01-Processos de Produção de Polímeros

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PROCESSOS DE PRODUÇÃO DE POLÍMEROS
Polímeros - são formados pela união de centenas de moléculas menores que devem possuir pelo menos uma dupla ligação de certos compostos químicos denominados monômeros.
	Possuem origem orgânica, sendo o carbono o elemento fundamental de todos os materiais poliméricos. Em geral, tem-se a combinação de um átomo de carbono com quatro átomos de outros elementos químicos. 
	A união das moléculas dos monômeros pode realizar-se fundamentalmente por três maneiras: polimerização, copolimerização e por policondensação.
a. Polimerização: Consiste na aplicação de calor, pressão, utilização de processos químicos e aditivos, de modo a resultar estruturas em forma de cadeia. Um exemplo de um monômero é o gás etileno (C2H4) e exemplos de polímeros são o polietileno e o polipropileno conforme apresentado na Figura 2.1.
Figura 1:	Um monômero (a) e dois tipos de polímeros que são produzidos a partir dele (b) e (c).
b. Copolimerização: Consiste na combinação de dois grupos de monômeros diferentes por polimerização. A esta operação de polimerizar os monômeros, previamente misturados, se chama copolimerização e copolímeros as resinas obtidas.
c. Policondensação: Alguns compostos químicos, como o fenol ou o formaldeído não polimerizam isoladamente. A este processo se denominou policondensação porque na operação se desprendem algumas moléculas de água.
O produto resultado dos processos mencionados são as resinas básicas que funcionam como matéria-prima para a produção de dois grandes grupos de materiais: os plásticos e os elastômeros.
TIPOS DE POLÍMEROS
	Os vários tipos de polímeros compreendem:
Plásticos 
termoplásticos 
termofixos (ou termoestáveis, ou termorrígidos)
Elastômeros (ou borrachas) 
Fibras 
Revestimentos 
Adesivos
Espumas
Filmes
1. PLÁSTICOS
	Os plásticos são materiais artificiais, geralmente de origem orgânica, que, em algum estágio de sua fabricação adquiriram condição plástica, durante o momento de sua moldagem, através da ação de calor e pressão, com o emprego de molde. 
	Materiais de origem orgânica sintética resultam de processos químicos e de sínteses, a partir de matérias primas orgânicas simples.
Tabela 1 - Classificação de materiais plásticos.
	Material	Características
	Termoplásticos	São materiais plásticos que não sofrem alteração química sob a ação química do calor e da pressão. Podem, portanto, ser amolecidos repetidas vezes e moldados para as formas desejadas. Sofrem alterações com a temperatura e amolecem a partir de 60 oC.
	Termofixos	Os materiais termoestáveis, ao contrário dos termoplásticos, não podem ser amolecidos e remoldados. Sofrem modificações químicas com o calor, e a sua temperatura de amolecimento é bastante elevada (acima de 250 oC).
2. ELASTÔMEROS
São polímeros que ao serem submetidos a uma determinada tensão ou força, apresentam um campo de deformação elástica bastante diferenciado dos outros materiais, que, após cessada a força ou tensão que a deformou, volta às suas dimensões nominais verificadas antes dos esforços.
	Em virtude de seu comportamento atípico à tração, os elastômeros são frequentemente usados em máquinas e equipamento com objetivo de reduzir vibrações tanto acústica como mecânicas, além de, geralmente, serem ótimos isolantes elétricos.
Figura 2: Comportamento ao ensaio de tração de polímeros.
3. FIBRAS 
	Os polímeros para fibras são capazes de ser estirados na forma de longos filamentos com uma razão entre o comprimento e o diâmetro de pelo menos 100:1. 
	A maioria das fibras poliméricas comerciais é usada na indústria têxtil, sendo tecidas ou costuradas em panos ou tecidos. Além disso, as fibras aramidas são empregadas em materiais compósitos.
	As fibras podem ser submetidas a diversas deformações mecânicas - estiramento, torções, cisalhamento e abrasão.
	As fibras poliméricas devem exibir estabilidade química em uma variedade considerável de ambientes, incluindo meios ácidos e básicos, alvejantes, solventes de lavagem a seco e à luz do sol. Também devem ser relativamente não inflamáveis e suscetíveis à secagem.
