Introdução aos polimeros

Introdução aos polimeros

Classes de materiais:

  • Classes de materiais:

    • METAIS
    • CERÂMICOS
    • POLÍMEROS
    • COMPÓSITOS: composto por mais de um tipo de material

Refinaria:

  • Refinaria:

  • Petróleo  Nafta

  • Petroquímica 1ª geração:

  • Nafta  Monômero

  • Petroquímica 2ª geração:

  • Monômero  Polímero

  • Petroquímica 3ª geração:

  • Polímero  Produto

Plásticos

  • Plásticos

  • Borrachas

  • Fibras

  • Adesivos

  • Tintas

  • Cosméticos

  • Alimentos

SÓLIDOS

  • SÓLIDOS

    • Volume e forma constantes
    • Moléculas fortemente atraídas em estruturas cristalinas
  • LÍQUIDOS

    • Volume constante e forma variável
    • Atração menor entre as moléculas permite movimento, mas não afastamento
  • GASES

    • Volume e forma variáveis
    • Moléculas livres para afastarem-se

Forças de dispersão

  • Forças de dispersão

    • Dipolo temporário de uma molécula induz dipolo temporário em molécula vizinha

Interação dipolo-dipolo

  • Interação dipolo-dipolo

    • Moléculas polares possuem dipolos permanentes
    • Dipolos de moléculas vizinhas atraem-se
    • Magnitude superior às forças de dispersão, pois as interações dipolo-dipolo são permanentes

ligação covalente primária:

  • ligação covalente primária:

  • compartilhamento de elétrons

  • É o tipo de ligação que ocorre entre os átomos da molécula  intramolecular

  • ligações covalentes secundárias:

  • Ocorrem entre átomos de moléculas diferentes  intermoleculares

  • São muito mais fracas do que as primárias

  • Tipos principais:

    • Interação dipolo-dipolo
    • Forças de dispersão
    • Pontes de hidrogênio

Naturais

  • Naturais

      • Celulose
      • Borracha natural
  • Naturais Modificados

      • Acetato de celulose
      • Nitrato de celulose
  • Sintéticos

      • PVC
      • Poliestireno
      • ABS

Lineares

  • Lineares

  • Ramificados

  • Reticulados

PEAD (alta densidade)

  • PEAD (alta densidade)

  • PEBD (baixa densidade)

  • PELBD (linear de baixa densidade)

Termoplásticos

  • Termoplásticos

    • Escoam quando aquecidos
    • Solidificam quando resfriados
  • Termofixos

    • Não escoam quando aquecidos
    • Solidificam quando aquecidos pela primeira vez, pois são formados por pré-polímeros, oligômeros ou monômeros tri funcionais que reagem e reticulam

Termoplásticos

  • Termoplásticos

    • lineares
    • ramifcados
  • Termofixos

    • reticulados com ou sem cross-links

Plásticos

  • Plásticos

    • Pouca elasticidade  deformação predominantemente plástica
    • Podem ser rígidos ou flexíveis
  • Elastômeros

    • Grande elasticidade  deformação predominantemente elástica
  • Fibras

    • Pequena deformação e alta resistência

Homopolímeros

  • Homopolímeros

    • Apenas um tipo de mero na cadeia
  • Copolímeros

    • Dois ou mais tipos diferentes de mero na cadeia
  • SAN – estireno + acrilonitrilo

  • ABS – butadieno + estireno + acrilonitrilo

  • PP copolímero – propileno + etileno

  • SBS – estireno + butadieno  borracha

Posição do radical em relação ao eixo da cadeia

  • Posição do radical em relação ao eixo da cadeia

  • Isotáticos  sempre do mesmo lado

  • Sindiotáticos  alternância do lado

  • Atáticos  disposição irregular

Forma como o material é polimerizado

  • Forma como o material é polimerizado

  • Por adição  poliadição:

  • Por etapas

    • Policondensação:

Poliadição

  • Poliadição

    • Condição: monômero com ligação insaturada na cadeia

Policondesação

  • Policondesação

    • Condição: monômeros com 2 grupos funcionais:
  • Diálcoois, Diácidos, Diaminas, Diisocianatos

Poliésteres:

  • Poliésteres:

  • Diálcool + diácido = diéster

  • Diéster + diéster + diéster + diéster = poliéster

  • diéster + diácido + diéster + diácido = poliéster

Poliamidas:

  • Poliamidas:

  • Diamina+ diácido = diamida

  • Diamida + diamida+ diamida+ diamida = poliamida

Soma da massa atômica dos átomos da molécula:

  • Soma da massa atômica dos átomos da molécula:

