Introdução aos materiais poliméricos

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Processos de Fabricação 4
Introdução aos Materiais 
Poliméricos
AULA 01
Prof. Artur Mottin 
Parte do nosso dia a dia
Leveza 
 
Flexibilidade 
 
Baixa condutividade 
térmica e elétrica 
 
Transparência 
 
Plásticos materiais recentes
A prosperidade da indústria do plástico iniciou após a 2º guerra mundial. 
 
No princípio era utilizado o carvão como matéria-prima para obtenção 
dos plásticos. 
 
Apenas em meados de 1950 aconteceu a substituição por petróleo. 
 
A vantagem da substituição estava em que se poderia aproveitar 
racionalmente um subproduto do craquelamento do petróleo. 
 
Apesar da crise do petróleo de 1973 que freou o crescimento dos 
plásticos, o material apresenta crescimento dinâmico acima da média até 
hoje. 
Plásticos materiais recentes
PLÁSTICO
O nome “plástico” não se refere a um único material. Assim 
como a palavra “metal”não define apenas ferro ou alumínio, a 
palavra plástico caracterisa diversos materiais com estrutura, 
qualidade e composições diferentes. 
 
 
ORIGEM
A matéria-prima utilizada para fabricação do polímero pode ser de 
origem: 
 
Origem dos monômeros 
 
•  Animal 
•  Vegetal 
•  Mineral 
ORIGEM
De origem Animal:
 
A caseína, substância que se obtém do leite, é a matéria-prima para síntese 
da galalita, material plástico para fabricação de botões e pentes. 
 
ORIGEM
De origem Vegetal:
 
A partir do látex produzido por certas árvores tropicais se obtêm gomas e 
borrachas e, a partir da celulose, é possível obter-se celofane e celulóide. 
De origem Mineral:
 
O petróleo é a principal matéria-prima para obtenção dos plásticos sintéticos. 
Também pode ser obtido a partir do gás natural e da hulha (tipo de carvão 
mineral). 
 
ORIGEM
De origem Mineral:
 
 
ORIGEM
A	
  na%a	
  é	
  quebrada	
  por	
  um	
  processo	
  de	
  separação	
  térmica	
  (craquelamento),	
  por	
  ex:	
  a	
  850ºC	
  
obtem-­‐se	
  mais	
  do	
  que	
  30%	
  de	
  eDleno.	
  	
  
Constituição química dos polímeros
Matéria-prima principal:
Indústria do Petróleo: Liquido e gás 
Principais elementos:
- C, H, O, N, Cl, F 
POLÍMEROS
Elemento Símbolo Valência Diagrama 
Carbono C 4 = C= 
Nitrogênio N 3 - N= 
Oxigênio O 2 - O - 
Hidrogênio H 1 H - 
Cloro Cl 1 Cl - 
Flúor F 1 F - 
CONCEITO
Principais grupos funcionais 
 
CONCEITO
Principais grupos funcionais e substâncias químicas envolvidas na 
nomenclatura dos polímeros 
 
CONCEITO
Principais grupos funcionais e substâncias químicas envolvidas na 
nomenclatura dos polímeros 
 
CONCEITO
Principais grupos funcionais e substâncias químicas envolvidas na 
nomenclatura dos polímeros 
 
CONCEITO
 
A origem da palavra Polímero: 
 
POLI = Muitos MERO = Unidade de repetição 
 
Unidade de repetição 
CONCEITO
Definições: 
 
Moléculas = nos	
  polímeros	
  as	
  moléculas	
  (macromoléculas)	
  são	
  consDtuídas	
  
de	
  muitos	
  segmentos	
  repeDdos	
  ou	
  unidades	
  chamadas	
  meros.	
  	
  
 
Monômero = molécula	
  consDtuída	
  por	
  um	
  único	
  mero.	
  
	
  
Polímero = macromolécula	
  consDtuída	
  por	
  vários	
  meros	
  (	
  >	
  10.000	
  /	
  outros	
  
autores	
  >	
  2.000).	
  	
  
	
  
Polimerização (sintetização) = reações	
  químicas	
  intermoleculares	
  pelas	
  
quais	
  os	
  monômeros	
  são	
  ligados	
  na	
  forma	
  de	
  meros	
  à	
  estrutura	
  molecular	
  da	
  
cadeia.	
  	
  
POLÍMEROS
POLÍMEROS
POLÍMEROS
CONCEITO
Sintetização: 
 
Existem 3 reações básicas diferentes (processos) para fabricação de plásticos 
(polímeros), chamado de síntese. 
 
