Polímeros CMAT

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Polímeros 
Classificação - aplicações e 
Propriedades 
 
 
 
 
 
Classificação - aplicação 
• Plásticos – possuem uma certa rigidez, podem ser moldados por ação do calor e 
pressão. Polietileno de alta densidade (LDPE), policloreto de vinila (PVC), polipropileno 
(pp). 
 
• Elastômeros - possuem habilidade de serem deformados e retornarem 
elasticamente. Copolímero de estireno e butadieno (SBR), polissiloxano (borracha de 
silicone). 
 
• Fibras – podem ser estirados na forma de longos filamentos, relação de 
comprimento e diâmetro de 100:1, possuem grande resistência à ruptura. Poliamida 
(náilon). 
 
• Revestimentos – comercializados em emulsão ou solução. Tintas, vernizes, 
esmaltes, adesivos – poliacetato de vinila (PVA), resinas acrílicas. 
 
• Filmes – polietileno de baixa densidade (LDPE) 
 
• Espumas – material expandido; poliuretano (PU) 
Plásticos – Classificação quanto a Fusibilidade 
 
Polímeros Termoplásticos 
 
Polímeros Termorrígidos ou Termocurados 
Propriedades dos polímeros 
Grau e distribuição da massa 
molar 
• Na grande maioria dos polímeros industrilaizados, o peso molecular se encontra entre 
104 a 106. Em alguns produtos de origem natural, o peso molecular pode atingir valores 
muito altos, de 108 ou mais. 
 
• Todos os polímeros mostram longos segmentos moleculares de dimensões entre 100 a 
1000 Angston, os quais propiciam enlaçamentos, alterando o espaço vazio entre as 
cadeias. Com a elevação da temperatura, aumentam os movimentos desses 
segmentos, tornando o material macio. 
 
• Os polímeros de baixo peso molecular são denominados de oligômeros, com peso 
molecular na ordem de 103. 
Polidispersão 
Grau e distribuição da 
cristalinidade 
Propriedades ópticas 
Polímeros- sistemas heterogêneos que se 
apresentam parcialmente cristalino e 
amorfo. 
estado amorfo = disposição macromolecular 
desordenada, macromoléculas enoveladas. 
– Polímeros transparentes ou translúcidos. 
 
estado cristalino = ordenação macromolecular 
tridimensional (componente de resistência), 
macromoléculas orientadas 
 - Polímeros opacos. 
Cristalinidade no raios -X 
Difratograma 
5 10 15 20 25 30 35
 
Ângulo de difração (2)
Difratograma do polietileno de baixa densidade (LDPE) 
Regiões cristalinas 
Regiões amorfas 
Propriedades Mecânicas 
A elevação da curva, determina a resistência mecânica do polímero 
medida pela tensão (stress). A deformação (Strain), determina a 
capacidade de estiramento do material sem ocorrer a ruptura. O ponto 
final da curva, é o ponto de fratura. 
Polímero frágil, o qual fratura quando se 
deforma (curva A). Ex. fibras e plásticos 
termorrígidos. 
 
Polímero plástico ou dúctil, a deformação 
inicial é elástica, e é seguida por um 
escoamento e por uma região de 
deformação plástica (curva B). 
Ex: plásticos – termoplásticos. 
 
Polímero elástico, a curva c é totalmente 
elástica, ou seja, grandes deformações que 
Podem ser recuperadas e que são 
produzidas sob baixos níveis de tensão. 
Ex: elastômeros. 
 
