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1 M AT ER IA IS . Pr o f.H EI N Z SC H AA F TERMOPLÁSTICOS E TERMOENDURECÍVEIS 51 M AT ER IA IS . Pr o f.H EI N Z SC H AA F 52 Obtenção Polímeros naturais e sintéticos Naturais Celulose, amido, borracha natural, quitosana… Sintéticos Fabricados com matérias-primas de origem petroquímica Poliolefinas: eteno, propileno Vinílicos: cloreto de vinila, poliestireno… Acrílicos: metacrilato de metila, acrilato de butila Poliésteres, poliamidas, poliuretanos 2 M AT ER IA IS . Pr o f.H EI N Z SC H AA F 53 Celulose Polímero mais abundante, é uma poli(glicose) Obtida de materiais lignocelulósicos madeira, bagaço de cana, palha… também existe em bactérias e outros organismos Principal componente do papel e papelão Dissolvida e reprecipitada: celulose regenerada: fibras e filmes Muitos derivados acetatos, nitratos, éteres, carboximetilcelulose M AT ER IA IS . Pr o f.H EI N Z SC H AA F 54 3 M AT ER IA IS . Pr o f.H EI N Z SC H AA F 55 Uma estrutura muito estável Forte associação entre as cadeias, pontes-H Poucos solventes Decomposição térmica, antes de fundir Modificação química exige condições agressivas Resistente à hidrólise Resultado de bilhões de anos de evolução M AT ER IA IS . Pr o f.H EI N Z SC H AA F 56 Materiais lignocelulósicos Na madeira, celulose está protegida (envolvida) em lignina. Quimicamente resistente, tem de ser removida para permitir o aproveitamento da celulose Na fabricação de papel: pasta química e pasta mecânica Matéria-prima básica das biorefinarias alimentadas com madeira e palha 4 M AT ER IA IS . Pr o f.H EI N Z SC H AA F 57 Lignina: polímero que encapa a celulose M AT ER IA IS . Pr o f.H EI N Z SC H AA F 58 Extraindo a celulose Processo a sulfito: bisulfito de cálcio Processo a sulfato: soda cáustica e sulfeto de sódio 5 M AT ER IA IS . Pr o f.H EI N Z SC H AA F 59 Amido � Muito usado como alimento � Uso crescente em polímeros termoplásticos biodegradáveis � Amilose e amilopectina � Solúvel em água derivatização é mais fácil que a da celulose � Facilmente hidrolisado - glicose M AT ER IA IS . Pr o f.H EI N Z SC H AA F 60 6 M AT ER IA IS . Pr o f.H EI N Z SC H AA F 61 Obtenção � O monômero é obtido a partir do petróleo ou gás natural, pois é a rota mais barata. � É possível obter monômeros a partir da madeira, álcool,carvão e até do CO2, pois todas essas matérias primas são ricas em carbono, o átomo principal que constitui os materiais poliméricos. M AT ER IA IS . Pr o f.H EI N Z SC H AA F Craqueamento do Petróleo Foto:http://www.clickmacae.com.br/ 62 7 M AT ER IA IS . Pr o f.H EI N Z SC H AA F Ciclo do Petróleo GASES (NAFTA) GLP GASOLINA ... RESÍDUOS PETRÓLEO REFINAMENTO ETENO PROPENO BUTENO ... ETC CRAQUEAMENTO POLIMERIZAÇÃOTRANSFORMAÇÃO RECICLAGEM 63 M AT ER IA IS . Pr o f.H EI N Z SC H AA F 64 8 M AT ER IA IS . Pr o f.H EI N Z SC H AA F 65 Cadeia Petroquímica � Refinaria: Petróleo � Nafta � Petroquímica 1ª geração: Nafta � Monômero � Petroquímica 2ª geração: Monômero � Polímero � Petroquímica 3ª geração: Polímero � Produto M AT ER IA IS . Pr o f.H EI N Z SC H AA F 66 Matérias-primas básicas para a obtenção dos polímeros Matéria-prima Origem Produto Celulose