Materiais Plasticos2

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Plásticos
Alunos: Marcos, Elcio e André
Professora: Maria Inês
Disciplina: Mat. Constr. Mecânica
Goiânia, 30 de Maio de 2012.
Historia
O primeiro acontecimento que levou à descoberta dos plásticos foi o desenvolvimento do sistema de vulcanização, por Charles Goodyear, em 1839, adicionando enxofre à borracha bruta. A borracha tornava-se mais resistente ao calor.
O segundo passo foi a criação do nitroceluloide, em 1846 por Christian Schönbein, com a adição de ácido sulfúrico e ácido nítrico ao algodão. O nitroceluloide era altamente explosivo e passou a ser utilizado como alternativa à pólvora. Posteriormente, foi desenvolvido o celuloide com a adição da cânfora. Esse novo produto tornou-se matéria-prima na fabricação de filmes fotográficos, bolas de sinuca, placas dentárias e bolas de pingue-pongue.
Em 1909, Leo Baekeland criou a baquelite, primeiro polímero realmente sintético, podendo ser considerado, portanto, o primeiro plástico. Era resultado da reação entre fenol e formaldeído. Tornou-se útil pela sua dureza, resistência ao calor e à eletricidade.
Na década de 30 foi criado um novo tipo de plástico: a poliamida ou comercialmente chamada de Nylon. Após a Segunda Guerra Mundial foram criados outros, como o dácron, o isopor, o poliestireno, o polietileno e o vinil. Nesse período, os plásticos se difundiram no cotidiano das pessoas de tal forma a não ser possível imaginar o mundo de hoje sem eles.
Significado 
A origem da palavra plástico vem do grego plastikós, que significa adequado à moldagem.
Plásticos são materiais formados pela união de grandes cadeias moleculares chamadas polímeros que, por sua vez, são formadas por moléculas menores denominadas monômeros.
Os plásticos são produzidos através de um processo químico conhecido como polimerização, a união química de monômeros que forma polímeros.
Os polímeros podem ser naturais ou sintéticos.
São polímeros naturais, entre outros, algodão, madeira, cabelos, chifre de boi, látex. Estes polímeros são comuns em plantas e animais.
São polímeros sintéticos os plásticos, obtidos através de reações químicas.
O tamanho e estrutura da molécula do polímero determinam as propriedades do material plástico.
Classificação
	Os polímeros classificam-se em:
Termoplásticos:
	São plásticos que não sofrem alterações na sua estrutura química durante o aquecimento e que podem ser novamente fundidos após o resfriamento.
	Exemplos: prolipropileno (PP), polietileno de alta densidade (PEAD), polietileno de baixa densidade (PEBD), polietileno tereftalato (PET), poliestireno (PS), policloreto de vinila (PVC) etc.
Termofixos ou termorrígidos:
	São aqueles que não fundem com o reaquecimento. Exemplos: resinas fenólicas, epóxi, poliuretanos etc.
Elastômeros:
	Classe intermediária entre os termoplásticos e os termorrígidos: não são fusíveis, mas apresentam alta elasticidade, não sendo rígidos como os termofixos.
Cronologia Tecnológica dos polímeros
	1ª Fase: Polímeros, Materiais Naturais
Polímeros são compostos orgânicos, ou seja, baseados em átomos de carbono. Suas reações químicas, portanto, são regidas pela Química Orgânica.
São reações de difícil execução em laboratório, tanto que, até a primeira metade do século XIX, acreditava-se na chamada Teoria da Força Vital, enunciada por Berzelius, célebre alquimista da época: “Reações orgânicas só são possíveis no interior de seres vivos, através da ação de uma força vital”.
Até o século passado, somente era possível utilizar polímeros produzidos naturalmente, pois não havia tecnologia disponível para promover reações entre os compostos de carbono.
Principais materiais estudados: borracha, goma-laca, gutta-percha, extraídos de vegetais.
Por volta de 1860, já havia a moldagem industrial de plásticos naturais reforçados com fibras, como a goma-laca e a gutta-percha. Eles eram usados, por exemplo, em daguerreótipos (máquinas fotográficas antigas).