Síntese porque um novo material será sintetizado (síntese = união) a partir de um 
elemento (monômero). 
Processo	
  de	
  síntese	
   Designação	
  do	
  produto	
   Exemplo	
  /	
  sigla	
  
Polimerização	
   Polimerizado	
   Polipropileno	
  /	
  PP	
  PolieDleno	
  /	
  PE	
  
Poliadição	
   Poliaditado	
   Poliuretano	
  /	
  PUR	
  Resina	
  epóxi	
  /	
  EP	
  
Policondensação	
   Policondensado	
   Policarbonato	
  /	
  PC	
  
POLIMERIZAÇÃO
Polimerização: 
 
Adição de radical livre (iniciador ou catalizador) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
T,	
  P	
  
T,	
  P	
  
Terminação	
  
Propagação	
  
Iniciação	
  
POLIMERIZAÇÃO
Classificação quanto ao número de diferente meros
Homopolímero (1 tipo mero) 
Copolímeros (2 ou mais tipos de mero) 
 
POLÍMEROS
POLICONDENSAÇÃO
Policondensação: 
 
Pequenas moléculas (normalmente água) são separadas. 
 
Moléculas com 2 ou mais grupos funcionais. 
 
A formação de uma ligação entre duas moléculas ocorre apenas quando existem 2 
grupos funcionais diferentes. 
 
As moléculas formadas na reação (água) deve ser purgada constantemente para 
possibilitar a formação de longas cadeias poliméricas. 
 
Carboxila	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  Carbonila	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  Amina	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  Hidroxila	
  
POLICONDENSAÇÃO
Policondensação: 
 
 
POLICONDENSAÇÃO
Policondensado 
 
 
Resina	
  Fenol-­‐formaldeído	
  (PF)	
   Pegadores	
  em	
  alavancas,	
  interruptores,	
  
cinzeiros,	
  ferros	
  de	
  passar	
  roupa,	
  
puxadores	
  para	
  panelas	
  
	
  
Poliéster	
  Insaturado	
  (UP)	
   Construção	
  naval	
  com	
  reforço	
  de	
  fibra	
  
de	
  vidro,	
  carcaça	
  equipamentos	
  	
  
	
  
Policarbonato	
  (PC)	
   Carcaça	
  de	
  produtos,	
  vitrines,	
  CD,	
  luzes	
  
de	
  sinalização	
  
	
  
Poliamida	
  (PA)	
   Engrenagem,	
  rolos	
  deslizantes,	
  
carcaças	
  para	
  equipamentos	
  elétricos	
  
POLIADIÇÃO
Poliadição: 
 
Similar a policondensação, a diferença é que nenhum subproduto é gerado. O átomo de 
Hidrogênio migra de um grupo funcional para o outro. 
 
Etapas: 
 
1: existe um terminal de molécula com 1 átomo de Hidrogênio facilmente separável e um 
terminal de molécula com ligações facilmente separáveis; 
 
2: o Hidrogênio separa-se e a ligação do outro grupo funcional dissocia-se. 
 
3: o Hidrogênio forma uma ligação com 1 dos elétrons da ligação dissociada. Novas 
ligações são criadas e a cadeia é ampliada. 
 
 
 
 
 Etapa 1 Etapa 2 Etapa 3 
 
H	
   H	
  
H	
  
POLIADIÇÃO
Poliaditados 
 
 
Poliuretano	
  (PUR)	
   Insertos,	
  roldanas,	
  mancais,	
  disco	
  de	
  
embreagem	
  
	
  
Espumas	
  de	
  Poliuretano	
   Espumas	
  isolantes,	
  almofadas	
  para	
  
estofamento,	
  vestuário	
  
	
  
	
  
	
  
Epóxi	
  (EP)	
   Adesivos,	
  revesDmento,	
  reforço	
  de	
  
fibra	
  para	
  ferramentas	
  
	
  
LIGAÇÕES NOS POLÍMEROS
Ligações Intramoleculares – Cadeia Principal 
Covalente
Ligações Intermoleculares – Entre Cadeia 
Van der Wals
Influência	
  da	
  temperatura:	
  
	
  
O	
  Calor	
  manifesta-­‐se	
  na	
  movimentação	
  das	
  moléculas	
  
	
  
Maior	
  tempertura	
  –	
  Maior	
  movimentação	
  –	
  Maior	
  volume	
  
	
  
A	
  parDr	
  de	
  determinada	
  temperatura	
  as	
  ligações	
  
intermoleculares	
  deixam	
  de	
  exisDr	
  e	
  as	
  cadeias	
  
movimentam-­‐se	
  livremente.	
  Ligações	
  intramoleculares	
  só	
  
serão	
  desfeitas	
  em	
  temperaturas	
  elevadas.	
  