Natural Acetato de celulose Nitrato de Celulose Caseína Natural Galalite Óleo de rícino Natural Náilon Amônia e Uréia Natural Uréia- Formaldeído Acetileno Sintético Policloreto de Vinila (PVC) Poliacrinovinila Propeno Sintético Polipropileno Etileno Sintético Polietileno Benzeno Sintético Náilon Poliéster Etileno + Benzeno Sintético Poliestireno www.materialdidatico.pro.br 9 M AT ER IA IS . Pr o f.H EI N Z SC H AA F 67 Origem dos polímeros queratina polipeptídeos cartilagem macromoléculas inorgânicas macromoléculas orgânicas colágeno proteínas celulose amido quitina borracha natural M AT ER IA IS . Pr o f.H EI N Z SC H AA F 68 Propriedades e testes em polimeros � os testes mais comuns para os plásticos, que foram agrupados em categorias são: � I. Organismos certificadores � A. ASTM � B. ISO � C. Sistema Internacional de Unidades (SI) � II. Propriedades mecânicas � A. Resistência à tração (ISO 527-1, ASTM D-638) � B. Resistência à compressão (ISO 75-1 e 75-2, ASTM D-695) e foram agrupados em categorias são: 10 M AT ER IA IS . Pr o f.H EI N Z SC H AA F 69 Propriedades e testes em polimeros � os testes mais comuns para os plásticos, que foram agrupados em categorias são: � I. Organismos certificadores � A. ASTM � B. ISO � C. Sistema Internacional de Unidades (SI) � II. Propriedades mecânicas � A. Resistência à tração (ISO 527-1, ASTM D-638) � B. Resistência à compressão (ISO 75-1 e 75-2, ASTM D-695) e foram agrupados em categorias são: M AT ER IA IS . Pr o f.H EI N Z SC H AA F 70 � C. Resistência ao cisalhameiito (ASTM D-732) � D. Resistência ao impacto � E. Resistência à flexão (ISO 178, ASTM D-790 e D-747) � F. Fadiga por flexão (ISO 3385, ASTM D-430 eD-813) � G. Amortecimento � H. Dureza � L Resistência à abrasão (ASTM D-1044) 11 M AT ER IA IS . Pr o f.H EI N Z SC H AA F 71 � III. Propriedades físicas � A. Massa específica1 e densidade relativa2 (ISO 1183, ASTM D-792 e D-1505) � B. Contracão na moldagem (ISO 2577, ASTM D-955) � C. Resistência à fluência ou creep {ISO 899, ASTM D-2990) � D. Viscosidade M AT ER IA IS . Pr o f.H EI N Z SC H AA F 72 � IV. Propriedades térmicas � A. Condutividade térmica (ASTM C-177) � B. Capacidade calorífica (calor específico) � C. Expansão térmica (ASTM D-696 e D-864) � D. Temperatura de deflexão térmica (ISO 75, ASTM D-648) � E. Plásticos ablativos � F. Resistência ao frio � G. Inflamabilidade (ISO 181,871 e 1210; ASTM D-635,D-568eE-84) � H.índice de fluidez (ISO 1133, ASTM D-1238) � I. Temperatura de transição vítrea � J. Temperatura de amolecimento (ISO 306, ASTM D-1525 12 M AT ER IA IS . Pr o f.H EI N Z SC H AA F 73 � V. Propriedades ambientais � A. Propriedades químicas � B. Resistência às intempéries (ASTM D-2565, D-4329, G-154 e G-155; ISO 4892) � C. Resistência à radiação ultravioleta (ASTM G-23 e D-2565) � D. Permeabilidade (ISO 2556, ASTM D-1434 e E-96) � E. Absorção de água (ISO 62, 585 e 960; ASTM D-570) � F. Resistência bioquímica (ASTM G-21 e G-22) � G. Fratura sob tensão ambiental (stress cracking) (ISO 4600 e 6252, ASTM D-1693) M AT ER IA IS . Pr o f.H EI N Z SC H AA F 74 VI. Propriedades ópticas � A. Brilho (ASTM D-2457) � B. Transmitância luminosa (ASTM D-1003) � C. Cor � D. índice