	2ª Fase: Polímeros Naturais e Modificados	
1828: WOHLER (Alemanha), discípulo de Berzelius, sintetiza uréia a partir do isocianato de uréia inorgânico em laboratório, derrubando a teoria da Força Vital, proposta por seu mestre.
	AgOCN (aq) + NH4Cl (aq) -----> AgCl (s) + NH4OCN (aq)
	
	Com a derrubada da teoria da força da Força Vital, as pesquisas sobre química orgânica se multiplicam, criando a base fundamental para o desenvolvimento dos materiais poliméricos.
Ainda não havia tecnologia disponível para se sintetizar industrialmente esses materiais, mas já era possível alterar polímeros naturais de modo a torná-los mais adequados a certas aplicações.
1839: GOODYEAR (E.U.A.) descobre a vulcanização (desenvolvimento de ligações cruzadas) da borracha natural, viabilizando o uso desse material.
1835-1900: Grande progresso no desenvolvimento de derivados de celulose, tais como o nitrato de celulose  (nitrocelulose), celulóide (nitrocelulose plastificada com cânfora), fibras de viscose rayon...
1910: Começa a funcionar a primeira fábrica de rayon nos E.U.A.
1924: Surgem as fibras de acetato de celulose.
	3ª Fase: Polímeros Sintéticos
1838: REGNAULT (França) polimeriza o cloreto de vinila (P.V.C.) com auxílio da luz do sol.
1898: EINHORN & BISCHOFF descobrem, sem querer, o policarbonato. Esse material só voltou a ser desenvolvido em 1950.
1907: BAEKELAND (E.U.A.) sintetiza resinas de fenol-formaldeído (baquelite). É o primeiro plástico totalmente sintético que surge em escala comercial.
		O avanço da tecnologia e da Química Orgânica já permite a síntese de polímeros nessa época.
		Contudo, ainda haviam grandes dúvidas sobre a real natureza desses materiais. A idéia de macromoléculas ainda parecia estranha e muito pouco aceitável. Muitos acreditavam que os polímeros eram colóides, ou seja, associações físicas de moléculas pequenas.
		Essa dúvida atravancou por muito tempo o avanço do estudo sobre esses materiais, sendo resolvida plenamente apenas na década de 1920, quando STAULDINGER (Alemanha) sedimentou os conceitos sobre as macromoléculas.
	O período entre 1920 e 1950 foi decisivo para o surgimento dos polímeros modernos. Uma série de fatores alavancou esse desenvolvimento:
	1) A consagração da hipótese de macromolécula para os polímeros, proposto por STAULDINGER, permitiu um redirecionamento mais preciso dos desenvolvimentos nesta área.
	2) A borracha tornou-se matéria prima estratégica devido à sua fundamental importância para a indústria automobilística e para a guerra moderna. Durante adécada de 1930 tanto os E.U.A. como a Alemanha desenvolveram programas ambiciosos para produzir a borracha sintética, visando diminuir ou mesmo eliminar a dependência da borracha natural, produzida em locais remotos do globo.
	A ênfase do programa alemão era a produção de borracha comum para pneus, enquanto que o programa americano visava desenvolver borrachas especiais para aplicações mais severas.
Ambos os programas, contudo, proporcionaram um enorme progresso à Ciência dos Polímeros, em função do grande número de projetos de pesquisa básica e aplicada que tiveram de ser desenvolvidos para se atingir aos objetivos propostos.
	3)A Segunda Guerra Mundial, ao impor restrições às fontes de borracha natural e outras matérias primas, motivou o desenvolvimento de processos industriais para a síntese de plásticos com propriedades equivalentes ou similares à borracha, principalmente o PVC plastificado.
	Polímeros desenvolvidos entre 1920 e 1950: PVC, PMMA, PS, nylon, PE, silicone, poliuretano, ABS, poliéster; borrachas Thiokol, neoprene, estireno-butadieno (Buna-S ou SBR), acrilonitrila-butadieno (Buna N); resinas de uréia-formaldeído, melamina-formaldeído; fibras sintéticas de poliéster eacrílico; e muito mais!
A década de 1950 se notabilizou principalmente pela popularização de toda a tecnologia de polímeros desenvolvida durante a guerra. Porém, os desenvolvimentos continuaram: polipropileno, espumas de poliuretano, PE linear, poliacetais, policarbonatos...