	Com frequência, revestimentos são aplicados às superfícies de materiais para servir a uma ou mais das seguintes funções: 
(1)	proteger o item de um ambiente que possa produzir reações corrosivas ou de deterioração; 
(2)	melhorar a aparência do item; e 
(3)	proporcionar isolamento elétrico. 
	Muitos dos componentes presentes nos materiais usados como revestimentos são polímeros, a maioria dos quais é de origem orgânica. Esses revestimentos orgânicos enquadram-se em várias classificações diferentes: tintas, vernizes, látex, esmaltes, lacas e gomas-lacas. 
4. REVESTIMENTOS
5. ADESIVOS 
	Um adesivo é uma substância usada para colar as superfícies de dois materiais sólidos (denominados aderentes). Existem dois tipos de mecanismos de adesão: mecânico e químico. 
Na adesão mecânica existe uma efetiva penetração do adesivo no interior dos poros e cavidades superficiais. 
A adesão química envolve forças intermoleculares entre o adesivo e o aderente, que podem ser covalentes e/ou de van der Waals.
	Embora adesivos naturais (cola animal, caseína, amido e breu) ainda sejam usados para muitas aplicações, foi desenvolvida uma gama de novos materiais adesivos baseados em polímeros sintéticos; esses materiais incluem poliuretanas, polissiloxanos (silicones), epóxis, poli-imidas, acrílicos e materiais à base de borrachas.
	Os adesivos podem ser usados para unir uma grande variedade de materiais - metais, cerâmicas, polímeros, compósitos, pele etc. - e a escolha de qual adesivo será usado depende de fatores como: 
(1)	os materiais a serem unidos e suas porosidades; 
(2)	as propriedades adesivas que são necessárias (isto é, se a colagem deve ser temporária ou permanente); 
(3)	as temperaturas de exposição máxima e mínima; e 
(4)	as condições de processamento. 
	O adesivo é aplicado como um líquido de baixa viscosidade, de forma a cobrir por igual e completamente as superfícies a serem aderidas e permitir máximas interações de colagem. A efetiva junta adesiva se forma conforme o adesivo passa por uma transição de líquido para sólido (ou cura), o que pode ser obtido por meio de um processo físico (cristalização, evaporação do solvente) ou de um processo químico (polimerização, vulcanização).
6. ESPUMAS
	Espumas são materiais plásticos que contêm uma porcentagem volumétrica relativamente elevada de pequenos poros e bolhas de gás aprisionadas. 
	Tanto os materiais termoplásticos quanto os termorrígidos são empregados como espumas; esses materiais incluem o poliuretano, a borracha, o poliestireno e o poli(cloreto de vinila).
	As espumas são usadas geralmente como almofadas em automóveis e móveis, assim como em embalagens e como isolamento térmico. 
7. FILMES 
	Os materiais poliméricos encontraram uma ampla aplicação na forma de filmes delgados. Filmes com espessuras entre 0,025 mm e 0,125 mm (0,001 in e 0,005 in) são fabricados e usados largamente como sacos para embalagem de produtos alimentícios e outros artigos, como produtos têxteis, e para uma gama de outras finalidades. 
	Características importantes dos materiais produzidos e usados como filmes incluem baixa massa específica, alto grau de flexibilidade, elevados limites de resistência à tração e resistência ao rasgo, resistência ao ataque pela umidade e por outros produtos químicos, e baixa permeabilidade a alguns gases, especialmente vapor d’água. 
	Alguns dos polímeros que atendem a esses critérios e que são fabricados na forma de filmes são o polietileno, o polipropileno, o celofane e o acetato de celulose. 
TÉCNICAS DE CONFORMAÇÃO PARA PLÁSTICOS 
	O método usado para a conformação dos materiais poliméricos depende de diversos fatores: 
(1)	se o material é termoplástico ou termorrígido;
(2)	se for termoplástico, ele depende da temperatura na qual ele amolece; 
(3)	da estabilidade atmosférica do material que está sendo conformado; e 
(4)	da geometria e do tamanho do produto acabado. 
	A fabricação de peças poliméricasocorre normalmente em altas temperaturas e, muitas vezes, com a aplicação de pressão. 
	Os termoplásticos amorfos são conformados acima de sua temperatura de transição vítrea e os semicristalinos acima de sua temperatura de fusão. Uma pressão aplicada deve ser mantida enquanto a peça é resfriada, para que o item conformado retenha sua forma. 