de refração (ISO 489, ASTM D-542)VII. Propriedades elétricas � A. Resistência ao arco (ISO 1325, ASTM D-495) � B. Resistividade (ou resistência do isolamento) (ISO 3915, ASTM D-257) � C. Rigidez dielétrica (ISO 1325 e 3915, ASTM D-149) � D. Constante dielétrica (ISO 1325, ASTM D-150) � E. Fator de dissipação (ASTM D-150) 13 M AT ER IA IS . Pr o f.H EI N Z SC H AA F TERMOPLÁSTICOS TERMOENDURECÍVEIS •Amaciam com o aumento de temperatura e endurecem com a diminuição de temperatura – processos reversíveis •“Polimerizam” com o aumento de temperatura, tornando-se “duros”; não amaciam com subsequente aumento de temperatura •São, em geral, menos rígidos, menos resistentes e mais dúcteis •São, em geral, mais rígidos, mais resistentes e mais frágeis •Maioria dos polímeros lineares formados por adição e com alguma ramificação •Todos os polímeros formados por condensação e os lineares com “cross-linking” 75 M AT ER IA IS . Pr o f.H EI N Z SC H AA F 76 14 M AT ER IA IS . Pr o f.H EI N Z SC H AA F 77 M AT ER IA IS . Pr o f.H EI N Z SC H AA F 78 Classificação dos polímeros �Termofixos �Termoplásticos 15 M AT ER IA IS . Pr o f.H EI N Z SC H AA F 79 Termofixos � São polímeros que uma vez moldados, não podem mais sofrer novos ciclos de processamento. M AT ER IA IS . Pr o f.H EI N Z SC H AA F �Resinas Melamínicas – Antes da reticulação: oligômeros (PM até 3000) – Após reticulação: termofixo – Cymel, Melchrome Plásticos Termofixos Melamina + Aldeído fórmico em solução ácida = Melamina- Formaldeído 80 16 M AT ER IA IS . Pr o f.H EI N Z SC H AA F �Resinas Epoxídicas – Diepóxi + diamina = resina epoxídica – Antes da reticulação: � Diepóxi: pré-polímero termoplástico sólido ou monômero líquido � Diamina: líquido – Reticulação: reação pela mistura dos dois líquidos – Após reticulação: termofixo Plásticos Termofixos 81 M AT ER IA IS . Pr o f.H EI N Z SC H AA F 82 Exemplos – resinas fenólicas – Epóxi; – poliuretanos (PU); – poliacetato de etileno vinil (EVA) – poliésteres 17 M AT ER IA IS . Pr o f.H EI N Z SC H AA F 83 M AT ER IA IS . Pr o f.H EI N Z SC H AA F 84 Termoplásticos � Não sofrem alterações na sua estrutura química durante o aquecimento e que após o resfriamento podem ser novamente fundidos. 18 M AT ER IA IS . Pr o f.H EI N Z SC H AA F PROPRIEDADES MECÂNICAS (PMMA) •As propriedades mecânicas são fortemente dependentes da temperatura, do peso molecular e da humidade relativa! (PE) 85 M AT ER IA IS . Pr o f.H EI N Z SC H AA F DEFORMAÇÃO DE UM POLÍMERO SEMICRISTALINO •A formação de estricção não é estável como nos metais, alastrando a todo o provete antes da fractura •Fenómeno “semelhante” ao endurecimento por deformação plástica nos metais 86 19 M AT ER IA IS . Pr o f.H EI N Z SC H AA F 87 M AT ER IA IS . Pr o f.H EI N Z SC H AA F 88 20 M AT ER IA IS . Pr o f.H EI N Z SC H AA F DEFORMAÇÃO DE UM ELASTÓMERO 89 M AT ER IA IS . Pr o f.H EI N Z SC H AA F TEMPERATURAS DE FUSÃO E DE VITRIFICAÇÃO 90 21 M AT ER IA IS . Pr o f.H EI N Z SC H AA F TERMOPLÁSTICO 50% CRISTALINO TERMOPLÁSTICO COM CROSS-LINKING TERMOPLÁSTICO X% CRISTALINO ELASTÓMERO 91 M AT ER IA IS . Pr o f.H EI N Z SC H AA F ACETAL •A resistência à fadiga depende da temperatura e da humidade