rolo, pincel ou pulverização sob vários tipos de superfícies, vulcanizando ao ar livre e transformando-se em uma película impermeável e elástica. Também estão sendo fabricadas nos Estados Unidos placas para revestimento de pisos internos e externos à base de Hypalon. 
Polietileno
Também é dos materiais mais utilizados, pelo seu baixo custo e facilidade de ser trabalhado. É flexível, possuindo fracas propriedades mecânicas e baixa resistência ao calor. Uma interessante aplicação é sob a forma de folhas azuladas e transparentes, que proporcionam, entre outras utilidades: proteção de paredes e lajes contra a chuva, cobertura de materiais depositados ao ar livre, cobertura protetorapara equipamento, proteção contra poeira em reformas, demolições, etc.
Nylon
É dos plásticos mais nobres e de melhores qualidades. É usado como reforço nas telhas plásticas de fibra de vidro e em buchas para fixação que substituem com vantagem os chumbadores comuns.
Resinas Epóxi
São dos mais novos e versáteis polímeros. A resina epóxi está sendo empregada tendo em vista as seguintes finalidades: É usada como revestimento, já que, além de oferecer excelente resistência à abrasão, é recomendada para preservação de paredes em reservatórios em contato com agentes químicos agressivos. Também é utilizada na pavimentação, empregada como antiderrapante em locais onde não se deseja um acréscimo substancial de peso na estrutura, como exemplo, em pontes.
Acrílicos
São plásticos nobres, de qualidades óticas e aparência semelhante ao mais fino vidro. Os acrílicos são utilizados principalmente em aparelhos de iluminação, pela perfeita difusão luminosa que proporcionam. São usados também em decoração como paredes divisórias, tapa-vistas e em portas para box.
São executados em material opaco ou transparente, possuindo grande resistência ao impacto e boas características de isolante térmico. 
Fiberglass
É constituído por uma combinação de fibras de vidro com resina poliéster. É material considerado tão nobre quanto o aço inoxidável. Sua resistência é superior a chapa de aço, quando cuidadosamente calculada sua forma, porcentagem e disposição das fibras de vidro a serem combinadas com as resinas.
Na construção, seu emprego estende-se largamente, seja para usos estruturais, painéis de vedação, paredes divisórias ou equipamento. Sua principal vantagem é a facilidade com que se adapta aos processos de industrialização, sendo, portanto, de grande valor para o ramo de pré-fabricação. Outro setor em que o material tem encontrado larga aplicação é na cobertura de domos ou chapas onduladas. Também apresenta amplas possibilidades de emprego como fôrmas para concreto, principalmente nos casos em que há repetição de um elemento, pela possibilidade de reaproveitamento e de obtenção de superfícies de ótimo acabamento.
Silicone
Pertencem à família das resinas sintéticas e são obtidas a partir do silício. Os silicones possuem um campo de aplicação limitado na construção, sendo especificamente indicados para a proteção de superfícies sujeitas às intempéries. É interessante saber que os silicones não realizam uma vedação mecânica da superfície em que é aplicado. O material que constitui a superfície continua com seus poros livres para “respirar” e pode, até mesmo, absorver agua, dependendo da pressão com que for impelida contra a superfície. 
O que acontece é que a aplicação do silicone confere ao material de construção uma tensão superficial sensivelmente menor que a da água. Esta, sem ter sua tensão superficial rompida, escorre sobre a superfície sem encharcá-la. Essa técnica protetora é denominada tecnicamente de “hidrofugação”. 
Sustentabilidade dos polímeros na construção civil 
Atualmente está sendo dada muita ênfase à preservação e conservação do meio ambiente como forma de garantir um desenvolvimento sustentável. Entre os diversos danos causados ao meio ambiente, um está relacionado aos resíduos plásticos. Esses resíduos em geral, levam muito tempo para sofrerem degradação e quando são queimados geram gases tóxicos.
Embora a indústria de embalagem seja a maior produtora de resíduos poliméricos, a construção civil vem encontrando espaços para a reutilização de materiais poliméricos vindo de outras indústrias. É o caso da garrafa PET que podem virar insumo para tintas, revestimentos e até tubos para esgoto predial. Outras oportunidades de reciclagem vêm sendo exploradas na construção civil, como a estudada pelo professor D’Abreu da Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro, que pretende substituir a areia utilizada na construção civil pelo plástico triturado. 
O PVC, um dos polímeros mais utilizados dentro da construção civil, principalmente para a fabricação de tubos e conexões hidráulicas para instalações prediais, também é passível de reciclagem, embora este polímero não gere grandes volumes de resíduos.
Conclusão 
	Esse trabalho teve como objetivo, retratar todo o processo de crescimento e importância dos materiais poliméricos no cotidiano. Podemos observar que os polímeros são muito importantes no nosso cotidiano, e que apesar de serem bastante poluentes eles podem ser recicláveis. Além disso, eles são mais leves e assim gastam menos combustível no seu transporte, o que diminui a poluição. 
O PVC traz uma contribuição importante para a qualidade, segurança e custo das obras. Esses são motivos que têm levado ao sucesso do PVC em edifícios ao redor do mundo e, mais especificamente em países da Europa e EUA e também no Brasil. Possui uma versatilidade própria que ajuda a atender as necessidades de design atuais, as mais modernas e as futuras. Além de ser fundamental nas novas obras, tem papel importante nas reformas, vindo a substituir materiais como cimento, madeira e argila, atuando também na decoração de novos e velhos ambientes. Os principais produtos em PVC na construção civil são os tubos e conexões para água e esgoto, os mais conhecidos, mas também as esquadrias de janelas e portas, pisos, fios e cabos elétricos, eletrodutos, forros, acabamentos e muitos mais.
Referências
BAUER, F. Materiais de construção. 5. Ed. Rio de Janeiro: LTC, 2008
DARCI, F.; BOING, D. Desenvolvimento histórico, científico e tecnológico de polímeros sintéticos e de fontes renováveis. <https://www.unifebe.edu.br/revistadaunifebe/20112/artigo004.pdf>
BEGALLI, G. PVC na construção civil. <http://pt.slideshare.net/GabrielaBegalli/pvc-na-construo-civil>
EFFTING, C. Polímeros na construção civil. 
http://www.joinville.udesc.br/portal/professores/carmeane/materiais/AULA__8___Pol_meros_2014.pdf
BRIGOLINI, J. Polímeros: Matéria prima, reações de polimerização, tipos de ligas plásticas, utilização, classificação, plástico de engenharia, propriedades mecânicas. http://www.em.ufop.br/deciv/departamento/~guilherme/Polimeros.pdf