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Conhecendo Materiais Poliméricos

5 CARACTERIZAÇÃO DE POLÍMEROS

Calorimetria diferencial de varredura - DSC

Termogravimetria - TGA

Ressonância Magnética Nuclear - RMN

Infravermelho - IR Raio - x

Resistência à Tração Módulo de elasticidade

Alongamento

Condutividade Capacitância

Resistividade

Caracterização de Polímeros

5.1 TÉCNICAS E APLICAÇÕES

5.2 CROMATOGRAFIA DE PERMEAÇÃO EM GEL - GPC

A técnica de Cromatografia de Permeação em Gel e extremamente poderosa para fracionamento de um polímero e sua distribuição de massa molecular. Em essência a técnica consiste na separação molecular com base no tamanho efetivo das moléculas em solução, conseguida através da injeção de uma solução de polímero numa corrente continua de solvente que passa através de colunas com perolas porosas, de modo que as moléculas menores penetram mais nas partículas, permanecendo mais tempo na coluna dôo que as moléculas maiores.

Conhecendo Materiais Poliméricos

Os cromatografos de permeação em gel consistem essencialmente de um sistema de bombeamento, injetor, colunas, detectores e registradores. O fluxo de solvente se divide em dois: uma metade vai para uma coluna de referencia, e a outra, para a coluna que conterá a amostra. A solução de polímero e injetada na corrente da amostra através de uma válvula. As duas correntes, após passarem pelos dois sistemas de colunas (cada um com três ou quatro colunas em serie com perolas de diferentes tamanhos) são analisadas pelo detector.

ramificação em polímeros

Essa técnica e utilizada para analises de aditivos e compostos orgânicos, determinação de peso molecilar, polidispersividade, viscosidade intrínseca e grau de

5.3 ANALISES TERMICAS

5.3.1 ANALISE DINAMOMECANICA TERMICA - DMA

Envolve mudanças nas propriedades viscoelasticas dos polímeros, resultando de mudanças nas três variáveis experimentais: temperatura, atmosfera e tempo. O equipamento opera no principio mecânico de força, freqüência oscilatória ressonante e amplitude constante. Oferece um meio rápido e sensível para obter modulo elástico, bem como amortecimento mecânico para materiais.

A amostra e flexionada entre dois braços paralelos que são submetidos a oscilação por um motor a uma amplitude selecionada pelo operador. A medida que as propriedades viscoelasticas do material mudam em função da temperatura ou outras variáveis mencionadas acima, o DMA detecta mudanças na freqüência ressonante do sistema e fornece a energia elétrica necessária para manter a amplitude preestabelecida.

5.3.2 ANALISE TERMOMECANICA - TMA a analise termomecânica mede mudanças nas propriedades do material provenientes de mudanças nas três variáveis experimentais: temperatura, atmosfera e tempo. Nesse equipamento usam-se diferentes probes (sonda) específicos para determinadas medições, tais como: ponto de amolecimento (probe de penetração) , coeficiente linear de expansão térmica (probe de expansão) e pode-se ainda determinar a

Conhecendo Materiais Poliméricos temperatura de transição vítrea. No TMA a atmosfera e comprimida ou ainda mantida sob tensão por probe e as condições do ambiente são controláveis.

5.3.3 ANALISE TERMOGRAVIMETRICA - TGA

A analise termogravimétrica mede a mudança de peso de uma amostra em função do tempo ou temperatura. A amostra e colocada em uma microbalança, que por sua vez e inserida dentro de um forno. Estabelece-se um programa de aquecimento, a uma taxa predeterminada, e a variação de peso da amostra e detectada. Durante o aquecimento a amostra pode sofrer reações que liberam gases. Para evitar que estes gases retornem e se condensem na parte eletrônica do aparelho, e necessário realizar uma purga do sistema, com ar sintético para ensaios realizados em atmosfera oxidante e com nitrogênio gasoso para ensaios realizados em atmosfera inerte.Os resultados da analise são apresentados das seguintes formas: uma curva Termogravimétrica (TG), na qual a mudança de peso e registrada em função da temperatura ou tempo, ou como uma curva Termogravimétrica Derivativa (DTG), onde a primeira derivada da curva TG e posta no grafico em relação a temperatura ou tempo. O peso, o tamanho da partícula e o modo de preparação da amostra governam os resultados da termogravimetria. E desejável usar uma pequena massa de amostra cujo tamanho de partícula seja tão pequeno quanto posssivel, pois amostras grandes podem criar um desvio de linearidade na elevação da temperatura.