relativa, tal como a resistência estática 92 22 M AT ER IA IS . Pr o f.H EI N Z SC H AA F Comportamento mecânico Plásticos rígidos: deformam-se pouco, mas são mais quebradiços Plásticos flexíveis: deformam-se facilmente, mas não tendem a romper-se; deformação irreversível Elastômeros: deformam-se facilmente, mas com reversibilidade Fibras: muita resistência e pequena deformação Plásticos flexíveis: PEAD, PEBD, PP Plásticos rígidos: PS, PMMA, PC, PET, PA, POM, PVC rígido; Elastômeros: borracha natural, neoprene, polibutadieno, NBR, SBR; Fibras: PA, PAN, PET, kevlar, fibra de carbono 93 M AT ER IA IS . Pr o f.H EI N Z SC H AA F Comportamento mecânico 94 23 M AT ER IA IS . Pr o f.H EI N Z SC H AA F Comportamento Mecânico �Elastômeros –Termoplásticos: � amorfos (ou com baixa cristalinidade), com Tg abaixo da ambiente –Termofixos: � termoplásticos vulcanizados � aumento da elasticidade e da resistência �Plásticos �Fibras 95 M AT ER IA IS . Pr o f.H EI N Z SC H AA F Comportamento Mecânico: Elastômeros Deformação elástica: temporária, reversível Elastômeros TERMOFIXOS: � Geralmente termoplásticos amorfos ou com baixa cristalinidade e Tg menor do que a ambiente � Moléculas reagem após a moldagem para que se formem ligações cruzadas (cura, reticulação) � Efeitos dos cross-links ���� aumento de resistência e elasticidade; transformação para termofixo. � Por que a deformação é elástica ? � as moléculas enovelam-se novamente porque assim retornam à posições com o menor nível de energia possível. Peça original Durante tracionamento Tracionamento encerrado 96 24 M AT ER IA IS . Pr o f.H EI N Z SC H AA F Comportamento Mecânico: Elastômeros Elastômero: poucos cross-links ���� deformação elástica Plástico flexível: sem cross-links ���� deformação plástica Termofixo plástico: muitos cross-links ���� pouca deformação 97 M AT ER IA IS . Pr o f.H EI N Z SC H AA F 98 25 M AT ER IA IS . Pr o f.H EI N Z SC H AA F Comportamento Mecânico: Elastômeros Termofixos Borracha natural (cis-poliisopreno): • Macia e pegajosa • Pouco resistente à abrasão • Pouco resistente à tração • termoplástico 2% de enxofre: •Borracha vulcanizada •Mais dura e resistente •Muita elasticidade •Elastômero termofixo 20 % de enxofre: • ebonite • Muito dura e resistente • Muito rígida • “ borracha dura” -- Plástico termofixo vulcanização Gutta Percha e Balata (trans-poliisopreno): • Borracha dura • Bolas de golfe • Cabos submarinos 99 M AT ER IA IS . Pr o f.H EI N Z SC H AA F Propriedades Físicas e Mecânicas Plástico Aspecto Visual Temperatura de Fusão (ºC) Outras propriedades Aplicações principais Comportament o quanto à inflamabilidade PEAD incolor e opaco 130 - 135 alta rigidez e resistência tampas, vasilhames e frascos em geral queima lenta, chama amarela e com odor de vela PEBD incolor, translúcid o ou opaco 109 - 125 alta flexibilidade e boa resistência mecânica utensílios domésticos, sacos e frascos flexíveisqueima lenta, chama amarela e com odor de vela PP incolor e opaco 160 - 170 boa resistência a choques e alta resistência química pára-choques de carros, garrafas e pacotes queima lenta, chama amarela e com odor de vela 100
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