Durante a década de1960 surgem os plásticos de engenharia, materiais de alto desempenho (e custo equivalente...) que começam a desafiar materiais tradicionais, como o aço, em diversos tipos de aplicações: poliimidas, poli(óxido de fenileno), polisulfonas, ABS, poliamidas, polisulfonas, policarbonatos (PC), poli(tereftalato de butila) (PBT), poli(tereftalato de etileno) (PET), etc. Surgem ainda os elastômeros termoplásticos, plásticos com comportamento de borrachas, desenvolvidos a partir da engenharia de macromoléculas. Começam a aparecer os tanques de combustível feitos em PEAD, lentes de contato flexíveis, garrafas de PET, sacos de supermercado em PEAD...
Na década de 1980 observa-se um certo amadurecimento da Tecnologia dos Polímeros: o ritmo dos desenvolvimentos diminui, enquanto se procura aumentar a escala comercial dos avanços conseguidos. Ainda assim, pode-se ressaltar as seguintes inovações: polímeros de cristal líquido, polímeros condutores de eletricidade, polisilanos, novos polímeros de engenharia como poli(eter-imida), poli(éter-éter-cetona)...
Finalmente, na década de 1990: catalisadores de metaloceno, reciclagem em grande escala de garrafas de PE e PET, biopolímeros, uso em larga escala dos elastômeros termoplásticos e plásticos de engenharia. A preocupação com a reciclagem torna-se quase uma obsessão, pois dela depende a viabilização comercial dos polímeros.
Ano de introdução de alguns plásticos no mercado
Matéria Prima
		A matéria-prima dos plásticos é o petróleo, formado por uma complexa mistura de compostos. Pelo fato de estes compostos possuírem diferentes temperaturas de ebulição, é possível separá-los através de um processo conhecido como destilação ou craqueamento.
Propriedades Físicas dos Plásticos
Leves
Propriedades Mecânicas Interessantes
	Como: Alta flexibilidade, Alta resistência ao impacto.
Baixas Temperaturas de Processamento
Ajuste Fino de Propriedades através de Aditivação
Baixa Condutividade Elétrica
Baixa Condutividade Térmica
Maior Resistência a Corrosão
Porosidade
Reciclabilidade
Vantagens
Possibilidade de obter um produto final s/operações de acabamento
Elevada relação resistência/peso
Facilidade de processamento
Possibilidade de escolha em termos de cor
Desvantagens
Temperatura de serviço baixa
Elevada contracção
Os tipos de plásticos mais usados e as suas aplicações
	1. PET - Tereftalato de polietileno
	
É um polímero termoplástico, desenvolvido por dois químicos britânicos Whinfield e Dickson em 1941, formado 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.
Possui propriedades termoplásticas, isto é, pode ser reprocessado diversas vezes pelo mesmo ou por outro processo de transformação. Quando aquecidos a temperaturas adequadas, esses plásticos amolecem, fundem e podem ser novamente moldados.
Densidade: 1,3 g·cm3 (20 °C)
Ponto de fusão: 250 °C
Formula Estrutural do PET:
Aplicações: Frascos de refrigerantes; Produtos farmacêuticos; Produtos de limpeza; Fibras têxteis e outros.
	2. PE - Polietileno 
É quimicamente o polímero mais simples. É representado pela cadeia: (CH2-CH2)n. Devido à sua alta produção mundial, é também o mais barato, sendo um dos tipos de plástico mais comum. É quimicamente inerte. Obtém-se pela polimerização do etileno (de fórmula química CH2=CH2, e chamado de eteno pela IUPAC), de que deriva seu nome.
Este polímero pode ser produzido por diferentes reações de polimerização, como por exemplo a polimerização por radicais livres, polimerização aniônica, polimerização por coordenação de íons ou polimerização catiônica. Cada um destes mecanismos de reação produz um tipo diferente de polietileno.
	
	Historia
	
O polietileno foi sintetizado pela primeira vez pelo químico alemão Hans von Pechmann, que, acidentalmente, o preparou em 1898 enquanto aquecia diazometano. Quando seus colegas Eugen Bamberger e Friedrich Tschirner caracterizaram a substância gasosa e branca criada, descobriram grandes cadeias compostas por -CH2- e o denominaram "polietileno".