CONCEITO
Quanto uma molécula se 
tornam muito grandes, 
contendo um número de 
átomos encadeados 
superior a uma centena, e 
podendo atingir valor 
ilimitado, as propriedades 
destas moléculas ganham 
características próprias, e se 
chama macromoléculas. 
 
Aumento do peso 
molecular aumenta a 
temperatura de ebulição. 
 
Forma molecular
POLÍMEROS
Algumas das características mecânicas e 
térmicas dos polímeros são uma função da 
habilidade dos segmentos da cadeira em 
experimentar uma rotação em reposta a 
aplicações de tensão ou vibrações térmicas. 
 
Ligações duplas e grupos funcionais laterais 
dificultam a mobilidade da cadeia. 
CONCEITO
Configuração Molecular: 
 
Encadeamento das unidades monoméricas.CONCEITO
Esterioisomerismo: 
 
Encadeamento das unidades monoméricas em uma cadeia polimérica. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Classificação quanto a morfologia da cadeia
Estrutura Molecular
POLÍMEROS
(a) Linear (b) Ramificado (c) ligações cruzadas (d) Em rede (3D)
 
Classificação quanto a morfologia da cadeia
Cristalinidade
POLÍMEROS
Classificação quanto a morfologia da cadeia
Cristalinidade
POLÍMEROS
Classificação quanto a morfologia da cadeia
Cristalinidade
POLÍMEROS
Classificação quanto a morfologia da cadeia
Cristalinidade
POLÍMEROS
Classificação quanto a morfologia da cadeia
Cristalinidade
POLÍMEROS
Cr
ist
al
in
id
ad
e	
  
Efeito	
  do	
  grau	
  da	
  
cristalinidade	
  e	
  da	
  massa	
  
molar	
  nas	
  caracterís:cas	
  
;sicas	
  do	
  polie:leno	
  (PE)	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
Obs:	
  Esses	
  comportamentos	
  
variam	
  com	
  a	
  temperatura	
  
Classificação das características da molécula polimérica
CLASSIFICAÇÃO
Classificação dos polímeros de acordo com sua origem e propriedades
CLASSIFICAÇÃO
Quanto a estrutura
 
CLASSIFICAÇÃO
INTRODUÇÃO
INTRODUÇÃO
TERMOPLÁSTICOS:	
  
	
  
•  Podem	
  ser	
  conformados	
  mecanicamente	
  repeDdas	
  vezes,	
  desde	
  que	
  reaquecidos	
  
(são	
  recicláveis).	
  	
  
•  Parcialmente	
  cristalinos	
  ou	
  totalmente	
  amorfos.	
  	
  
•  Lineares	
  ou	
  ramificados.	
  	
  
	
  
TERMOFIXOS:	
  
	
  
•  Podem	
  ser	
  conformados	
  plasDcamente	
  apenas	
  em	
  um	
  estágio	
  intermediário	
  de	
  sua	
  
fabricação.	
  	
  
•  O	
  produto	
  final	
  é	
  duro	
  e	
  não	
  amolece	
  com	
  o	
  aumento	
  da	
  temperatura.	
  	
  
•  Eles	
  são	
  insolúveis	
  e	
  infusíveis.	
  	
  
•  Mais	
  resistentes	
  ao	
  calor	
  do	
  que	
  os	
  termoplásDcos.	
  	
  
•  Completamente	
  amorfos.	
  	
  
•  Possuem	
  uma	
  estrutura	
  tridimensional	
  em	
  rede	
  com	
  ligações	
  cruzadas.	
  	
