Relatório Final - Prática 3 Polímeros

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE PONTA GROSSA 
SETOR DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS E DE TECNOLOGIA 
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS 
 
 
 
 
JULIA ESTELA STOCCO 
NICOLE CALESSO PEREIRA 
LEONARDO MALAQUIAS 
WILL ROBSON RAMALHO AZAMBUJA 
WILLY ANDERSON PENTEADO FRANCO JUNIOR 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
MICROESTRUTURA POLIMÉRICA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
PONTA GROSSA 
2019
 
 
JULIA ESTELA STOCCO 
NICOLE CALESSO PEREIRA 
LEONARDO MALAQUIAS 
WILL ROBSON RAMALHO AZAMBUJA 
WILLY ANDERSON PENTEADO FRANCO JUNIOR 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
MICROESTRUTURA POLIMÉRICA 
 
Trabalho apresentado à disciplina de 
Ensaios e Caracterização de Materiais como 
parte dos requisitos necessários para a 
obtenção do título de Engenheiro de 
Materiais na Universidade Estadual de 
Ponta Grossa. 
 
Orientador: Prof. Adriane Bassani Sowek 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
PONTA GROSSA 
2019 
 
 
LISTA DE ILUSTRAÇÕES 
 
 
Figura 1: Variação da taxa de nucleação e de crescimento como função da 
temperatura de cristalização .............................................................................. 5 
 
Figura 2: Modelo de estrutura cristalina segundo o Modelo da Miscela 
Franjada ............................................................................................................. 6 
 
Figura 3: Resfriamento da lâmina sob a peça metálica .............................. 10 
 
Figura 4: Resfriamento da lâmina sob ABS ................................................ 11 
 
Figura 5: Resfriamento da lâmina à temperatura ambiente ........................ 12 
 
Figura 6: Resfriamento da lâmina sobre a chapa de aquecimento. ............ 13 
 
 
 
 
 
 
 
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS 
 
Tg Temperatura de transição vítrea 
Tm Temperatura de fusão cristalina 
 
 
 
 
SUMÁRIO 
 
1 INTRODUÇÃO ........................................................................................ 5 
1.1 CRISTALINIDADE POLIMÉRICA .......................................................... 5 
1.2 MORFOLOGIA POLIMÉRICA ................................................................ 6 
2 OBJETIVOS ............................................................................................ 7 
3 MATERIAIS E MÉTODOS ...................................................................... 8 
3.1 MATERIAIS ............................................................................................. 8 
3.2 MÉTODOS .............................................................................................. 8 
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO .............................................................. 9 
4.1 RESFRIAMENTO NO FREEZER COM A LÂMINA EM CONTATO COM 
O METAL .................................................................................................... 10 
4.2 RESFRIAMENTO NO FREEZER COM A LÂMINA EM CONTATO COM 
O ABS ......................................................................................................... 11 
4.3 RESFRIAMENTO A TEMPERATURA AMBIENTE SOB A LUVA ......... 11 
4.4 RESFRIAMENTO LENTO SOBRE A CHAPA DE AQUECIMENTO .... 12 
5 CONCLUSÃO ....................................................................................... 14 
REFERÊNCIAS .......................................................................................... 15 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
5 
 
1 INTRODUÇÃO 
 
1.1 CRISTALINIDADE POLIMÉRICA 
O modo como as cadeias moleculares estão empacotadas é o que 
define a estrutura do polímero, podendo ser desordenado formando fase 
amorfa, ou regular e repetitivo formando a fase cristalina. A cristalinidade de 
um polímero é um importante parâmetro que define suas propriedades físicas e 
químicas, juntamente com peso molecular (massa molar) e sua distribuição (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 
(1). 
O processo de cristalização se dá em duas etapas: nucleação e 
crescimento. Para que haja crescimento dos núcleos e posterior crescimento é 
necessário que as cadeias se ordenem de forma a formar um embrião. Esse 
embrião deve atingir um raio crítico, de forma que, embriões abaixo desse valor 
possuem energia livre positiva, não sendo energeticamente estáveis e acabam 
sendo dissolvidos. Acima desse valor, os embriões são estáveis e crescem (1). 
O crescimento dos núcleos passa por um máximo entre as temperaturas 
Tg e Tm do polímero, isso pode ser observado na imagem abaixo. 
 
Figura 1: Variação da taxa de nucleação e de crescimento como função da temperatura de 
cristalização 
 
Fonte: CANEVAROLO JR., S. V. Ciência dos polímeros: um texto básico para 
tecnólogos e engenheiros. 2ª ed. São Paulo: Artliber, 2006. 178p. 
 
