Relatório 12 - Cristalinidade de Polímeros

Prévia do material em texto

UNIVERSIDADE ESTADUAL DE PONTA GROSSA 
SETOR DE CIENCIAS AGRÁRIAS E DE TECNOLOGIA 
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS 
 
AUGUSTO ARAUJO VUITIK 
MATHEUS WEHMUTH 
THIELY KOVALISKI DA SILVA PAULA SANTOS 
 
 
 
 
 
 
 
 
MICROESTRUTURA DE POLÍMEROS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
PONTA GROSSA 
JUNHO/2014
 
AUGUSTO ARAUJO VUITIK 
MATHEUS WEHMUTH 
THIELY KOVALISKI DA SILVA PAULA SANTOS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
MICROESTRUTURA DE POLÍMEROS 
 
 
 
Relatório apresentado à disciplina de 
Ensaios e Caracterização de Materiais do 
Curso de Engenharia de Materiais, 3ª 
série, da Universidade Estadual de Ponta 
Grossa – UEPG. 
 
Prof. Adriane Bassani Sowek 
 
 
 
 
 
 
PONTA GROSSA 
JUNHO/2014 
2 
 
 
SUMÁRIO 
 
1 OBJETIVOS ..................................................................................................... 3 
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ............................................................................ 3 
2.1 CRISTALINIDADE DE POLÍMEROS ............................................................... 3 
2.2 FATORES QUE ALTERAM A CRISTALINIDADE ............................................ 4 
2.2.1 Fatores internos ............................................................................................... 4 
2.2.2 Fatores externos .............................................................................................. 5 
2.3 PROPRIEDADES AFETADAS PELA CRISTALINIDADE ................................ 5 
2.4 ESTRUTURAS MACROSCÓPICAS DA CRISTALIZAÇÃO ............................. 5 
3 MATERIAIS E MÉTODOS ............................................................................... 8 
3.1 MATERIAIS ...................................................................................................... 8 
3.2 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL ............................................................... 8 
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO ....................................................................... 9 
5 CONCLUSÃO ................................................................................................ 10 
REFERÊNCIAS ........................................................................................................ 11 
 
3 
 
 
1 OBJETIVOS 
 
Observação da microestrutura de um polímero de baixa massa molar em um 
polaroscópio. 
 
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 
 
2.1 CRISTALINIDADE DE POLÍMEROS 
 
O processo de cristalização de polímeros difere dos sólidos cristalinos 
convencionais devido à natureza peculiar deste se apresentar na forma de longas 
cadeias poliméricas. Os domínios cristalinos, chamados "cristalitos", são muito 
menores do que os cristais normais, contêm mais imperfeições e estão 
interconectados com as regiões amorfas. Além disso, uma completa transformação 
para o estado cristalino é impossível porque normalmente apenas uma parte da 
molécula adota a conformação ordenada necessária [1]. 
A facilidade com que a cristalização ocorre depende da estrutura química, 
presença de impurezas e condições de cristalização do polímero. Polímeros 
cristalizáveis típicos são os que possuem cadeias lineares. Se tiverem ramificações 
ou grupos laterais estes devem ser suficientemente pequenos ou dispostos 
regularmente e simetricamente ao longo das cadeias. A cristalização pode ser 
favorecida também pela existência de grupos que promovam fortes ligações 
intermoleculares secundárias, tais como grupos polares, ou que permitam a 
formação de pontes de hidrogênio entre as moléculas [1]. 
Quanto maior a cristalinidade, mais elevadas são as propriedades de 
densidade, rigidez, estabilidade dimensional, resistência química, resistência a 
abrasão, temperatura de fusão (Tm), temperatura de transição vítrea (Tg), 
temperatura de utilização, etc. Por outro lado, reduzem-se as propriedades de 
resistência ao impacto, elongação na ruptura, claridade óptica, etc [1]. 
 
 
4 
 
 
2.2 FATORES QUE ALTERAM A CRISTALINIDADE 
 
De forma geral, qualquer fator que interfira na organização ou regularidade da 
molécula afeta também o seu grau de cristalinidade. Podem ser subdivididos em 
fatores internos e externos. 
 
2.2.1 Fatores internos 
 
Cadeias lineares facilitam o empacotamento, favorecendo a cristalinidade. 
Ramificações tendem a gerar volumes livres nas pontas das cadeias e dificuldade de 
empacotamento na região próxima da ligação da ramificação com a cadeia principal. 
 Da mesma forma, polímeros que apresentam uma ordem na disposição do 
grupo lateral – estereoregulares – tendem a ser mais cristalinos. Polímeros atáticos 
normalmente são amorfos. Por outro lado, a presença de grupos laterais na cadeia 
principal dificulta (chegando a impedir completamente) um empacotamento regular 
das cadeias, reduzindo a capacidade de cristalização [1]. 
A presença de insaturações também afeta a cristalinidade. Polímeros 
derivados de dienos com isomeria trans tendem a apresentar conformação próxima 
à zig-zag planar, quando a cadeia está estirada. Assim, borrachas trans podem, 
durante a deformação, sofrer o efeito de "cristalização sob tração", pois as cadeias 
podem se empacotar de uma maneira organizada [1]. 
A presença de polaridade na molécula não é uma obrigatoriedade para a 
cristalização, mas, se estiver presente, vai facilitar a aproximação das cadeias (isto 
é, aumentar o empacotamento) e, portanto, gerar cristalinidade [1]. 
Cadeias poliméricas rígidas facilitam o empacotamento, pois, mesmo estando 
no estado fundido (no qual não é possível haver cristalinidade), tendem a manter 
suas cadeias de certa forma paralelas entre si. Durante o resfriamento e a 
solidificação, as cadeias com certo grau de ordem prévio podem gerar um maior 
volume de cristalito. Por outro lado, cadeias flexíveis apresentam uma maior 
dificuldade de empacotamento regular/ordenado [1]. 
Copolímeros possuem baixa cristalinidade pois a presença de mais de um 
mero dificulta o empacotamento da cadeia [1]. 
5 
 
