Materiais/Quimica - Aula 7a

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Professora Beatriz
Engenharia de Controle e Automação
Engenharia de Produção
Materiais e 
Química Tecnológica 
Aula 7a
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Polímeros
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Marco na história da indústria de plásticos:
 descoberta do processo de vulcanização da borracha em 1839 (a partir do látex, um polímero natural, que já era largamente empregado) pela Goodyear. 
 próximo grande passo foi a nitração da celulose, resultando na nitrocelulose, produto comercializado em 1870. De seu produto foi obtido o celulóide, alavancando a indústria cinematográfica.
Polímeros
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 descoberto em 1865 o processo de acetilação da celulose, resultando em produtos comerciais de grande uso no início deste século, como fibras de rayon, celofane, entre outros. 
 primeiro polímero puramente sintético surgiu em 1907 - resinas de fenol-formaldeído foram produzidas - entre elas, o primeiro polímero sintético de uso comercial: o "Bakelite". 
Polímeros
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Mesmo roupas e demais vestimentas são feitas com fibras poliméricas sintéticas: 
roupas especiais, como o uniforme de astronautas, vestes dos corredores de fórmula 1, e roupas de mergulho submarino também são produzidas com polímeros especiais, que possuem as propriedades desejadas, em cada caso. 
Polímeros
Desde então, a indústria e o uso de polímeros não para de crescer. 
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Aplicações
O plástico é um dos materiais que pertence à família dos polímeros, e provavelmente o mais popular. 
É um material cada vez mais dominante em nossa era e o encontramos freqüentemente em nosso dia a dia.
Polímeros
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Por exemplo
a) Por que há baldes em plástico e não de chapa metálica ou madeira, como antigamente? 
O plástico é mais leve que os outros materiais. Os compósitos poliméricos são usados em aplicações estruturais devido à uma combinação favorável de baixa massa específica e desempenho mecânico elevado. Para que carregar um pesado balde metálico se o plástico torna o balde leve e estável o suficiente para transportar água?
Polímeros
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b) Por que os fios elétricos são revestidos de plástico e não mais de porcelana ou tecido isolante, como antigamente?
O revestimento plástico é mais flexível que a porcelana. Também é bem mais robusto e resistente às intempéries do que os tecidos. E tudo isso sem prejudicar o isolamento elétrico que é absolutamente vital neste caso.
Polímeros
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c) Por que as geladeiras são revestidas internamente com plástico? 
O plástico é robusto o suficiente e é um ótimo isolante térmico, exigindo menor esforço do compressor para manter os alimentos congelados.
Polímeros
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d) Por que o CD é feito de plástico? 
O plástico utilizado neste caso – policarbonato (ou, abreviadamente, PC) - é tão transparente quanto o vidro, ao mesmo tempo que é mais leve e é bem menos frágil.
Polímeros
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Definição
Polímeros são compostos químicos de elevada massa molecular, resultantes de reações químicas de polimerização. 
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Definição
Em geral são formadas a partir de unidades estruturais menores (os monômeros), ligados covalentemente. O número de unidades estruturais repetidas numa macromolécula é chamado grau de polimerização (GP).
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Definição
O nome vem do grego: poli = muitos + meros = partes, ou seja, muitas partes. 
Os meros estão dispostos um após o outro, como pérolas em um colar. 
Uma macromolécula assume formato muito semelhante ao de um cordão. 
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Exemplo
Repetição de n moléculas do eteno (etileno) produz o polietileno.    
Onde n normalmente é superior a 10.000. Ou seja, uma molécula de polietileno é constituída da repetição de 10.000 ou mais unidades de etileno. 
O parâmetro n é definido como sendo o Grau de Polimerização do polímero, ou seja, o número de meros que constitui a macromolécula. 
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Na prática, os polímeros de uso comum costumam ser denominados das seguintes maneiras:
Prefixo poli- seguido do monômero de onde se obtém o polímero: 
Nomenclatura
Polietileno (PE)
Poliestireno (PS)
Polipropileno (PP)
Policloreto de vinila (PVC)
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Exemplos: 
Nylon para poliamida
Teflon para politetrafluoeretileno
Neopreno para policloropreno
Isopor para poliestireno
Nomenclatura
É freqüente também o uso indevido de marcas comerciais como sinônimos de polímeros, independentemente da empresa que o fabrique.