Em 27 de Março de 1933, o polietileno foi sintetizado tal como o conhecemos atualmente, por Reginald Gibson e Eric Fawcett, na Inglaterra, que trabalhavam para os Laboratórios ICI. Isto foi possível aplicando-se uma pressão de cerca de 1400 bar e uma temperatura de 170 °C, onde foi obtido o material de alta viscosidade e cor esbranquiçada que se conhece atualmente.
A pressão requerida para conseguir produzir a polimerização do etileno era muito alta, e por isso a investigação sobre catalisadores realizada pelo alemão Karl Ziegler e pelo italiano Giulio Natta, que originou os catalisadores Ziegler-Natta, rendeu-lhes o prêmio Nobel em 1963 por sua contribuição científica à química. Com estes catalisadores, é possível a polimerização sob pressão normal.
Os polietilenos podem ser classificados em:
PEBD (em inglêsconhecido como LDPE ou PE-LD): Polietileno de Baixa Densidade;
PEAD (em inglês conhecido como HDPE ou PE-HD): Polietileno de Alta Densidade; densidade igual ou maior que 0,941 g/cm³. Tem um baixo nível de ramificações, com alta densidade e altas forças inter-moleculares. A produção de um bom PEAD depende da seleção do catalisador.
PELBD (en inglês conhecido como LLDPE): Polietileno linear de baixa densidade;
UHWPE: Polietileno de massa molecular ultra-alta;
PEX: Polietileno com formação de rede.
	
	Aplicações:
	PEAD - Polietileno de Alta Densidade: Embalagens para cosméticos; Produtos químicos e de limpeza; Tubos para líquidos e gás; Tanques de combustível para veículos automotivos.
	PEDB - Polietileno de Baixa Densidade: Embalagens de alimentos; Sacos industriais; Sacos para lixo; Lonas agrícolas; Filmes flexíveis para embalagens; Rótulos de brinquedos
Características 
Características
PEBD
PEAD
PELBD
Grau de cristalinidade [%]
40 a 50
60 a 80
30 a 40
Densidade [g/cm³]
0,915 a 0,935
0,94 a 0,97
0.90 a 0.93
Módulo [N/mm²] a 52215 °C
~130
~1000
-
Temperatura de Fusão [°C]
105 a 110
130 a 135
121 a 125
Estabilidade química
boa
excelente
boa
Esforço de ruptura [N/mm²]
8,0-10
20,0-30,0
10,0-30,0
Elongação à ruptura [%]
20
12
16
Módulo elástico E [N/mm²]
200
1000
-
Coeficiente de expansão linear [K−1]
1.7 * 10−4
2 * 10−4
2 * 10−4
Temperatura máxima permissível [°C]
80
100
-
Temperatura de fusão [°C]
110
140
-
3. PVC - Policloreto de Vinila
O PVC contém, em peso, 57% de cloro (derivado do cloreto de sódio - sal de cozinha) e 43% de eteno(derivado do petróleo). Como todo plastico,o vinil é feito a partir de repetidos processos de polimerização que convertem hidrocarbonetos, contidos em materiais como o petróleo, em um único composto chamado polímero. O vinil é formado basicamente por etileno e cloro.
Este dá ao vinil duas vantagens, a de não ser tão susceptivel às mudanças de preço no mercado de petróleo e de não ser um bom combustível como os derivados de petróleo.
Por uma reação química, o etileno e o cloro combinam-se formando o dicloreto de etileno, que por sua vez é transformado em um gás chamado "VCM" (Vinyl chloride monomer, em português cloreto de vinila). O passo final é a polimerização, que converte o monémero num polímero de vinil, que é o PVC, ou simplesmente, vinil.
Fórmula molecular: (C2H3Cl)x
Densidade: 1,38–1,40 g/cm3 
Ponto de fusão: decompõe-se > 180 °C
Fórmula Química do Vinil
	Aplicações: Frascos de água mineral; Tubos e conexões; Calçados; Encapamentos de cabos elétricos; Equipamentos médicos-cirúrgicos; Esquadrias; Revestimentos.