	A fabricação de peças com polímeros termorrígidos é realizada normalmente em dois estágios: 
Primeiro ocorre a preparação de um polímero linear (chamado de pré-polímero) na forma de um líquido com baixo peso molecular; 
No segundo estágio esse material é convertido no produto final, duro e rígido, o que normalmente é feito em um molde com a forma desejada. 
	O segundo estágio, denominado cura, pode ocorrer durante um aquecimento e/ou pela adição de catalisadores e, frequentemente, sob pressão. 
	Durante a cura, ocorrem alterações químicas e estruturais ao nível molecular: forma-se uma estrutura com ligações cruzadas ou em rede. 
	Após a cura, os polímeros termorrígidos podem ser removidos de um molde enquanto ainda estão quentes, uma vez que agora possuem estabilidade dimensional. 
	Os termorrígidos são difíceis de reciclar, não se fundem, podem ser usados em temperaturas mais elevadas do que os termoplásticos e, com frequência, são quimicamente mais inertes. 
Moldagem é o método mais comum para a conformação de polímeros plásticos. As várias técnicas de moldagem usadas incluem:
moldagens por compressão, 
transferência, 
sopro, 
injeção e 
extrusão. 
	Em cada uma dessas técnicas, um plástico granulado ou finamente peletizado é forçado, em uma temperatura elevada e sob pressão, a escoar para o interior, preencher e assumir a forma da cavidade de um molde. 
a) Moldagem por Compressão: a quantidade apropriada de polímero e aditivos necessários, completamente misturada, é colocada entre os elementos macho e fêmea do molde (Figura 3). 
Ambas as peças do molde são aquecidas; no entanto, apenas uma delas é móvel. 
O molde é fechado, e calor e pressão são aplicados, fazendo com que o plástico se torne viscoso e escoe para se conformar à forma do molde. 
Antes da moldagem, as matérias-primas podem ser misturadas e prensadas a frio, formando um disco, que é chamado de pré-forma. 
O preaquecimento da pré-forma reduz o tempo e a pressão da moldagem, estende o tempo de vida da matriz e produz uma peça acabada mais uniforme. 
Figura 3: Diagrama esquemático de um equipamento de moldagem por compressão. 
	Essa técnica é aplicada à fabricação tanto de polímeros termoplásticos quanto de polímeros termorrígidos. Entretanto, o uso dessa técnica com termoplásticos demanda maior tempo e é mais cara que as técnicas mais utilizadas de moldagem por extrusão ou injeção. 
b) Moldagem por Transferência: Nesta técnica as matérias-primas sólidas são primeiro fundidas em uma câmara de transferência aquecida. Conforme o material fundido é injetado no interior da câmara do molde, a pressão é distribuída mais uniformemente sobre todas as superfícies. Esse processo é usado com polímeros termorrígidos e para peças com geometrias complexas. 
c) Moldagem por Injeção: semelhante à fundição em matriz para os metais, é a técnica mais amplamente usada para a fabricação de materiais termoplásticos.
	A quantidade correta de material peletizado é alimentada a partir de um funil de alimentação para o interior de um cilindro, pelo movimento de um êmbolo ou pistão (Figura 4). Essa carga é empurrada para o interior de uma câmara de aquecimento, onde é forçada ao redor de um espalhador, de modo a ter melhor contato com a parede aquecida. Como resultado, o material termoplástico se funde para formar um líquido viscoso. 
Figura 4: Diagrama esquemático de um equipamento de moldagem por injeção. 
	Em seguida, o plástico fundido é impelido, novamente pelo movimento do êmbolo, através de um bico injetor, para o interior da cavidade do molde; a pressão é mantida até que o material moldado tenha se solidificado. 
	Finalmente, o molde é aberto, a peça é ejetada, o molde é fechado, e todo o ciclo é repetido. Provavelmente, a característica mais excepcional dessa técnica seja a velocidade na qual as peças podem ser produzidas. 
	Para os termoplásticos, a solidificação da carga injetada é quase imediata; consequentemente, o tempo de ciclo para esse processo é curto (comumente da ordem de 10 a 30 s). 