  
PROPRIEDADES TÉRMICAS
TRANSIÇÕES	
  TÉRMICAS	
  
PROPRIEDADES TÉRMICAS
TRANSIÇÕES	
  TÉRMICAS	
  
PROPRIEDADES TÉRMICAS
TRANSIÇÕES	
  TÉRMICAS	
  
PROPRIEDADES TÉRMICAS
PROPRIEDADES TÉRMICAS
PROPRIEDADES TÉRMICAS
PROPRIEDADES MECÂNICAS
PROPRIEDADES MECÂNICAS
PROPRIEDADES MECÂNICAS
SOLUBILIDADE	
  /	
  RESISTÊNCIA	
  A	
  SOLVENTES	
  
Solvente	
  
Solvente	
  
PROPRIEDADES MECÂNICAS
•  Altas	
  taxas	
  de	
  deformação:	
  o	
  material	
  apresenta	
  comportamento	
  rígido.	
  	
  
•  Baixas	
  taxas	
  de	
  deformação:	
  o	
  material	
  apresenta	
  comportamento	
  dúcDl.	
  	
  
•  Ligações	
  cruzadas:	
  inibem	
  o	
  movimento	
  das	
  moléculas,	
  aumentando	
  a	
  
resistência	
  do	
  polímero	
  e	
  tornando-­‐o	
  mais	
  frágil.	
  	
  
•  Ligações	
  intermoleculares	
  secundárias:	
  inibem	
  o	
  movimento	
  molecular.	
  
Essas	
  ligações	
  são	
  mais	
  fracas	
  que	
  as	
  ligações	
  covalentes.	
  	
  
•  Massa	
  molar:	
  a	
  resistência	
  mecânica	
  aumenta	
  com	
  a	
  massa	
  molar	
  (para	
  
valores	
  relaDvamente	
  baixas	
  (<104)	
  de	
  massa	
  molar).	
  	
  
•  Orientação	
  molecular:	
  pode	
  ser	
  induzida	
  através	
  de	
  uma	
  pré-­‐
deformação.	
  	
  
PROPRIEDADES MECÂNICAS
DENSIDADE	
  
	
  
	
  
PROPRIEDADES MECÂNICAS
CONDUTIVIDADE	
  TÉRMICA	
  E	
  ELÉTRICA	
  
	
  
	
  
Os	
  plásDcos	
  em	
  geral	
  conduzem	
  mal	
  a	
  eletricidade	
  e	
  a	
  temperatura.	
  Isso	
  se	
  
deve	
  principalmente	
  pela	
  falta	
  de	
  elétrons	
  livres.	
  
	
  
A	
  conduDvidade	
  térmica	
  dos	
  plásDcos	
  giram	
  em	
  torno	
  de	
  0,15	
  a	
  0,5	
  W/mK,	
  
cerca	
  de	
  2000	
  vezes	
  menor	
  que	
  a	
  dos	
  metais,	
  e	
  10	
  vezes	
  melhor	
  que	
  o	
  Ar.	
  
	
  
A	
  conduDvidade	
  elétrica	
  dos	
  plásDcos	
  é	
  dependente	
  da	
  temperatura.	
  
Quanto	
  maior	
  a	
  temperatura,	
  maior	
  a	
  conduDvidade	
  elétrica.	
  
	
  
Parsculas	
  metálicas	
  podem	
  ser	
  inseridas	
  nos	
  materiais	
  plásDcos	
  para	
  
melhorar	
  tanto	
  a	
  conduDvidade	
  elétrica	
  quanto	
  a	
  térmica.	
  
PROPRIEDADES MECÂNICAS
PERMEABILIDADE	
  A	
  LUZ	
  
	
  
Como	
  transparência	
  ou	
  nível	
  de	
  transmissão	
  denomina-­‐se	
  a	
  reação	
  entre	
  a	
  
intensidade	
  da	
  luz	
  atravessada	
  sem	
  refração	
  e	
  a	
  intensidade	
  da	
  luz	
  incidente.	
  
	
  
Os	
  termoplásDcos	
  amorfos,	
  como	
  PC,	
  PMMA,	
  PVC,	
  etc,	
  não	
  se	
  diferem	
  
consideravelmente	
  do	
  vidro.	
  A	
  transparência	
  chega	
  a	
  90%,	
  nível	
  de	
  transmissão	
  0,9.	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
	
  
Porém	
  uma	
  desvantagem	
  é	
  que	
  os	
  plásDcos	
  sofrem	
  influência	
  do	
  meio	
  ambiente,	
  
raios	
  UV,	
  temperatura,	
  podem	
  piorar	
  a	
  transparência.	
  	
  
Material	
   Transparência	
  (%)	
  
Policarbonato	
  (PC)	
   72	
  -­‐	
  89	
  
Acrílico	
  (PMMA)	
   92	
  
Vidro	
  de	
  janela	
   90