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Físico-Química de Polímeros

Físico-Química de Polímeros. Prof. Sérgio Henrique Pezzin Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais UDESC - Joinville. O que são Polímeros?. Polímeros são macromoléculas compostas pela repetição de uma unidade básica, chamada mero. O que são Polímeros?.

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Físico-Química de Polímeros

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Presentation Transcript

  1. Físico-Química de Polímeros Prof. Sérgio Henrique Pezzin Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais UDESC - Joinville

  2. O que são Polímeros? Polímeros são macromoléculas compostas pela repetição de uma unidade básica, chamada mero.

  3. O que são Polímeros? Por exemplo, o Polietileno (PE), produzido a partir do monômero etileno (ou eteno), é composto pela repetição de milhares de unidades (meros) -(CH2-CH2)- : Onde n (Grau de Polimerização) normalmente é superior a 10.000. Ou seja, uma molécula de polietileno é constituída da repetição de 10.000 ou mais unidades -(CH2-CH2)-.

  4. Porque os polímeros são tão interessantes? • Leveza • Flexibilidade • Baixas Temperaturas de Processamento. • Ajuste Fino de Propriedades através de Aditivação • Baixas Condutividades Elétrica e Térmica • Maior Resistência a Corrosão • Porosidade • Reciclabilidade • Alta resistência ao impacto

  5. Cronologia da Tecnologia dos Polímeros 1ª Fase -Polímeros, Materiais Naturais Por que os polímeros demoraram tanto a surgir, viabilizando-se comercialmente apenas nos últimos 50 anos? Polímeros são compostos orgânicos, ou seja, baseados em átomos de carbono, produzidos por reações químicas de grau relativamente alto de sofisticação.

  6. Cronologia da Tecnologia dos Polímeros 1ª Fase -Polímeros, Materiais Naturais Por isso, até o século passado, os principais materiais estudados eram: a borracha, a goma-laca e a gutta-percha, extraídos de vegetais. Por volta de 1860, já havia a moldagem industrial de plásticos naturais reforçados com fibras, como a goma-laca e a gutta-percha.

  7. Cronologia da Tecnologia dos Polímeros2ª Fase -Polímeros Naturais Modificados • 1828: WOHLER (Alemanha) sintetiza uréia em laboratório, derrubando a teoria da Força Vital. Com isto, as pesquisas sobre química orgânica se multiplicam, criando a base para o desenvolvimento dos materiais poliméricos, através da alteração depolímeros naturais de modo a torná-los mais adequados a certas aplicações. • 1839: GOODYEAR (E.U.A.) descobre a vulcanização da borracha natural.

  8. Cronologia da Tecnologia dos Polímeros2ª Fase -Polímeros Naturais e Modificados • 1835-1900: Grande progresso no desenvolvimento de derivados de celulose, tais como o nitrato de celulose (nitrocelulose), celulóide (nitrocelulose plastificada com cânfora) e fibras de viscose. • 1910: Começa a funcionar a primeira fábrica de rayon nos E.U.A. • 1924: Surgem as fibras de acetato de celulose.

  9. Cronologia da Tecnologia dos Polímeros3ª Fase -Polímeros Sintéticos • 1838: REGNAULT (França) polimeriza o cloreto de vinila (PVC) com auxílio da luz do sol. O PVC se tornaria comercial apenas em 1927. • 1898: EINHORN & BISCHOFF descobrem, sem querer, o policarbonato. Esse material só voltou a ser desenvolvido em 1950. • 1907: BAEKELAND (E.U.A.) sintetiza resinas de fenol-formaldeído (baquelite). É o primeiro plástico totalmente sintético que surge em escala comercial

  10. Cronologia da Tecnologia dos Polímeros3ª Fase -Polímeros Sintéticos • 1924: STAUDINGER desvenda as estruturas do polietileno e da borracha natural. • 1928: CAROTHERS (Du Pont) & FLORY sintetizam o neoprene, os poliésteres e as poliamidas. • Anos 50: ZIEGLER & NATTA desenvolvem catalisadores eficientes para polimerização por adição, permitindo um grande incremento da produção de PE, PP, POM, PET, PC e copolímeros.