 
2.2.2 Fatores externos 
 
Impurezas e aditivos são substâncias estranhas ao polímero que se alojam 
entre as cadeias, dificultando o empacotamento e, portanto, reduzindo a 
porcentagem de cristalinidade. Plastificantes quando adicionados ao PVC reduzem a 
cristalinidade nominal de 15% para zero, mesmo para baixas concentrações (o 
PPVC, PVC plastificado é amorfo) [1]. 
Nesta classe não se encaixam os agentes nucleantes que, ao contrário do 
exposto acima, facilitam a cristalização aumentando sua taxa de cristalização (por 
exemplo, sorbitol) [1]. 
A presença de outras cadeias poliméricas de uma segunda fase não altera a 
cristalinidade do polímero que compõe a matriz, a não ser nos casos em que a 
estrutura química (ou parte dela) é semelhante, quando então pode haver uma 
facilitação da cristalização expressa em um aumento na taxa de cristalização. A 
adição de elastômero do tipo etileno-propileno (EPR) para a tenacificação de 
polipropileno aumenta a temperatura de cristalização do PP, fato que não ocorre 
quando se usa elastômero do tipo etileno-octeno (C2-C8). No primeiro caso existe 
interação devido à semelhança química entre as sequências propilênicas presentes 
nos dois polímeros [1]. 
 
2.3 PROPRIEDADES AFETADAS PELA CRISTALINIDADE 
 
2.4 ESTRUTURAS MACROSCÓPICAS DA CRISTALIZAÇÃO 
 
A cristalinidade polimérica é atribuída à organização das cadeias em arranjos 
regulares. Até meados da década de 1950 acreditava-se que uma molécula de 
polímero participava tanto de regiões cristalinas quanto de regiões amorfas. Isso era 
devido ao paralelismo em alguns trechosda cadeia enovelada [2]. Esse modelo era 
conhecido como modelo da miscela franjada, representado na Figura 1. 
6 
 
 
Figura 1: Representação do modelo da Miscela Franjada [2]. 
 
Esse modelo foi derrubado na década de 1950, quando foram observados e 
estudados os primeiros esferulitos. O comprimento da cadeia observada era muito 
menor do que o comprimento teórico calculado, levantando-se a hipótese de que as 
cadeias estariam dobrando sobre si mesmas em arranjos regulares [2]. Atualmente, 
este é o modelo mais aceito de cristalinidade dos polímeros, o modelo da cadeia 
dobrada. 
 
Figura 2: Representação do modelo da cadeia dobrada [2]. 
 
Nessa organização, os trechos com cadeias paralelas constituem a região 
cristalina, enquanto as dobras representam a região amorfa. Podem existir vários 
defeitos nessa organização, tais como discordâncias em hélice e aresta, lacunas, 
trechos amorfos no interior da região cristalina [2]. 
Essas lamelas de região cristalina tendem a crescer de forma radial a partir 
de um agente nucleante. Essas estruturas apresentam forma esférica e intercalam 
região amorfa e cristalina, os chamados esferulitos, observados na Figura 3 [2]. A 
observação dessas estruturas é possível a olho nu utilizando-se luz polarizada. 
7 
 
 
Figura 3: Representação esquemática do crescimento dos esferulitos [2]. 
 
 
 
8 
 
 
3 MATERIAIS E MÉTODOS 
3.1 MATERIAIS 
 
3.2 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 
 
 
 
9 
 
 
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO 
 
 
10 
 
 
5 CONCLUSÃO 
 
11 
 
 
REFERÊNCIAS 
1. CANEVAROLO, S. V. J. Ciência dos polímeros: texto base para tecnólogos e 
engenheiros. 2ª. ed. São Carlos: Artiiber Editora Ltda., 2006. 
2. CALLISTER, W. D.; RETHWISCH, D. G. Materials Science and Engineering an 
Introduction. 8ª. ed. Hoboken: Wiley & Sons, Inc, 2010. ISBN 978-0-470-41997-
7. 
3. LUCAS, E. F.; SOARES, B. G.; MONTEIRO, E. Caracterização de Polímeros, 
Determinação de Peso Molecular e Análise Térmica. 1ª. ed. Rio de Janeiro: E-
Papers, 2001.