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Estrutura e Propriedades de Polímeros - Marcelo Rabello

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das 
propriedades da matéria-prima e das características do projeto. 
 Ambiente de utilização. Todos os materiais têm as suas propriedades alteradas em função das 
condições ambientais. No entanto, nos polímeros essa influência é muito mais evidente do que 
nas cerâmicas e nos metais. Isso devido a maior sensibilidade dos polímeros com a variação de 
temperatura e a uma certa instabilidade das ligações químicas. Os principais fatores do ambiente 
que alteram as propriedades dos produtos poliméricos são: temperatura, radiação ultravioleta ou 
de alta energia, umidade e agentes químicos. Esses fatores podem causar alterações nas 
propriedades sem efeito nas macromoléculas, como no caso de oscilações na temperatura e 
presença de humidade em polímeros higroscópicos ou podem causar reações nas moléculas do 
polímero, resultando em degradação química, por exemplo. 
 
 
Figura 1.3. Ilustrações de corpo de prova e de um produto final em imagens CAD. Clique na imagem 
para hiperlink. 
https://www.thingiverse.com/thing:2332080
https://grabcad.com/library/plastic-component-automobile-1
Estrutura e Propriedades de Polímeros Marcelo Silveira Rabello 
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 Em referência ao título deste livro – Estrutura e Propriedades de Polímeros – cabe algumas 
considerações sobre o termo “Estrutura”. A relação entre a estrutura interna de um material e as suas 
propriedades é a premissa mais relevante da ciência dos materiais. Em geral, os autores tratam a 
questão “estrutura” principalmente sob a perspectiva cristalográfica, enfatizando os retículos 
cristalinos, planos, defeitos, arranjos, etc. Neste livro adotaremos um conceito de estrutura mais 
amplo, envolvendo basicamente as influências em 3 eixos: 
Eixo 1: tipo de polímero. Esse é o aspecto estrutural mais básico e mais importante, o que é definido 
pela estrutura química da unidade repetitiva – o “DNA” do polímero, o que mais caracteriza a sua 
identidade. Por que um polietileno é tão diferente de um PVC ou de um PET? Em primeira análise, por 
sua estrutura química! 
Eixo 2: polimerização. A polimerização define a estrutura molecular do polímero, como a massa molar 
e sua distribuição, configuração, presença e arranjo de co-monômeros, ocorrência de defeitos 
(incluindo ramificações). São essas características que irão definir os grades que as petroquímicas 
fabricam para atender às necessidades das indústrias de transformação e os requisitos das aplicações. 
Por exemplo, grades para injeção de paredes finas possuem massa molar mais baixa e distribuição de 
massa molar mais estreita do que grades para a fabricação de filmes por extrusão. Grades de 
polipropileno para uso em baixas temperaturas contém o etileno como co-monômero, o que reduz a 
sua temperatura de fragilização. 
Eixo 3: processamento. Como mencionado anteriormente, o processamento, além de conferir uma 
forma física ao material, também confere uma estrutura interna. Os principais aspectos estruturais 
definidos pelo processamento são: grau de cristalinidade, morfologia, retículo cristalográfico e 
orientações molecular e cristalina. Esses fatores são dependentes, além da técnica escolhida para o 
processamento, das condições de operação. Influências importantes são: temperatura (do cilindro, do 
molde de injeção ou da unidade de resfriamento pós-extrusão), pressão (de injeção e de recalque), 
velocidade (de puxamento pós-extrusão, da rosca ou de injeção), tempos diversos, etc. Por exemplo, 
ao se fazer a injeção de um polímero cristalizável em um molde gelado, o produto obtido será menos 
cristalino e terá maior orientação molecular em comparação com um produto injetado em molde 
aquecido. Além desses aspectos da estrutura física obtida, o processamento também define o grau de 
reticulação, para o caso de elastômeros e termofixos, uma vez que a formação de reticulações ocorre 
principalmente durante a etapa de processamento. 
Estrutura e Propriedades de Polímeros Marcelo Silveira Rabello 
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 Esses fatores estruturais impactam em todas as propriedades dos materiais poliméricos: físicas, 
mecânicas, químicas, transições térmicas, etc. Ao longo dos próximos capítulos essas relações serão 
abordadas detalhadamente. 
 De um modo geral, as propriedades dos polímeros podem ser divididas em duas classes: as que 
dependem da natureza orgânica e as que têm implicações da natureza macromolecular. 
Propriedades gerais que dependem da natureza orgânica: 
 baixa densidade – em geral na faixa 0,9 a 1,5g/cm3; 
 baixas condutividades térmica e elétrica; 
 baixa temperatura limite de uso; 
 combustibilidade (mas existem exceções); 
 sofrem deterioração ambiental. 
Implicações da natureza macromolecular: 
 formação de novelos e emaranhados; 
 são amorfos ou semi-cristalinos; 
 as regiões amorfas apresentam uma transição vítrea; 
 propriedades mecânicas dependem do tempo de aplicação do esforço; 
 podem apresentar grandes deformações permanentes; 
 facilidade de formação de filmes e fibras; 
 orientação molecular pode ocorrer durante o processamento. 
 
A partir dos próximos capítulos deste livro, os temas serão apresentados de modo coerente 
com o nível de entendimento requerido, iniciando-se com uma revisão sobre as estruturas básicas, 
seguido da importância dos estados físicos e transições. A estruturação dos polímeros semi-cristalinos 
e as influências cinéticas serão descritos nos capítulos 4 e 5. No capítulo 6 as propriedades mecânicas e 
de fratura serão abordados com base na influência das características estruturais. O capítulo final 
resume os fatores que definem as propriedades e inclui alguns outros conceitos não abordados 
anteriormente, como a degradação química e o stress cracking. 
O leitor pode aprofundar os temas tratados aqui através da literatura clássica sobre física e 
propriedades de polímeros, recomendada ao final de cada capítulo. Os sites da internet também são 
importantes fontes de consulta e serão citados oportunamente. 
 
 
 
Estrutura e Propriedades de Polímeros Marcelo Silveira Rabello 
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 Como você sabe que é um polímero? 
Uma questão simples: quando você está diante de um “plástico”, como você sabe que se trata de um 
polímero e não de uma substância de baixa massa molar? 
Você pode determinar a massa molar da substância e, se for maior do que 10.000g/mol... Como nem sempre 
fazer esse tipo de determinação é possível, eis dois experimentos simples. 
1. Amoleça o material e, com uma pinça ou alicate, faça um esforço de estiramento na região 
amolecida. Se formar fibra, é um polímero! 
2. Dissolva o material e entorne a solução em uma superfície plana. Ao evaporar o solvente, se formar 
um filme (e não partículas), trata-se de um polímero. 
Esses testes valem para polímeros termoplásticos. Os termofixos devem inchar no contato com solventes. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
A forte dependência das propriedades com a orientação das moléculas. 
 
 
 
2. Conceitos e estruturas básicas 
 
 
 
Os polímeros compreendem uma classe de materiais, de natureza orgânica, que incluem: 
 plásticos 
 resinas 
 borrachas 
 espumas 
 adesivos 
 tintas 
 vernizes 
 fibras sintéticas 
 produtos naturais como amido, celulose, proteína, madeira, couro, cabelo, DNA, unha, chifre... 
O que todos esses produtos têm em comum é que são constituídos por grandes moléculas, 
com massa molar que podem variar de, digamos, 10.000 a 10.000.000g/mol. Os polímeros são 
formados por unidades repetitivas (“polímero” vem do grego: poli=muitos; mero= repetição), unidas 
por ligações químicas covalentes. A alta massa molar, portanto,
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