Aula 5 - Propriedades Físicas-1

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Materiais Poliméricos III 
27/03/15 
Prof. Cláudia Fontoura 
PROPRIEDADES 
FÍSICAS 
Estado Cristalino 
 Cada molécula tem uma forma e a capacidade de se 
ordenar em relação a si mesma e aos vizinhos. Um cristal, que pode 
estar presente na massa polimérica no estado sólido ou em 
solidificação, pode ser formado por moléculas que se dobram sobre 
si mesmas e se empilham sobre outras moléculas igualmente 
dobradas. 
 
 Várias moléculas podem participar de um único cristalito. Os 
cristais ou cristalitos funcionam como pontos de ancoragem do 
sistema como um todo. 
Estado Cristalino 
Estrutura de polímeros no estado sólido 
Condições para que haja cristalização 
dos polímeros 
Empacotamento da macromolécula 
no cristalito 
Empacotamento da macromolécula no 
cristalito 
Morfologia de polímeros cristalinos 
 Os cristalitos apresentam defeitos de empilhamento ou 
estruturação, como deformidades pontuais do tipo: 
 
 Deslocações do tipo “rosca”; 
 Imperfeições em duas dimensões; 
 Defeitos de desordem na cadeia e na fase amorfa. 
 
 Várias cadeias podem participar para formar um único 
cristalito, sendo que uma cadeia pode participar de um ou vários 
cristalitos ao mesmo tempo. 
 
 A estrutura cristalina dos polímeros depende de aspectos 
como a configuração (posição dos átomos na cadeia), a 
conformação local (zigue-zague, helicoidal) e empacotamento 
molecular (célula unitária). 
Morfologia de polímeros cristalinos 
Cristalização a partir de solução diluída 
Morfologia do monocristal 
Morfologia do monocristal 
Cristalização a partir do fundido 
Cristalização a partir do fundido 
Modelo de solidificação 
Modelo de solidificação 
Dendritos 
Esferulitos 
 O termo esferulito, por sua vez, é usado para definir 
arranjos ordenados de cristalitos que crescem a partir de um 
núcleo. Em um esferulito coexistem regiões amorfas e cristalinas 
(cristalitos), sendo que estes cristalitos estão sempre orientados 
radialmente, tendo como referência o primeiro cristal formado 
(núcleo). 
 
 Os cristalitos se ordenam de tal maneira formando fibrilas 
que convergem para o centro do esferulito. Como o crescimento do 
esferulito é tridimensional, o formato deste tende a ser uma esfera 
perfeita. 
 Mas um esferulito em crescimento encosta-se a outro, 
igualmente em crescimento, formando uma interface plana de 
interesferulitos, aparecendo ao microscópio como uma linha reta. 
Esferulitos 
 O tamanho e porcentagem de cristalitos dentro de um 
esferulito, bem como o tamanho da cada esferulito, depende da 
velocidade de cristalização de cada polímero e da velocidade com 
que se formam núcleos, e ainda da mobilidade das moléculas. 
Esferulitos 
Esferulitos 
Esferulitos 
Esferulitos 
Fatores que influenciam a cristalização de 
polímeros 
Grau de cristalinidade em polímeros 
Propriedades Físicas 
Densidade 
 
 Os materiais poliméricos são todos relativamente leves, 
com sua densidade variando entre 0,9 e 1,5 g/cm3. A presença de 
halogênios determina maiores densidades. Para PTFE a 
densidade atinge 2,3 g/cm3. 
 
 A densidade de um material reflete a sua estrutura química 
e sua organização molecular, desta forma, as regiões cristalinas 
são mais compactadas enquanto as amorfas são mais volumosas. 
 
 A densidade indica o grau de uniformidade de um produto. 
Mudanças na densidade podem significar variação na 
cristalinidade, perda de plastificantes ou outros aditivos, ou 
absorção de solventes ou umidade. 
Propriedades Físicas 
Estabilidade dimensional 
 
 É uma importante propriedade para aplicações técnicas, 
quando um polímero é altamente cristalino, a sua estabilidade 
também é elevada, pela dificuldade de destruição das regiões 
ordenadas, que resultam da coesão molecular. 
Propriedades Físicas 
 Polímero cristalino apresenta estabilidade dimensional 
elevada, (coesão molecular), fator importante para aplicações 
térmicas (engrenagens, peças de encaixe, etc), neste estão 
incluídos polímeros sem grupos hidroxila ou grupos amina. 
Propriedades Físicas 
Solubilidade 
 
 A solubilidade diminui sensivelmente com a presença de 
cristais no polímero. Na região cristalina a energia livre é mais 
baixa. Solubilidade ocorre quando ΔG < 0 (energia livre). 
Polímeros cristalinos necessitam de energia extra para serem 
solubilizados. 
 
 A interação de polímeros cristalinos com aditivos, tais 
como plastificantes, é mais dificultada pelo mesmo princípio. Ao 
ser plastificado, um polímero perde cristalinidade e diminui a Tg. 
Permeabilidade a gases e vapores: 
 
 Importante para sua aplicação em embalagens. Os 
polímeros exibem pequena permeabilidade a gases e vapores, 
quando ocorre, sua permeação se dá nas regiões amorfas 
(cadeias macromoleculares mais afastadas). Domínios cristalinos 
diminuem bastante a permeabilidade. 
 
 Por exemplo, a borracha butírica (copolímero de 
isobutileno e isopreno) é mais impermeável a gases, sendo usada 
em câmaras de ar de pneus. 
Propriedades Físico-Químicas