4. PP – Polipropileno
Polipropileno (PP) ou polipropeno é um polímero ou plástico, derivado do propeno ou propileno e reciclável. 
O polipropileno é um tipo de plástico que pode ser moldado usando apenas aquecimento, ou seja, é um termoplástico. Possui propriedades muito semelhantes às do polietileno (PE), mas com ponto de amolecimento mais elevado.
Fórmulamolecular: (C3H6)x
Densidade: 0.85 g/cm3, amorfo e 0.95 g/cm3, cristalino
Ponto de fusão: ~ 165 °C
Fórmula molecular: (C3H6)x
Densidade: 0.85 g/cm3, amorfo e 0.95 g/cm3, cristalino
Ponto de fusão: 165 °C
	Aplicações: Embalagens de massas e biscoitos; Potes de margarina; Seringas descartáveis; Equipamentos médico-cirúrgicos; Fibras e fios têxteis; Utilidades domésticas; Autopeças (pára-choques de carro).
5. PS – Poliestireno 
O poliestireno é um homopolímero resultante da polimerização do monômero de estireno. Trata-se de uma resina do grupo dos termoplásticos, cuja característica reside na sua fácil flexibilidade ou moldabilidade sob a ação do calor, que a deixa em forma líquida ou pastosa. É a matéria-prima dos copos descartáveis, de lacres de barris de chope de várias outras peças de uso doméstico, além de embalagens.
O poliestireno expandido (EPS), mais conhecido no Brasil pelos nomes comerciais isopor e estiropor, é um plástico celular e rígido com variedade de formas e aplicações, e que apresenta-se como uma espuma moldada constituída por um aglomerado de grânulos. É bastante utilizado em construção civil e na confecção de caixas térmicas para armazenamento de bebidas e alimentos. Sua presença no mercado consumidor, onde sua participação tem sido crescente, é fortalecida por sua leveza, sua capacidade de isolamento térmico e seu baixo custo. Para sua produção, a matéria prima passa por um processo de transformação física constituída de três etapas: pré-expansão, armazenamento intermediário e moldagem .
Existem quatro tipos básicos de poliestireno:
PS cristal: homopolímero amorfo, duro, com brilho e elevado índice de refração. Pode receber aditivos lubrificantes para facilitar processamento. Usado em artigos de baixo custo, notadamente peças descartáveis tais como copos.
PS resistente ao calor: maior P.M., o que torna seu processamento mais difícil. Variante ideal para confecção de peças de máquinas ou automóveis, gabinetes de rádios e TV, grades de ar condicionado, peças internas e externas de eletrodomésticos e aparelhos eletrônicos, circuladores de ar, ventiladores e exaustores.
PS de alto impacto: contém de 5 a 10% de elastômero (borracha), que é incorporado através de mistura mecânica ou diretamente no processo de polimerização através de enxerto na cadeia polimérica. Obtém-se desse modo uma blenda. Muito usado na fabricação de utensílios domésticos (gavetas de geladeira) e brinquedos.
PS expandido: espuma semi-rígida com marca comercial Isopor®. O plástico é polimerizado na presença do agente expansor ou então o mesmo pode ser absorvido posteriormente. Durante o processamento do material aquecido ele se volatiliza, gerando as células no material. Baixa densidade e bom isolamento térmico. Aplicações: bandejas para embalagem de hortifruti, protetor de equipamentos, isolantes térmicos, pranchas para flutuação, geladeiras isotérmicas, etc. Produção brasileira em 1998: 10.000 t.
Matérias-primas e fabricação
O monômero para a produção do poliestireno é o estireno, que quimicamente é um hidrocarboneto aromático insaturado de fórmula C6H5C2H3. É também chamado de fenilacetileno ou vinilbenzeno. O estireno é um líquido, com ponto de ebulição 145°C e ponto de solidificação -30,6°C. Quando puro é incolor apresenta um odor agradável e adocicado. Pode ser obtido industrialmente a partir de vários processos, entretanto o mais utilizado consiste na desidrogenação do etil-benzeno.
