TEORIA MODULO 3 MCMA

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POLÍMEROS
TIPOS DE POLÍMEROS E SUAS PROPRIEDADES
 
Introdução
 Os polímeros são materiais de origem orgânica ou inorgânica, formadas a
partir da repetição de milhares de meros, que se ligam através de ligações
covalentes formando macromoléculas.
 O termo polímero tem origem nas palavras gregas poli (muitos) e mero
(unidade de repetição), desta forma um polímero é um material constituído de
muitas unidades estruturais menores que se repetem.
 Os monômeros são moléculas de baixa massa molecular os quais, a partir
das reações de polimerização, vêm a gerar na macromolécula polimérica. As
unidades repetitivas, chamada de mero, provem da estrutura do monômero.
 As cadeias poliméricas, devido ao seu grande tamanho, dificultam a
cristalização dos polímeros, de forma que a maior parte dos polímeros é amorfa
ou semicristalina (possuem algum grau de cristalinidade, porém não são
totalmente cristalinos).
 A formação dos arranjos geométricos espaciais que a cadeia polimérica
pode adquirir irá depender da sua estrutura química e do meio em que está
inserida, mas em geral pode-se dizer que as macromoléculas tendem a se enrolar
semelhante à um novelo de lã.
Obtenção
 Os polímeros podem ser obtidas através de uma reação química
denomina polimerização
 
Classificação
 Os polímeros podem ser classificados de diversas maneiras: a) quanto à
sua origem (naturais ou sintéticos); b) quando ao seu comportamento em relação
à temperatura (termoplástico, termofixo ou elastômero); c) quanto à sua
estrutura química (poliolefinas, polivinílicos, poliamidas, poliésteres,
policarbonatos, etc.).
 A classificação em relação à origem os polímeros podem ser naturais,
empregados como estão na natureza ou pouco processados (celulose, fibras
vegetais, seda) ou sintéticos, obtidos a partir de matérias primas que sofrem
diversas reações químicas para formar o polímero.
 A classificação mais usual é em relação ao comportamento em relação ao
calor:
 
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a) Termoplásticos
 Quando aquecidos amolecem e se fundem podendo ser conformados e ao
se retirar a fonte de calor se resfriam e assumem a forma do molde. Esse
processo pode ser repetido diversas vezes.
 Um cuidado que se deve ter ao reprocessar um termoplástico é em
relação à degradação térmica que pode ocorrer. Em polímeros com estruturas
mais simples, como o polietileno, isso pode ser verificado pela alteração de cor.
Para os plásticos de engenharia verifica-se uma diminuição nas propriedades
mecânicas.
 Diversos termoplásticos têm aplicações em engenharia, desde os mais
convencionais polietileno (PE) e polipropileno (PP), passando pelos poliésteres
(PET), poliamidas (nylon), policarbonatos (PC), até polímeros com usos balísticos,
como o Kevlar.
 
b) Termofixos
 São conhecidos, também, como termorrígidos. Após o término da reação
química (cura) formam um reticulado tridimensional que é insolúvel e que quando
aquecido não sofre amolecimento. Se o aquecimento persistir eles queimam,
porém não se fundem.
 Os principais termofixos usados em engenharia são as resinas poliéster
insaturadas e as resinas epóxi.
 
c) Elastômeros
 Também conhecidos como borrachas. É uma classe intermediária entre os
termoplásticos e os termofixos. Suas cadeias principais são ligadas entre si por
ligações cruzadas, fazendo com que, ao sofrer uma solicitação, se deformem e a
se remover essa solicitação retornem à forma original.
 Como os termofixos são insolúveis e não fundem, porém se colocados em
contato com um solvente o absorvem e incham.
 Os elastômeros mais comuns são a borracha natural (látex), as borrachas
BUNA, poli-isopreno e neoprene (cloropreno).
 
Propriedades
 Os polímeros apresentam diversas propriedades de interesse da
engenharia, o que os torna uma classe de materiais com vasta aplicação em
diversas indústrias.
 Algumas das propriedades de interesse dos polímeros são:
Leveza: tendo uma massa específica menor que os metais e as cerâmicas,
os polímeros são cada vez mais empregados na indústria (esportiva,
automotiva, eletroeletrônica e automobilística);
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Baixa Temperatura de Processamento: na maioria dos plásticos não
ultrapassa 250 ºC, o que implica em menores custos de produção;
Resistência a Corrosão: devido às suas ligações químicas primárias
(covalentes) e secundárias (van der Walls), os polímeros apresentam grande
resistência à corrosão que outros materiais, como os metais;
Baixa Condutividade Térmica e Elétrica: essa propriedade deve-se
também às suas ligações químicas. Se comparados aos metais, os polímeros
apresentam condutividade térmica mil vezes menor;
Versatilidade: as diferentes composições dos polímeros, garantidas pelos
aditivos, conferem aos polímeros uma ampla faixa de flexibilidade em termos
de propriedades mecânicas, obtendo materiais do mais rígido (tubos) ao mais
flexível (sacos plásticos);
Permeabilidade: a disposição das moléculas deixa espaços que ao mesmo
tempo em que torna os polímeros mais leves, também confere alta
permeabilidade a gases podendo ser empregados como membranas
separadoras de gases.
 
 As propriedades dos polímeros são influenciadas por uma série de fatores,
como:
a. o tipo de mero presente no polímero,
b. a microestrutura (chamada de configuração), que está relacionada ao arranjo
físico do monômero ao longo da cadeia principal.
c. a arquitetura do polímero, relacionada à sua linearidade ou presença de
ramificações. O polietileno de alta densidade (PEAD) apresenta baixo grau de
ramificações, permitindo que as moléculas fiquem mais próximas. O
polietileno de baixa densidade (PEBD) apresenta elevado grau de
ramificações, que impedem as moléculas de se aproximarem.
d. o comprimento das cadeias. As propriedades físicas de um polímero são
dependentes do comprimento da cadeia principal, quanto maior o seu
tamanho, maiores as temperaturas de fusão do mesmo, sua resistência ao
impacto e viscosidade.
 