Por meio da Figura 1, vê-se que entre as temperaturas Tg e Tm a 
mobilidade aumenta e a nucleação e o crescimento são facilitados. Abaixo de 
Tg as cadeias são imóveis e não se rearranjam para que ocorra a cristalização. 
6 
 
Já acima de Tm a mobilidade atinge valores muito altos e impossibilita a 
formação de cristais (1). 
1.2 MORFOLOGIA POLIMÉRICA 
Os polímeros também apresentam polimorfismo, ou seja, podem se 
cristalizar em duas ou mais células unitárias diferentes, que dão origem a fases 
ou estruturas cristalinas diferentes. Possuem dois modelos de morfologia: 
modelo da miscela franjada e o modelo da cadeia dobrada (1). 
O primeiro modelo, os polímeros semicristalinos são constituídos por 
duas fases distintas: cristalitos pequenos, de aproximadamente 100 Å, 
dispersos numa matriz amorfa. Os cristalitos são considerados como 
constituídos por segmentos moleculares de diferentes cadeias, alinhados 
paralelamente uns aos outros numa ordem tridimensional. Assim, uma mesma 
cadeia pode participar de vários cristalitos. Uma representação esquemática é 
mostrada na Figura 2. Este modelo de morfologia considera que um polímero 
nunca poderá se tornar 100% cristalino, pois, durante a cristalização, os 
segmentos de cadeias localizados nas regiões amorfas ficam tencionados, não 
podendo se cristalizar posteriormente (1). 
 
Figura 2: Modelo de estrutura cristalina segundo o Modelo da Miscela Franjada. 
 
Fonte: CANEVAROLO JR., S. V. Ciência dos polímeros: um texto básico para 
tecnólogos e engenheiros. 2ª ed. São Paulo: Artliber, 2006. 92p 
 
Já o modelo de cadeias dobradas, surgiu na década de 1950, quando 
pela primeira vez, se obteve monocristais poliméricos crescidos a partir do 
resfriamento de soluções diluídas. Assim esse modelo concluiu-se que as 
cadeias devem estar dobradas dentro do cristal de maneira regular, 
estabelecendo um “plano de dobramento”. A espessura do cristal é chamada 
de “período de dobramento” (1). 
 
 
7 
 
2 OBJETIVOS 
 
 Estudar, analisar e comparar as mudanças respectivas de 
comportamento para cada oligômero fornecido, conforme condições de 
resfriamento estabelecidas. 
 
8 
 
3 MATERIAIS E MÉTODOS 
 
3.1 MATERIAIS 
 Para o ensaio utilizou-se placas de vidro, oligômeros de massa molar 
1500, 4000 e 6000 g/mol, placa aquecedora, peça metálica, geladeira, tecido, 
caixa iluminada com suporte para filtros polarizadores. 
3.2 MÉTODOS 
 As placas de vidro devem ser posicionadas sobre a placa aquecedora 
até a homogeneização da temperatura da placa, em seguida deve-se fundir os 
oligômeros sobre as placas, priorizando a homogeneização da amostra pelo 
vidro, então fecha-se o sistema com a outra parte do vidro e deixa-se as 
amostras resfriarem em ambientes diferentes (geladeira, peça metálica dentro 
da geladeira, tecido, placa aquecedora desligada, caixa iluminada e bancada). 
 Após a solidificação do oligômero, deve-se posicionar as amostras 
dentro da caixa iluminada para observara formação das cruzes de malta em 
quantidade e tamanho. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
9 
 
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO 
A prática microestrutura polimérica consistiu-se em analisar a estrutura 
esferulítica dos oligômeros (massa molar menor que 10.000 g/mol). Para esse 
experimento usou-se o polietilenoglicol (1500 g/mol), onde preparou-se quatro 
amostras em lâminas, levadas ao aquecimento em uma placa. Após isso foram 
submetidas ao resfriamento, uma sob uma luva em temperatura ambiente, 
duas no freezer sendo uma em contato com uma peça metálica e outra em 
contato com uma peça de polímero ABS, e por último uma amostra em uma 
lâmina foi resfriada lentamente sob a placa de aquecimento, sendo que o 
tempo que cada lâmina levou para resfriar, foi aproximadamente o mesmo. 
 A estrutura esferulítica a formação se dá por meio de material fundido, 
através do resfriamento, sendo que ocorre radialmente em torno de um núcleo 
de cristalização pelo crescimento do mesmo. Quanto maior for o gradiente de 
temperatura menor será o crescimento dos esferulitos, sendo que terá maior 
quantidade dos mesmos quando observados. A visualização da Cruz de Malta 
é feita através da luz polarizada (1-3). 
 O aquecimento das lâminas em cima da placa deve ocorrer acima de Tm 
66°C (aproximadamente), pois o material deve se fundir para que assim possa 
se cristalizar e, a mobilidade das cadeias será favorecida assim como favorece 
a propriedade termodinâmica do processo, formando os esferulitos. A taxa de 
nucleação está diretamente ligada com o número de esferulitos como o 
tamanho dos mesmos, quanto maior a taxa de nucleação maior será a 
quantidade de esferulitos formados durante a cristalização. O tempo para que 
polímero passa para se cristalizar também influencia diretamente na formação 
dos esferulitos, sendo que em um maior tempo, a terá um tamanho de 
esferulito maior, observando-se uma menor quantidade dos mesmos. A 
formação dos esferulitos podem ocorrer de maneira natural, ou por uma 
partícula impureza, sendo nucleação homogênea e nucleação heterogênea 
(1,3). 
 