O etil-benzeno é obtido a partir da alquilação do benzeno por reação com o etileno, na presença de um catalisador, como por exempo: cloreto de alumínio (AlCl3). A desidrogenação do etil benzeno é provocada pela ação do calor, na presença de óxidos metálicos, tais como o óxido de zinco, cálcio, magnésio, ferro ou cobre. A temperatura do sistema deve ser entre 600°C a 800°C. A reação é endotérmica e a pressão é reduzida pois ela se dá com aumento de volume.
Fórmula molecular: (C8H8)x
Densidade: 1050 kg/m3
	Aplicações
Entre as diversas aplicações, incluem-se:
Dado que é quimicamente bastante inerte se utiliza como substrato para o cultivo de orquídeas.
No aeromodelismo é usado na confecção de asas, profundores/estabilizadores, lemes e outros elementos aerodinâmicos com a vantagem da precisão e baixo peso e baixo valor comercial.
Copos descartáveis; Placas isolantes; Aparelhos de som e tv; Embalagens de alimentos;
Revestimento de geladeiras; material escolar.
6. Policarbonato
Os policarbonatos são um tipo particular de poliésteres, polímeros de cadeia longa, formados por grupos funcionais unidos por grupos carbonato (-O-(C=O)-O-). São moldáveis quando aquecidos, sendo por isso chamados termoplásticos. Como tal, estes plásticos são muito usados atualmente na moderna manufatura industrial e no design.
O tipo de policarbonato mais utilizado é baseado no bisfenol A. Por vezes o termo policarbonato é utilizado como sinónimo deste polímero particular (policarbonato de bisfenol A).
Características dos policarbonatos: densidade:1,20. cristalinidade muito baixa, termoplástico, incolor, transparente.
Propriedades marcantes dos policarbonatos: semelhança ao vidro, porém altamente resistente ao impacto, boa estabilidade dimensional, boas propriedades elétricas, boa resistência ao escoamento sob carga e às intempéries, resistente a chama. É um dos 3 plásticos de engenharia mais importantes (os demais são: PA e POM).
Fórmula molecular: (-[CO-O-pPh-C(CH3)2-pPh-O])n
Densidade: 1.2 g cm-3
Ponto de fusão: 140 °C
Formula estrutural:
Processos industriais do plástico 
Extrusão
Moldação por injeção
Moldação por sopro
Moldação por termoenformação
Moldação por compressão
Moldação por transferência
Outros processos
Poluição
	Em 1997, pesquisadores do Researchers from the Sea Education Society estimaram que o Oceano Atlântico estava contaminado com 580.000 peças flutuantes de plástico por quilômetro quadrado. De acordo com o Greenpeace, o problema não é apenas o plástico que flutua: 70% do plástico afunda, contaminando o fundo dos oceanos, com cerca de 110 pedaços de lixo por quilômetro quadrado. No oceano Pacífico, existe uma enorme ilha de plástico chamada de Grande Porção de Lixo do Pacífico. Calcula-se que sua área seja maior do que a dos estados brasileiros de São Paulo, Rio de Janeiro, Minas Gerais e Goiás somados. A degradação do plástico é de até 450 anos. O descarte, na natureza, de material plástico à base de poliuretano, causa problemas ambientais. Uma hipótese, ainda em estudo, para solucionar tal problema seria o uso do fungo Pestalotiopsis microspora, supostamente capaz de alimentar-se de poliuretano.
Prejuízos a saúde
	Devido à sua insolubilidade em água e inércia química relativa, plásticos puros geralmente têm baixa toxicidade. Alguns produtos de plástico contêm uma variedade de aditivos, alguns dos quais podem ser tóxicos. Por exemplo, plastificantes como ftalatos e adipatos são muitas vezes adicionados aos plásticos frágeis, como cloreto de polivinila, para torná-los flexíveis o suficiente para uso em embalagens de alimentos, brinquedos e muitos outros itens. Traços destes compostos podem lixiviar para fora do produto. Devido a preocupações sobre os efeitos que isso pode causar, a União Europeia tem restringido o uso do DEHP (di-2-etil-hexil ftalato) e outros ftalatos em algumas aplicações. Alguns compostos de lixiviação de recipientes para alimentos de poliestireno têm sido propostos para interferir nas funções hormonais e são suspeitos de causar câncer.