 
Propriedades mecânicas
 São as propriedades mecânicas que representam o comportamento do
polímero em uma escala macroscópica.
 
a. Limite de resistência à tração
 Quantifica a deformação no alongamento máximo que o polímero suporta
antes de romper. Em geral aumenta com o aumento do comprimento da cadeia
polimérica ou com a presença de ligações cruzadas.
 
b. Módulo de elasticidade
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 Quantifica a elasticidade do polímero. O módulo de elasticidade sofre
grande influência da temperatura
 
c. Ponto de fusão, Tm
 Em polímeros o conceito de ponto de fusão está relacionado à uma
transição de um estado semicristalino para um estado borrachoso. Quando se
trabalha com polímeros semicristalino o ponto de fusão é melhor denominado
ponto de fusão cristalino.
 
d. Temperatura de transição vítrea, Tg
 É um parâmetro que mostra a transição de um estado líquido viscoso
para um sólido amorfo quebradiço, durante o resfriamento. A temperatura de
transição vítrea pode ser alterada pela adição de plastificantes ou outros aditivos.Caracterização dos polímeros
 Um polímero consiste de uma mistura de cadeias de polímeros de
tamanhos diferentes, estatisticamente distribuídos.
 Diversas técnicas laboratoriais são empregadas na caracterização de
polímeros, como, ensaio de tração, calorimetria diferencia de varredura (DSC),
análise termo-dinâmico mecânica (DMTA), espectroscopia de infravermelho com
transformada de Fourier (FTIR), cromatografia de permeação a gel (GPC) e
reologia, entre outras.
 Essas técnicas auxiliam a determinar as propriedades mecânicas e físico
químicas dos polímeros.
 
 
Tipos de polímeros
 Alguns dos polímeros mais empregados em engenharia podem ser vistos
abaixo:
 
a. Polietileno (PE)
 O polietileno é um plástico leve, parcialmente cristalino, consistindo em
numerosas moléculas de etileno, ligadas em uma cadeia ramificada ou não. Possui
diversas aplicações devido as suas boas propriedades de barreira de umidade,
inércia e flexibilidade.
 As temperaturas de trabalho variam de –40 ºC a 96 ºC, sendo que os
polietilenos se caracterizam por apresentar tenacidade, elevadas propriedades
químicas, baixo coeficiente de atrito e são de fácil processamento.
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 O PE possui algumas limitações como baixa resistência mecânica, sofre
ações de raios ultravioletas e ozônio, não é inerte a ácidos oxidantes (além de não
ser resistente ao corte) e oxida a altas temperaturas, tornando amarelado devido
a quebra das ligações químicas
 
b. Polipropileno (PP)
 Este polímero é uma resina de baixa densidade que oferece boas
propriedades térmicas, químicas e elétricas que podem ser melhoradas através de
reforços com fibra de vidro. Suas propriedades são muitos semelhantes às do
polietileno, porém apresenta maior resistência ao calor, com ponto de
amolecimento por volta de 160ºC. Apresenta elevada resistência mecânica, rigidez
e dureza, devido à sua cristalinidade.
 
c. Policloreto de vinila (PVC)
 O PVC é um plástico derivado do sal (cloreto de sódio, sal gema) e do
petróleo. Da eletrólise, reação química que permite a passagem de corrente
elétrica na água salgada, obtém-se o cloro, a soda cáustica e o hidrogênio. Este é
o cloro utilizado na fabricação do PVC. Do petróleo é possível extrair o eteno.
 A presença de cloro na molécula a torna polar. A resina de PVC apresenta
elevada rigidez e baixa estabilidade térmica. São estes aditivos que darão ao
composto elevada versatilidade, sendo possível obter de tubos rígidos a
mangueiras flexíveis O cloro confere ao PVC a propriedade de ser auto-
extinguível, ou seja, ao pegar fogo ele não propaga chamas. Assim ele pode ser
usado em fiação elétrica, equipamentos e instalações elétricas, forros e qualquer
outro produto que possa sofrer incêndio, com maior segurança do que qualquer
outro material.
 
d. Politereftalato de etileno (PET)
 O PET é um termoplástico obtido pela reação entre o ácido tereftálico e o
etileno glicol, originando um polímero, termoplástico. Utiliza-se principalmente na
forma de fibras para tecelagem e de embalagens para bebidas.
 Dependendo do seu processamento e história térmica o PET pode ser um
polímero amorfo (transparente) ou semicristalino, o material semicristalino pode
parecer transparente devido ao pequeno tamanho dos cristalitos (< 500 nm) ou
opaco.
 É empregado na produção de fibras de reforço (60%) ou para a produção
de embalagens (30%). Apresenta elevada resistência mecânica
 
e. Policarbonatos (PC)
 Possui um grupo carbonato (O-(C=O)-O) na sua cadeia principal. Suas
principais características são alta resistência ao impacto, resistência mecânica e
transparência.
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 Suas principais aplicações estão na indústria automotiva, óptica, produção
de CDs e DVDs
 
f. Poliamida (nylon)
 Uma poliamida é uma macromolécula com unidades repetitivas unidas por
ligações amida (CO-N-H).
 As unidades amida influenciam diretamente nas propriedades do
polímero, devido à formação de pontes de hidrogênio. Porém, esse grupo é
altamente suscetível à presença de umidade, principalmente se associada a
temperatura.