Propriedades Mecânicas - borrachas 
Para produzir uma borracha capaz de apresentar grandes deformações sem rompimento de ligações 
nas cadeias principais, devem existir relativamente poucas ligações cruzadas, e essas devem estar 
bem separadas. Borrachas úteis resultam quando 1 a 5 partes de enxofre são adicionados para 100 
partes de borracha. Isso corresponde a aproximadamente uma ligação cruzada a cada 10 a 20 
unidades repetidas (meros). 
A magnitude do módulo de elasticidade é diretamente proporcional à densidade das ligações 
cruzadas. Callister, pag.394 
Curvas Tensão-deformação para a borracha natural vulcanizada e 
sem vulcanização 
Efeito da avaliação das Propriedades Mecânicas 
Propriedades mecânicas 
Polímero Módulo de elasticidade 
(GPa) 
PVC 2,41 – 4,14 
Butadieno-acrilonitrila * 0,034 
SBR* 0,002-0,010 
Epóxi 2,41 
PEAD 1,08 
PEBD 0,172 
Polipropileno 1,14- 1,55 
Nylon 6,6 2,76 – 4,83 
* elastômeros 
Propriedades Térmicas 
As propriedades térmicas nos polímeros são 
observadas quando a energia térmica, isto é 
calor, é fornecido ou removido do material. 
Os polímeros são maus condutores de calor. 
As modificações observadas nos materiais 
quando sujeitos a variações de temperatura 
são de grande importância e incluem as 
temperaturas de transição vítrea, Tg e da 
transição de fusão, Tm. 
Propriedades Térmicas 
Tg (temperatura de transição vítrea), a partir da qual 
as regiões amorfas readquirem progressivamente sua 
mobilidade. O polímero sólido se transforma de um 
estado rígido em um estado borrachoso. 
 
Tm (temperatura de fusão cristalina) a partir da qual 
ocorre a fusão cristalina da maioria dos cristais. O 
polímero sólido borrachoso se transforma em um 
líquido viscoso. Regiões ordenadas se tornam em 
umestado molecular desordenado. 
Esquema da Fusão e Solidificação 
Propriedades Térmicas 
Propriedades Térmicas e Mecânicas 
Transformação dos polímeros 
(Processamento ou conformação) 
Petróleo 
Formado por muitos compostos que possuem temperaturas de ebulição diferentes, sendo assim possível separá-los 
através de um processo conhecido como destilação ou craqueamento. Matéria-prima para produção de plásticos 
Fração nafta (craqueamento do petróleo) 
Indústrias 
Petroquímicas 
Processamento 
 Etileno 
 polietileno - artefato 
Etapas 
1.aquecimento do material; 
2.seguido de conformação 
mecânica . 
Tipos de processamento 
(conformação); 
moldagem; 
extrusão; 
injeção; 
calandragem; 
fiação; etc 
 polietileno - resina 
Processamento – Fundição 
Temoplásticos – a solidificação ocorre mediante o resfriamento a partir do 
estado fundido. 
 
 
Termofíxos – o endurecimento é uma consequência do processo de 
polimerização ou “cura”, que é realizado geralmente a latas temperaturas. com 
polímeros provenientes de um processo de polimerização por condensação 
 
 
 
Tanto os termoplásticos como os termofíxos podem ser fundidos. 
Fundição 
Etapas 
a) Carregamento da matéria-prima (pó, flocos (ambos 
necessitam de pesagem prévia, esferas, tabletes ou 
pré-formas prensadas a frio para peças mais 
complexas) - material é depositado sobre a cavidade 
do molde inferior em uma prensa com aquecimento 
(elétrico – bons resultados quanto a uniformidade do 
aquecimento, a vapor – necessitam de altas pressões 
para obtenção de temperatura da ordem de 180oC, já 
o a gás, a óleo ou água quente – aplicações 
limitadas). 
 
Processamento – Moldagem 
Compressão 
b) Fechamento (compressão) – a prensa é 
acionada de forma que os moldes incidam 
suavemente um contra o outro, aumentando 
progressivamente a pressão exercida sobre 
o material a ser moldado. A pressão 
exercida é suficiente para a movimentação 
do material e preenchimento do molde. 
 
c) Abertura do molde – passado o tempo de 
cura, o molde é aberto pra extração do 
moldado. 
 
d) Desmoldagem – é a extração da peça 
pronta com ejeção superior ou inferior. 
Processamento – 
Moldagem 
Processamento – Moldagem 
Desvantagens 
 
Peças de desenho complexo; 
Peças de paredes espessas (resultam com núcleos mal 
curados ou exigem tempos excessivos na moldagem); 
Em caso de peças de diferentes espessuras (paredes mais 
finas podem ser sobrecuradas). 
Difícil extração de peças, devido a rigidez de algunstermoestáveis após a cura; 
Processamento – Moldagem 
Transferência 
 
variedade da moldagem por compressão, as matérias-primas sólidas são: 
 
• fundidas em uma câmara de transferência aquecida; 
• o material fundido é injetado no interior de uma câmara do molde; 
• a pressão é distribuída de maneira mais uniforme sobre todas as superfícies; 
• Esse processo é usado com polímeros termofixos. 
Vantagem 
O material é introduzido já plastificado, assim todos os cantos do molde são 
preenchidos, oposto de quando se comprime um pó frio; 
Movimentação do material na câmera e no canal de alimentação assegura a 
uniformidade da temperatura e elimina as diferenças no estado de cura em 
regiões de paredes delgadas e espessas; 
Menores tempos de cura; 
Menores ciclos de moldagem; 
Menores custos de ferramental e de manutenção; 
Moldados de melhor qualidade em peças de geometria complexa. 
 