 
 
 
10 
 
4.1 RESFRIAMENTO NO FREEZER COM A LÂMINA EM CONTATO COM O 
METAL 
 Dentre as demais amostras essa apresentou o maior gradiente de 
temperatura, sendo pelo resfriamento rápido, maior quando comparado com o 
da amostra em contato da lâmina de vidro com o ABS do freezer. Após o 
resfriamento do oligômero na lâmina, observou-se a estrutura formada, como 
representa a Figura 3. 
Figura 3: Resfriamento da lâmina sob a peça metálica. 
Fonte: Os autores. 
 
 Através desse resfriamento não ficou notório a visualização dos 
esferulitos, demarcando as “cruzes de malta”, porém no canto superior 
esquerdo da imagem consegue se observar alguma ordenação das cruzes. 
Esta má visualização se dá pela alta taxa de resfriamento, obtendo-se que o 
crescimento dos núcleos não teve o tempo suficiente, sendo assim obteve-se 
maior quantidade de esferulitos, pois a taxa de resfriamento alta leva a 
temperaturas próximas de Tg, favorecendo o maior número de embriões. O alto 
número de esferulitos é explicada pela taxa de nucleação, que para essa 
amostra se encontra maior quando comparada com as demais, pois o raio 
crítico é menor em taxas maiores, favorecendo uma diminuição da barreira 
energética que deve ser vencida para que ocorra o crescimento e propagação 
dos embriões (1,3). 
 
 
11 
 
4.2 RESFRIAMENTO NO FREEZER COM A LÂMINA EM CONTATO COM O 
ABS 
 Ao se comparar com a lâmina em contato com o metal, essa apresenta 
uma menor quantidade de esferulitos, porém em maior tamanho, sendo 
representada na Figura 4. 
Figura 4: Resfriamento da lâmina sob ABS. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Os autores. 
 
Para a estrutura acima, consegue-se ver as “cruzes de malta”, que é 
formada durante a cristalização do oligômero. Durante esse processo ocorre o 
intercepto entre o crescimento de embriões vizinhos, pela falta de espaço o que 
impede o crescimento em todas direções. Esse intercepto leva a formação de 
uma morfologia, a cruz de malta, que pode ser vista pelo fenômeno da 
birrefringência através da luz polarizada (3). 
A taxa de resfriamento para essa amostra se encontra um pouco menor 
que para a lâmina que ficou em contato com a peça metálica, pois o ABS é 
menos condutor que o metal, assim, apresentando uma condição melhor para 
o crescimento dos embriões em termos de tamanho. O raio crítico para o 
embrião é maior quando comparado com a lâmina resfriada no metal, devido a 
uma menor taxa de nucleação, favorecendo assim, a taxa de crescimento dos 
embriões (1,3). 
 
4.3 RESFRIAMENTO A TEMPERATURA AMBIENTE SOB A LUVA 
A Figura 5 representa a morfologia do polietilenoglicol fundido a uma 
taxa de resfriamento moderado, ou seja, em temperatura ambiente. 
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Os esferulitos se iniciam em um núcleo e crescem radialmente se 
alimentando do polímero fundido até tocar outro esferulito, o crescimento se dá 
pela formação individual de lamelas. As áreas adjacentes às lamelas formam a 
chamada fase amorfa constrita, em que se concentram defeitos como finais de 
cadeias ou dobramentos irregulares (4). 
 
Figura 5: Resfriamento da lâmina à temperatura ambiente. 
 
Fonte: Os autores. 
 
A quantidade de núcleos estáveis é dependente do tempo e da 
temperatura, portanto em uma temperatura constante o raio do esferulito 
aumenta a uma velocidade constante, assim nota-se a solidificação para a 
temperatura ambiente, sendo com início da nucleação nas bordas da lâmina e 
propagando-se a caminho do interior da lâmina. A taxa de nucleação para essa 
lâmina é menor quando comparada as lâminas resfriadas ao freezer, sendo 
maior o raio crítico, o que favorece o aumento da barreira energética a ser 
vencida para ocorrer a propagação e crescimento dos núcleos. 
 