	Os polímeros termorrígidos também podem ser moldados por injeção; a cura ocorre enquanto o material está sob pressão em um molde aquecido, o que resulta em ciclos com tempo mais longo do que para os termoplásticos. Esse processo é algumas vezes denominado moldagem por injeção com reação (RIM — reaction injection molding), e é empregado comumente para materiais como o poliuretano. 
d) Extrusão: O processo de extrusão consiste na moldagem de um termoplástico viscoso sob pressão por meio de uma matriz com extremidade aberta, de maneira semelhante à extrusão de metais. Uma rosca ou parafuso sem fim transporta o material peletizado através de uma câmara, onde ele é sucessivamente compactado, fundido e conformado como uma carga contínua de um fluido viscoso (Figura 5). 
	A extrusão ocorre conforme essa massa fundida é forçada através de um orifício na matriz. 
	A solidificação do segmento extrudado é acelerada por sopradores de ar, por um borrifo de água, ou por um banho. 
	A técnica é especialmente adaptada para produzir peças contínuas com seção transversal de geometria constante - por exemplo, barras, tubos, mangueiras, placas e filamentos. 
Figura 5: Diagrama esquemático de uma extrusora.
e) Moldagem por Sopro: O processo de moldagem por sopro para a fabricação de recipientes de plástico é semelhante ao usado para o sopro de garrafas de vidro (Figura 6). 
Figura 6: Técnica de prensagem e sopro para a produção de uma garrafa de vidro. 
	Em primeiro lugar, um parison ou um segmento de tubo polimérico é extrudado. Enquanto ainda está em um estado semifundido, o parison é colocado em um molde bipartido que apresenta a configuração desejada para o recipiente. A peça oca é conformada pelo sopro de ar ou de vapor sob pressão no interior do parison, forçando as paredes do tubo a se conformarem aos contornos da cavidade do molde. 
	Tanto a temperatura quanto a viscosidade do parison devem ser cuidadosamente reguladas. 
f) Fundição: Da mesma forma que os metais, os polimeros também podem ser fundidos, vertidos no interior de um molde e deixado solidificar. Tanto os termoplásticos quanto os termorrígidos podem ser fundidos. Para os termoplásticos, a solidificação ocorre mediante o resfriamento a partir do estado fundido; entretanto, para os polímeros termorrígidos, o endurecimento é consequência do verdadeiro processo de polimerização ou cura, realizado geralmente em uma temperatura elevada.
FABRICAÇÃO DE ELASTÔMEROS
	As técnicas empregadas na efetiva fabricação de peças de borracha são essencialmente as mesmas discutidas para os plásticos, isto é, moldagem por compressão, extrusão, e assim por diante. Além disso, a maioria dos materiais à base de borracha é vulcanizada, e alguns são reforçados com negro de fumo.
	A vulcanização, que é um processo termoquímico por enxofre (2 a 4 %) a temperatura em torno de 110 oC, realizado em autoclaves, torna-a mais elástica e insolúvel.
FABRICAÇÃO DE FIBRAS E FILMES 
Fibras: O processo pelo qual as fibras são conformadas a partir de um material polimérico é denominado fiação. Na maioria das vezes, as fibras são fiadas a partir do estado fundido, em um processo chamado de fiação a partir do fundido. 
	O material a ser fiado é primeiro aquecido até formar um líquido relativamente viscoso. Em seguida, esse líquido é bombeado através de uma placa denominada fieira, que contém numerosos orifícios pequenos e tipicamente redondos. 
	Conforme o material fundido passa por cada um desses orifícios, uma única fibra é formada, a qual se solidifica rapidamente ao ser resfriada com sopradores de ar ou em um banho de água. 
	A resistência das fibras é melhoradapor um processo de pós-conformação chamado estiramento, que consiste no alongamento mecânico permanente de uma fibra na direção do seu eixo. 
	Duas outras técnicas que produzem fibras a partir de soluções de polímeros dissolvidos são a fiação a seco e a úmido. 
Na fiação a seco, o polímero é dissolvido em um solvente volátil. A solução polímero-solvente é então bombeada através de uma fieira para o interior de uma zona aquecida; ali as fibras solidificam-se conforme o solvente evapora. 
Na fiação a úmido, as fibras são formadas pela passagem de uma solução polímero-solvente através de uma fieira diretamente no interior de um segundo solvente, que faz com que a fibra polimérica saia da solução (isto é, precipite). 