Algumas das aplicações da termogravimetria são: composição de mistura complexas, ou seja determinação do teor de voláteis e cargas em materiais poliméricos; umidade, voláteis e teor de resíduos em materiais iniorganicos.

5.3.4 CALORIMETRIA DIFERENCIAL DE VARREDURA - DSC

O termo DSC vem de origem do inglês, Diferencial Scanner Calorimetric, que significa em português: calorimetria diferencial de varredura. O instrumento de DSC mede a energia diferencial requerida para manter tanto a amostra quanto os materiais de referencia a mesma temperatura. Assim, quando ocorre uma transição endotérmica, a energia absorvida pela amostra e compensada por um aumento de energia adquirida pela mesma, a fim de manter uma diferença de temperatura nula. Como essa entrada de energia tem uma grandeza precisamente equivalente a energia absorvida na transição

Conhecendo Materiais Poliméricos direta, a medida calorimétrica da energia de transição e obtida desta energia de equilíbrio. A curva da DSC e registrada como abscissa indicando a transição de temperatura e o pico de área medindo a transferência total de energia para a amostra e para fora dela.

a) b)c) d)

Figura #: a) panelinha com polímero, b) panelinha de referencia, c) aquecedores e d) computador párea monitorar a temperatura de aquecimento

A degradação ou oxidação, e a cristalização de polímeros podem ser estudadas usando DSC no modo exotérmico. A transição de um sólido quebradiço para um borrachoso, e a transição vítrea são exemplos de transição de fase de segunda ordem. Existem outras aplicações dessa técnica, tais como: determinação de calor especifico, grau de cristalinidade, temperatura de fusão cristalina, tempo de oxidação indutiva, etc.

5.3 PROPRIEDADES DE TRAÇÃO neste ensaio são determinados dois valores: o da resistência a tração máxima e o da resitencia ao escoamento. A relação entre os dois e sua importância relativa podem ser ilustradas devidamente por meio de uma curva de esforço-deformação. Outras propriedades que podem ser medidas das citadas curvas são o alongamento (ao escoamento e a ruptura) e o modulo de elasticidade (ou de Young). Este ultimo e dado pela relação entre esfoprço e deformação, e e uma medida da rigidez do material.

5.4 APLICAÇÃO DIFRAÇÃO DE RAIO X

A difração de Raio-X é um dos métodos apropriados para a caracterização dos polímeros por ser uma técnica capaz de identificar os diversos estados de ordenamento da matéria. Nesses materiais, o grande tamanho das moléculas aliado as suas eventuais

Conhecendo Materiais Poliméricos irregularidade restringem o surgimento de ordem tridimensional, necessária para a formação de cristais. Os padrões de difração de materiais poliméricos apresentam aspectos comuns aos das substâncias cristalinas, isto é, reflexão de Bragg distintas, embora alargadas, superpostas a um espalhamento difuso, característica de substâncias não-cristalinas.

Raio-X, assim como a luz e a radiação ultravioleta, são ondas eletromagnéticas cujo comprimento de onda varia de 0,1 a 100 Å e são normalmente caracterizados como uma forma de radiação possuidora de grande poder de penetração. Quando um feixe monocromático de fótons de Raio-X colide com uma amostra ocorre difração dos Raio- X resultante da interação da radiação eletromagnética com os elétrons da amostra (Figura 16). Estes elétrons tornam-se emissores secundários de Raio-X e diz-se que os átomos "espalham" os raios incidentes. Para cálculo da intensidade da difração, cada átomo pode ser considerado como sendo um centro de espalhamento, com a aproximação que os elétrons estão simetricamente distribuídos em torno do núcleo. A "força de espalhamento" (ou fator de espalhamento) de um átomo depende de seu n° atômico Z e varia com sen θ /λ , onde 2θ é o ângulo entre os feixes transmitidos difratados e λ é o comprimento de onda da fonte de radiação.

θ θ d d senθ Figura 16: esquema de interação dos raios-x com e- da Amostra.

Quando a colisão entre os fótons de Raio-X e a amostra é elástica, isto é quando não existe perda de energia durante o processo de colisão, o espalhamento é dito coerente ou não modificado. Uma vez que não está envolvido perda de energia, a radiação coerentemente espalhada irá reter exatamente o mesmo comprimento de onda do feixe incidente. Pode, também, ocorrer que os fótons espalhados percam parte de sua energia durante a colisão. Neste caso, o espalhamento é dito incoerente e o comprimento de onda do fóton incoerentemente espalhado será maior do que o

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