      • Água H2O  18 u.m.a ou g/mol
      • Hexano C6H14  86 g/mol
      • Etileno C2H4  28 g/mol
      • Polietileno (C2H4)n n*28 g/mol
  • Grau de Polimerização (GP):

      • Número de vezes que o mero se repete na cadeia polimérica
      • Quanto maior o GP de um polímero, maior seu Peso molecular (PM)

Uma amostra de material polimérico apresenta:

  • Uma amostra de material polimérico apresenta:

    • Peso molecular médio
    • Curva de distribuição de peso molecular

Peso molecular médio aritmético:

  • Peso molecular médio aritmético:

  • Peso molecular médio ponderal:

Distribuição de peso molecular de três polímeros (A, B e blenda de A e B) :

  • Distribuição de peso molecular de três polímeros (A, B e blenda de A e B) :

Configuração molecular

  • Configuração molecular

    • Arquitetura molecular
    • Taticidade da cadeia
  • Conformação molecular

Critério termodinâmico

  • Critério termodinâmico

    • configuração molecular regular;
    • formação de forças intermoleculares capazes de manter empacotamento.
  • Critério cinético

    • tempo necessário para formação e crescimento dos cristais:
      • PP e PE  rápida cristalização
      • PET  cristalização lenta  com resfriamento rápido é possível deixar o PET amorfo  garrafas de refrigerante

Existem várias estruturas cristalinas diferentes, conforme as propriedades do polímero e das suas condições de processamento

  • Existem várias estruturas cristalinas diferentes, conforme as propriedades do polímero e das suas condições de processamento

    • Esferulitos:

Não existe polímero 100% cristalino

  • Não existe polímero 100% cristalino

  • 2 polímeros podem ter a mesma estrutura química, mas graus de cristalização diferentes:

    • PEAD: até 95 %
    • PEBD: até 60%
  • A velocidade de resfriamento do material injetado pode mudar o grau de cristalinidade do polímero

  • Propriedades X aumento no grau de cristalinidade de um polímero:

    • Densidade  aumenta
    • Resistência à tração  aumenta
    • Rigidez  aumenta
    • Tenacidade  diminui (material fica mais quebradiço)
    • Transparência  diminui
    • Solubilidade  diminui
    • Permeabilidade  diminui
    • Ponto de fusão  sem relação direta

Tendência:

  • Tendência:

    • Polímeros amorfos: transparentes
    • Polímeros semicristalinos: translúcidos / opacos
  • Fatores de influência:

    • Espessura
    • % cristalinidade
    • Tamanho dos cristais
    • Cargas e aditivos: duas fases  opacidade
    • Blendas e copolímeros: duas fases opacidade
  • Filme de PP para embalagens é transparente. Porque, se o PP tem alto grau de cristalinidade ?

    • Resfriamento rápido impede crescimento dos cristais, que ficam menores do que o comprimento de onda da luz.

Qual dos polímeros abaixo deve ter a maior densidade ?

  • Qual dos polímeros abaixo deve ter a maior densidade ?

  • Clique para resposta:

  • PEAD: semicristalino (95%)

  • PEBD: semicristalino (55%)

  • POM: semicristalino (75%)

  • PS: amorfo

Termoplásticos  escoam

  • Termoplásticos  escoam

    • Amorfos
    • Semicristalinos
  • Termofixos  não escoam

Termoplásticos  escoam

  • Termoplásticos  escoam

Termoplástico cristalino (1)

  • Termoplástico cristalino (1)

  • Termoplástico amorfo (2)

Termoplástico cristalino (1)

  • Termoplástico cristalino (1)

  • Termoplástico amorfo (2)

Resistência à tração x temperatura

  • Resistência à tração x temperatura

Resistência à tração x temperatura

  • Resistência à tração x temperatura

Transições de primeira ordem:

  • Transições de primeira ordem:

    • Ebulição  não ocorrem nos polímeros, devido ao tamanho das moléculas
    • Fusão  só ocorre nos polímeros semicristalinos
  • Transições de segunda ordem:

    • Transição vítrea
      • grande influência no comportamento mecânico
      • ocorre nos polímeros amorfos

5 Fatores de influência na Tg:

  • 5 Fatores de influência na Tg:

    • VOLUME LIVRE
    • FORÇAS INTERMOLECULARES
    • COMPRIMENTO DAS CADEIAS
    • RIGIDEZ DA CADEIA
    • MOBILIDADE DOS GRUPOS LATERAIS

Quanto maior o volume livre, mais fácil será a flexão e o desenrolamento das cadeias

  • Quanto maior o volume livre, mais fácil será a flexão e o desenrolamento das cadeias

  • Quanto maior o volume livre, menor a Tg

Quanto maior a intensidade das forças intermoleculares, mais difícil será a flexão e o desenrolamento das cadeia, aumentando a Tg

  • Quanto maior a intensidade das forças intermoleculares, mais difícil será a flexão e o desenrolamento das cadeia, aumentando a Tg

Quanto mais longas as cadeias (maior grau de polimerização), maior o emaranhamento e o número de forças intermoleculares, diminuindo a mobilidade molecular  maior Tg.