	Em ambas as técnicas, primeiro há a formação de uma película sobre a superfície da fibra. Na sequência, ocorre alguma contração, tal que a fibra murcha (como uma passa); isso leva a um perfil de seção transversal muito irregular, que faz com que a fibra se torne mais rígida (aumenta o módulo de elasticidade). 
Filmes: Muitos filmes são simplesmente extrudados por um fino rasgo em uma matriz; isso pode ser seguido por uma operação de laminação (calandragem) ou de estiramento, que serve para reduzir a espessura e melhorar a resistência. 
	O filme também pode ser soprado: um tubo contínuo é extrudado por uma matriz anular; em seguida, pela manutenção de uma pressão de gás positiva cuidadosamente controlada no interior do tubo e pelo estiramento do filme na direção axial conforme ele emerge da matriz, o material se expande ao redor dessa bolha de ar aprisionada, como se fosse um balão (Fig. 7). 
	Como resultado, a espessura da parede é continuamente reduzida para produzir um fino filme cilíndrico, que pode ser selado na sua extremidade para fazer sacos de lixo, ou que pode ser cortado e tornado plano para compor um filme. Esse procedimento é denominado processo de estiramento biaxial e produz filmes resistentes em ambas as direções do estiramento. 
	Alguns dos filmes mais modernos são produzidos por coextrusão; isto é, múltiplas camadas de mais de um tipo de polímero são extrudadas simultaneamente. 
Figura : Diagrama esquemático de um equipamento usado para conformar filmes poliméricos finos. 
PROCESSOS DE PRODUÇÃO ESPUMAS
Espuma - O processo de formação de uma espuma é conduzido, com frequência, pela incorporação de um agente de expansão em uma batelada do material, o qual, mediante aquecimento, decompõe-se com a liberação de um gás. Bolhas de gás são geradas em toda a massa fluida, e permanecem no sólido após o resfriamento e originando uma estrutura semelhante à de uma esponja. 
	O mesmo efeito é produzido pela dissolução de um gás inerte em um polímero fundido sob alta pressão. Quando a pressão é reduzida rapidamente, o gás sai da solução e forma bolhas e poros que permanecem no sólido conforme esse é resfriado. 
	A Tinta é uma composição química formada pela dispersão de pigmentos numa solução ou emulsão de um ou mais polímeros que, ao ser aplicada na forma de uma película fina sobre uma superfície, transforma-se num revestimento a ela aderente com a finalidade de colorir, proteger e embelezar. Quando a composição não contém pigmentos, é denominada verniz. 
Componentes básicos - As tintas são compostas por:
Resinas: são responsáveis pela formação da película protetora na qual se converte a tinta depois de seca.
Pigmentos: são partículas sólidas e insolúveis. Podem ser divididos em dois grupos: ativos e inertes. Os ativos conferem cor e poder de cobertura à tinta, enquanto que os outros (também chamados de cargas) se encarregam de proporcionar lixabilidade, dureza, consistência e outras características.
PROCESSOS DE REVESTIMENTOS
Diluentes: também chamados de solventes, são líquidos voláteis que possibilitam que a tinta apresente sempre a mesma viscosidade e forma líquida.
Aditivos: são compostos que geralmente estão em pequena quantidade na tinta e conferem a ela características especiais, são exemplos: secantes, fungicidas, bactericidas, aromas.
Processo de fabricação 
Pesagem e dosagem das matérias primas – são de acordo com a composição a produzir. Esta operação pode ser feita manual ou automaticamente;
Mistura – é feita misturas das resinas, diluentes, aditivos e, posteriormente, pigmentos. Nesse processo os vários constituintes transformam-se numa pasta;
Dispersão (moagem) – é processo de separação dos aglomerados de partículas de pigmentos e de cargas, formandos durante a mistura das partículas com o veículo (solvente orgânico ou água), em partículas primárias. Embora alguns pigmentos e cargas se dispersem facilmente em agitadores de alta velocidade, outros há que requerem a incorporação de aditivos; 
Diluição e afinação da cor – O lote é enviado para tanques e/ou misturadores onde ocorre a adição de solventes, vernizes e aditivos.
Filtração – normalmente no produto existem partículas gelatinosas (peles) ou outras partículas indesejadas que são removidas através de crivagem ou centrifugação;
	Depois da filtração, o material é encaminhado para o enchimento, rotulagem, armazenagem e expedição.