Desvantagem 
Maior custo ferramental quando se usam moldes integrados; 
Perdas de material (restos na panela, nos canais de alimentação e distribuição) 
que não podem ser reaproveitados. 
Em alguns casos (fenólicos e melamínicos) – apresentam propriedades 
mecânicas deterioradas. Presença de trincas ao redor de linhas de solda. 
 
Processamento – Extrusão 
Plásticos 
 A moldagem de peças extrusadas, processo contínuo, 
consiste em passar a massa polimérica moldável por 
meio de uma matriz com um perfil desejado. Na saída da 
extrusora, a peça extrusada é resfriada com água e vai 
solidificando progressivamente. 
O processo permite a fabricação contínua de tarugos 
tubos, lâminas, ou filmes. 
Processamento – Injeção 
Plásticos 
O processo de injeção é descontínuo. As máquinas injetoras dispõem de uma câmara cilíndrica preliminar, 
aquecida dotada de parafuso sem fim, que funciona como plastificador e homogenizador da massa 
polimérica. Em seguida, a massa é transmitida aos canais de injeção do molde. A refrigeração do material 
é feita dentro do molde, de forma a permitir a solidificação e a remoção do artefato sem deformação. 
Processo aplicável a termoplásticos (10 a 30 s) ou termorrígidos. Ex: utensílios domésticos, embalagens 
industriais, como bombonas, brinquedos, pré-formas para moldagem por sopro. 
Processamento – Calandragem 
É um processo empregado na produção em larga escala de 
materiais termoplásticos. Onde são agregados outros materiais 
não plásticos como tecidos, metais, isolantes, etc para 
produção de: 
• passadeiras 
• cortinas de PVC 
• toalhas de mesa; 
• embalagens de várias camadas com papel, metal e outros. 
Schematic illustration of calendering. Sheets produced by this process are 
subsequently used in thermoforming. 
Processamento – Calandragem 
Borrachas 
 A composição polimérica moldável passa por rolos 
superpostos ,sucessivos e interligados. Para a 
fabricação de termorrígidos, a composição deve ser 
devidamente ajustada para evitar a pré-vulcanização. 
Processamento – Fiação 
Fibras Na fiação, o material a ser fiado é primeiramente aquecido 
até formar um líquido viscoso. Em seguida, a solução 
polimérica é passada através de orifícios pequenos e 
redondos (fiadora); os filamentos formados se solidificam, 
por resfriamento. Em seguida, os filamentos são 
enrolados em bobinas para os procedimentos mecânicos 
subsequentes, tal como o estiramento a frio, para 
propiciar o alinhamento das macromoléculas, e assim a 
formação de uma única fibra e o aumento da resistência 
da fibra. Ex: Fibras de Poliacrilonitrila (PAN) e Acetato de 
celulose (Cac) 
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 Polímeros: vantagens e desvantagens 
a)Vantagens 
1-Materiais leves, mais leves que os metais e cerâmicas: apresentam baixa densidade devido ao espaço 
grande entre as macromoléculas. 
Ex:alumínio é 3 vezes e o aço é 8 vezes mais pesado que o PE. CD gira a uma velocidade entre 200 a 500 
rotações/s (para girar o disco rapidamente e continue pequeno, é importante que o CD seja leve. 
2-Facilidade no processamento: temperatura no plástico se situa na faixa da 25oC a 400oC, com isso o 
consumo de energia é pequeno em relação aos metais, como o aço cuja temperatura de processamento é de 
1400oC. 
Propriedades Térmicas 
Polímero Tg (oC) Tm (oC) 
PC* 150 - 
PVC* 81 273 
PS* 100 - 
PEAD** -120 135 
PEBD** -20 120 
PMMA* 105 - 
PP** 4-12 165-175 
PET* 70-74 250-270 
* Material predominantemente amorfo, cristalinidade menor que 20%. 
** Material predominantemente cristalino, cristalinidade maior que 50%. 
 