  • Quanto mais longas as cadeias (maior grau de polimerização), maior o emaranhamento e o número de forças intermoleculares, diminuindo a mobilidade molecular  maior Tg.

Quanto maior for a rigidez da cadeia principal das macromoléculas maior será a Tg.

  • Quanto maior for a rigidez da cadeia principal das macromoléculas maior será a Tg.

  • Elementos que enrijecem a cadeia:

    • Anéis aromáticos
    • Grupo Sulfona
    • Ligações duplas e triplas
    • Ligações paralelas
  • Oxigênio flexibiliza a cadeia

Quanto mais difícil for rotacionar e movimentar grupos laterais, maior será a Tg:

  • Quanto mais difícil for rotacionar e movimentar grupos laterais, maior será a Tg:

    • Grupos laterais compridos
    • Ramificações
    • Grupos laterais pesados

Quanto mais difícil for rotacionar e movimentar grupos laterais, maior será a Tg:

  • Quanto mais difícil for rotacionar e movimentar grupos laterais, maior será a Tg:

    • Grupos laterais compridos

Quanto mais difícil for rotacionar e movimentar grupos laterais, maior será a Tg:

  • Quanto mais difícil for rotacionar e movimentar grupos laterais, maior será a Tg:

    • Grupos laterais compridos

Termoplástico semicristalino

  • Termoplástico semicristalino

Termofixos

  • Termofixos

    • São amorfos
    • Posuem Tg
    • Não escoam
    • Não são solúveis

Plásticos rígidos: deformam-se pouco, mas são mais quebradiços

  • Plásticos rígidos: deformam-se pouco, mas são mais quebradiços

  • Plásticos flexíveis: deformam-se facilmente, mas não tendem a romper-se; deformação irreversível

  • Elastômeros: deformam-se facilmente, mas com reversibilidade

  • Fibras: muita resistência e pequena deformação

Elastômeros

  • Elastômeros

    • Termoplásticos:
      • amorfos (ou com baixa cristalinidade), com Tg abaixo da ambiente
    • Termofixos:
      • termoplásticos vulcanizados  aumento da elasticidade e da resistência
  • Plásticos

  • Fibras

Elastômeros

  • Elastômeros

  • Plásticos

    • Rígidos:
      • amorfos, com Tg > ambiente
      • semicristalinos com Tg > ambiente
      • termofixos
    • Flexíveis:
      • semicristalinos, com Tg < ambiente
  • Fibras

Resinas Fenólicas

  • Resinas Fenólicas

    • Antes da reticulação: oligômeros (PM = 1000)
    • Após reticulação: termofixo
    • Bakelite, Fórmica, Amberlite: isolamento de materiais elétricos como caixa de interruptores, pastilhas de freio, engrenagens, etc..

Resinas Melamínicas

  • Resinas Melamínicas

    • Antes da reticulação: oligômeros (PM até 3000)
    • Após reticulação: termofixo
    • Cymel, Melchrome

Resinas Epoxídicas

  • Resinas Epoxídicas

    • Diepóxi + diamina = resina epoxídica
    • Antes da reticulação:
      • Diepóxi: pré-polímero termoplástico sólido ou monômero líquido
      • Diamina: líquido
    • Reticulação: reação pela mistura dos dois líquidos
    • Após reticulação: termofixo

Poliuretanos

  • Poliuretanos

    • Plásticos termofixos
      • Espuma rígida
      • Espuma semirígida
      • Espuma flexível
      • Espuma com superfície integral
    • Plástico termoplástico
    • Elastômero
  • Reação de polimerização durante a moldagem

      • RIM  moldagem por injeção reativa  solados, automotivas
      • Extrusão  colchões

Elastômeros

  • Elastômeros

  • Plásticos

  • Fibras

      • alta orientação molecular
      • grande resistência à tração
      • pouca deformação

Modificam propriedades e comportamento do polímero

  • Modificam propriedades e comportamento do polímero

  • Polímero(s) + aditivo = COMPOSTO

  • Principais aditivos:

    • Pigmentos
    • Plastificantes
    • Lubrificantes
    • Atioxidantes
    • Fotoestabilizantes (anti UV)
    • Retardantes de chama
    • Antiestáticos
    • Cargas minerais  talco, mica, sílica
    • Reforços estruturais  fibras

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