4.4 RESFRIAMENTO LENTO SOBRE A CHAPA DE AQUECIMENTO 
A taxa de resfriamento lento sobre a placa de aquecimento faz que essa 
amostra na lâmina apresenta um menor número de esferulitos e maior tamanho 
dos mesmos, quando comparada com as demais lâminas. Na Figura 6, 
notamos a representação da morfologia da cristalização mais lenta. Essas 
taxas de resfriamento interferem no crescimento dos esferulitos. 
 
13 
 
Figura 6: Resfriamento da lâmina sobre a chapa de aquecimento. 
 
Fonte: Os autores. 
 
O resfriamento nessa amostra ocorreu sobre a placa de aquecimento, 
sendo que o gradiente de temperatura para essa lâmina é menor quando 
comparada com as lâminas já mencionadas. Na figura 6, é possível visualizar 
as cruzes de malta, formada pelos interceptos dos núcleos durante o 
crescimento. O resfriamento lento favorece a taxa de crescimento em 
comparação com a taxa de nucleação, obtendo maiores tamanhos de 
esferulitos e consequentemente em menor quantidade. O raio crítico para essa 
lâmina é maior, pois a taxa de resfriamento é pequena e lenta (1,3). 
Ao se adicionar-se agentes nucleantes como aditivos, a rigidez dielétrica 
do polietilenoglicol é aumentada. Isso ocorre porque o agente nucleante faz 
que os esferulitos sejam menores e mais uniformes, aumentando a quantidade 
e assim, o caminho médio livre para os elétrons é menor pelo fato de que o 
menor tamanho dos esferulitos proporcionam um aumento da fase amorfa do 
polietilenoglicol. O polietilenoglicol contém uma gama de aplicações, sendo 
como na indústria de isolantes pelas suas propriedades dielétricas ou na 
indústria farmacêutica, como remédio na constipação em crianças, pois o 
polietilenoglicol é um laxativo osmótico (3,5). 
 
 
 
 
 
 
 
 
14 
 
5 CONCLUSÃO 
 
Ao submeter o oligômero polietilenoglicol a diferentes condições de 
resfriamento, obtém-se tamanhos, quantidades de esferulitos diferentes para 
cada condição. Simplificadamente esse resfriamento ocorre do modo rápido no 
freezer, resfriamento médio a temperatura ambiente e resfriamento lento sob a 
placa de aquecimento.Ao comparar-se as lâminas nas diversas condições, 
notou-se que a lâmina que teve a maior taxa de resfriamento, apresentou a 
maior quantidade de esferulitos formados, com menor tamanho, sendo a 
lâminas resfriada ao freezer na peça metálica. A lâmina que apresenta menor 
taxa de resfriamento apresentou menor quantidade de esferulitos com maior 
tamanho, sendo a lâmina resfriada lentamente sob a placa de aquecimento. De 
maneira geral quanto maior for o gradiente de temperatura, menor será o raio 
crítico e em maiores quantidades de esferulitos serão formados, sendo que a 
energia a ser imposta para ocorrer o crescimento e propagação será menor. 
O polietilenoglicol é aplicado em vários setores industriais, como 
mencionados anteriormente pode ser utilizado como isolantes por causa da 
adição de aditivos que aumentam a fase amorfa, garantindo propriedades 
dielétricas. Porém a aplicação na indústria farmacêutica é a mais significativa, 
como o exemplo mencionado, como laxantes osmóticos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
15 
 
REFERÊNCIAS 
 
[1] CANEVAROLO JR., S. V. Ciência dos polímeros: um texto básico para 
tecnólogos e engenheiros. 3ª edição. São Paulo: Artliber Editora, 2010. 
 
[2] MANO, E. B. MENDES, L. C. Introdução à polímeros. 2ª ed. São Paulo: 
Edgard Blucher, 2004. 191 p 
 
[3] CANEVAROLO JR, S. V. Técnicas de caracterização de polímeros. 
3ª.reimpressão. São Paulo, SP: Artliber, 2017. 448 p. ISBN 8588098199. 
 
[4] CRUZ, L. C. A. Estudo da cinética de cristalização do Polifluoreto de 
vinilideno (PVDF). Rio de Janeiro: UFRJ/ Escola Politécnica, 2013. Disponível 
em: <http://monografias.poli.ufrj.br/monografias/monopoli10007333.pdf>. 
Acesso em: 21 de maio de 2019. 
 
[5] BOECHAT, P. G. MELO, M. C. B. DUARTE, M. A. TORRES, M. G. F. 
XAVIER, A. T. Polyethylene glycol in the treatment of chronic functional 
constipation in children. Minas Gerais: UFMG, 2010. Disponível em: 
<http://www.scielo.br/pdf/rpp/v29n2/a17v29n2.pdf> Acesso: 21 de maio de 
2019