 
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3-Facilidade na obtenção de propriedades otimizadas: a temperatura mais baixa 
permite a introdução de diversos tipos de aditivos. 
 
• Os corantes (permitem uma notável variação de cor do material sem pintura 
adicional); 
• Cargas de reforço (fibras de vidro, boro, carbono ou aramidas ou poliamidas 
aromáticas – fibras elevam a estabilidade e a rigidez); 
• Aditivos inorgânicos (talco, caolim, mica – agem nas propriedades mecânicas, elevam 
o módulo de elasticidade e a resistência à compressão e tornam o plástico mais barato); 
• Plastificantes (ex: alguns ésteres e ceras, podem alterar o comportamento mecânico 
de plásticos rígidos para um estado similar aos elastômeros). 
 
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4-Baixa condutividade térmica, elétrica e acústica: praticamente não apresentam elétrons livres (responsáveis pelo transporte de 
calor energia nos metais), logo são isolantes. A condutividade térmica é cerca de 100 vezes menor que nos metais, logo também 
são isolantes térmicos, principalmente na forma de espumas. 
Os polímeros condutores também podem ser utilizados como músculos artificiais e podem se estender ou contrair, dependendo do 
potencial elétrico aplicado. Um dos polímeros mais utilizados como músculo artificial é a PAN; fibras deste polímero, no estado 
sólido, se contraem ou se expande em função do pH do meio externo ou do potencial aplicado. Os resultados mostram que este 
polímero é mais forte do que o músculo humano. 
 
 
 
 
 
 
5-Resistentes a muitos produtos químicos: não são suscetíveis à corrosão quanto os metais; são resistentes à água, resistentes 
a óleos. Isto é devido ás ligações químicas presentes nos polímeros (covalentes e de Van der Walls). Nos metais as ligações 
envolvidas são as metálicas. 
6-Resistência ao impacto: melhores que o vidro com as mesmas propriedades óticas; 
PC (200 x mais resistente que o vidro) 
 
 
 
 
7-Versatilidade: podem substituir materiais tradicionais como a madeira, os metais, ligas, fibras naturais e outros materiais, mas 
também podem ser usados em combinação com eles (ex: plástico e metal, usado na fabricação de volantes de automóveis). 
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 8-Reciclagem 
 
8.1-Novos produtos ou materiais: 
Ex:baldes, cabides, garrafas de água sanitária, acessórios para automóveis. 
PET: garrafas de detergentes, fabricação de cordas, fios de costura, carpetes, etc 
Caso a reutilização não seja possível, pode-se queimar vários tipos de plásticos para obtenção de 
energia, exceto, no caso do PVC e PTFE, pois os gases resultantes da queima são venenosos. 
 
 
 
8.2 - Obtenção do monômero. Despolimerização: A pirólise do PS conduz à formação do 
estireno; o seu isolamento é conseguido recorrendo a destilação simples. É um método utilizado 
na reutilização de materiais de grande consumo, como por exemplo os copos de plástico 
descartáveis. Ao sujeitar copos descartáveis de poliestireno (branco e transparente) a um processo 
de pirólise (temperatura ≈ 290ºC), associado a uma montagem de destilação simples, foi possível 
obter dois líquidos transparentes de cheiro intenso, um incolor (m=0.68g; T=110ºC a754 mmHg) e 
outro amarelado (m=0.79g; T=120ºC a 754 mmHg), respectivamente. Da análise por 
Espectroscopia de Infravermelho (discos de NaCl) foi confirmada a presença de estireno nos 
copos de plástico pirolisados, por comparação com um espectro padrão. 
O processo de pirólise mostrou ser eficaz na recuperação do monômero original, apresentando o 
mesmo uma pureza aceitável. 
 
 
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Desvantagens 
1-Elevado tempo de decomposição dos materiais; 
2-Dificuldade de separação dos diferentes materiais; 
3-Odor ruim devido a etapa de síntese do polímero 
(desaconselhável o uso como embalagem para produtos 
alimentícios ou farmacêuticos); 
4-Material de embalagem de alimentos. Prazo de validade 
reduzido quando o produto é condicionado em garrafas 
PET; 
5-Problemas ambientais decorrentes pelo descarte pós 
consumo sem critério.