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Reações de polimerização 
A polimerização pode ser reversível ou não e pode ser espontânea ou provocada (por calor ou reagentes).
A polimerização é uma reação em que as moléculas menores (monômeros) se combinam quimicamente para formar moléculas longas, mais ou menos ramificadas. 
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Reações de polimerização 
Exemplo: 
O etileno é um gás que pode polimerizar-se por reação em cadeia, a temperatura e pressão elevadas e em presença de pequenas quantidades de oxigênio gasoso resultando uma substância sólida, o polietileno. 
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Polietileno
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Propriedades físicas
Leves
 
Mais leves que metais ou cerâmica
Exemplo:
O polietileno é 3 vezes mais leve que o alumínio e 8 vezes mais leve que o aço.
 Motivação para uso na indústria de transportes, embalagens, equipamentos de esporte, etc.
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Alta resistência ao impacto: esta propriedade, associada à transparência, permite substituição do vidro em várias aplicações, que são lentes de óculos (em acrílico ou policarbonato), faróis de automóveis (policarbonato), janelas de trens (policarbonato).
No entanto, a resistência à abrasão e a solventes não é tão boa quanto a do vidro. Lentes de acrílico riscam facilmente e são facilmente danificadas se entrarem em contato com solventes como, por exemplo, acetona.
Propriedades Mecânicas Interessantes 
Alta flexibilidade: variável ao longo de faixa bastante ampla, conforme o tipo de polímero e os aditivos usados na sua formulação.
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Conformação de peças requer aquecimento entre a temperatura ambiente e 250oC. Alguns plásticos especiais requerem até 400oC. 
Disso decorre baixo consumo de energia para conformação. E também faz com que os equipamentos sejam mais simples e não tão caros quanto para metais ou cerâmica. 
Baixas Temperaturas de Processamento 
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Cargas inorgânicas minerais inertes (ex. CaCO3) permitem reduzir custo da peça sem afetar propriedades. 
Exemplo: piso de vinil/cadeiras de jardim (PP), que contém até 60% de cargas. 
Uso de fibras (vidro, carbono) ou algumas cargas minerais (talco, mica, caolim) aumentam a resistência mecânica. 
Aditivos conhecidos como plastificantes podem alterar completamente as características de plásticos como o PVC e borrachas, tornando-os mais flexíveis e tenazes.
Ajuste Fino de Propriedades através de Aditivação 
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Polímeros são altamente indicados para aplicações onde se requeira isolamento elétrico. Explicação: polímeros não contém elétrons livres, responsáveis pela condução de eletricidade nos metais. 
A adição de cargas especiais condutoras (limalha de ferro) pode tornar polímeros fracamente condutores, evitando acúmulo de eletricidade estática, que é perigoso em certas aplicações. 
Baixa Condutividade Elétrica 
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A condutividade térmica dos polímeros é cerca de mil vezes menor que a dos metais. Logo, são altamente recomendados em aplicações que requeiram isolamento térmico, particularmente na forma de espumas. 
Mesmo explicação do caso anterior: ausência de elétrons livres dificulta a condução de calor nos polímeros. 
Baixa Condutividade Térmica 
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No entanto, não significa que os plásticos sejam completamente invulneráveis ao problema. Ex: um CD não pode ser limpo com terebentina, que danificaria a sua superfície. 
De maneira geral, os polímeros são atacados por solventes orgânicos que apresentam estrutura similar a eles. Ou seja: similares diluem similares. 
Maior Resistência a Corrosão 
As ligações químicas presentes nos plásticos (covalentes) lhes conferem maior resistência à corrosão por oxigênio ou produtos químicos do
que no caso dos metais (ligação metálica). 
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Esse largo espaçamento entre moléculas faz com que a difusão de gases através dos plásticos seja alta. Em outras palavras: esses materiais apresentam alta permeabilidade a gases, que varia conforme o tipo de plástico. 
A principal conseqüência deste fato é a limitação dos plásticos como material de embalagem, no que diz respeito ao prazo de validade mais curto de bebidas acondicionadas em garrafas de PET. Por exemplo, o caso da cerveja é o mais crítico. 
Essa permeabilidade, contudo, pode ser muito interessante, como no caso de membranas poliméricas para remoção de sal da água do mar. 
Porosidade 
O espaço entre as macromoléculas do polímero é relativamente grande. Isso confere baixa densidade ao polímero, o que é uma vantagem em certos aspectos.