  11. Classificação dos Polímeros • Classificação Quanto ao Tipo de Estrutura Química • Classificação Quanto às Características de Fusibilidade • Classificação Quanto ao Comportamento Mecânico • Classificação Quanto à Escala de Fabricação • Classificação Quanto ao Tipo de Aplicação

  12. Classificação Quanto ao Tipo de Estrutura Química A composição de um polímero pode apresentar apenas um único tipo de mero (cadeia homogênea) ou dois ou mais meros (cadeia heterogênea) Quando a cadeia é homogênea, diz-se que o polímero é um homopolímero, caso a cadeia seja heterogênea, o polímero é designado copolímero.

  13. É o polímero constituído por apenas um tipo de unidade estrutural repetida. Ex.: Polietileno, poliestireno, poliacrilonitrila, poli(acetato de vinila) Se considerarmos A como o mero presente em um homopolímero, sua estrutura será: ~ A - A - A - A - A - A ~ Homopolímero

  14. É o polímero formado por dois ou mais tipos de meros. Ex.: SAN, NBR, SBR Os copolímeros podem ser divididos em: Copolímeros estatísticos (ou randômicos) Copolímeros alternados Copolímeros em bloco Copolímeros grafitizados (ou enxertados) Copolímero

  15. Nestes copolímeros os meros estão dispostos de forma desordenada na cadeia do polímero Copolímeros Estatísticos ou Randômicos ~ A - A - B - A - B - B ~

  16. Nestes copolímeros os meros estão ordenados de forma alternada na cadeia do polímero ~ A - B - A - B - A - B ~ Copolímeros Alternados

  17. Copolímeros em Bloco O copolímero é formado por sequências de meros iguais de comprimentos variáveis ~ A - A - B - B - B - A - A ~

  18. Copolímeros Graftizados ou Enxertados A cadeia principal do copolímero é formada por um tipo de unidade repetida, enquanto o outro mero forma a cadeia lateral (enxertada) ~ A – A – A – A – A – A ~  B B   B B   B B

  19. Propriedades e Aplicações dos Termoplásticos e Termorrígidos

  20. Polipropileno - PP • Monômero : H2C=CHCH3 Propileno (gás) • Polímero: -(H2C-CHCH3)n- Polipropileno • Densidade: 0,90 a 0,92 g/cm3 • Espessura: 0,3mm a 20mm

  21. Polipropileno - PP • Características: • Resistência química a ácidos,álcalis,graxas,óleos; • Alta resistência a abrasão; • Peso específico baixo; • Atóxico; • Absorve pouco a umidade; • Baixo custo; • Fácil moldagem e coloração; • Alta resistência a fratura por flexão ou fadiga; • Boa resistência ao impacto acima de 150oC; • Boa estabilidade térmica; • Sensibilidade a agentes de oxidação e a luz UV

  22. Polipropileno - PP • Aplicações: • Pára-choques de automóveis • Brinquedos • Recipientes para alimentos • Tubos para cargas de caneta • Peças de interior de automóveis

  23. Polipropileno - PP

  24. Poliestireno - PS • Monômero : H2C=CHC6H5 Estireno (líquido) • Polímero : -(H2C=CHC6H5)n Poliestireno • Densidade : 1,04 a 1,07 g/cm3 • Espessura : 0,14mm a 10mm

  25. Poliestireno - PS • Aplicações: • PS cristal: amorfo, duro, com brilho e elevado índice de refração. Usado em artigos de baixo custo. • PS resistente ao calor: difícil processamento. Usado em gabinetes de rádio e TV, grades de ar condicionado, ventiladores e exaustores, eletrodomésticos. • PS de alto impacto: contém borracha. Usado para gavetas de geladeira e brinquedos. • PS expandido: é conhecido como isopor. Usado como protetor de equipamentos, isolante térmico, pranchas de flutuação, geladeiras isotérmicas.

  26. Poliestireno - PS

  27. Polietileno - PE • Monômero : H2C-CH2 Etileno (gás) • Polímero: -(CH2-CH2)n Polietileno • Densidade : 0,94 a 0,98 g/cm3 • Espessura: 0,3mm a 20mm

  28. Polietileno - PE • Aplicações: • Objetos de uso doméstico; • Embalagens; • Revestimento de frigorífico; • Material hospitalar; • Brinquedos; • Peças automobilísticas; • Garrafas flexíveis

  29. Polietileno - PE

  30. Poli (cloreto de vinila) - PVC • Monômero : H2C=CHCl Cloreto de vinila (gás) • Polímero : -(CH2 – CHCl)n Poli (cloreto de vinila) • Densidade : 1,4 g/cm3

  31. Poli (cloreto de vinila) - PVC • Características: • Resistente à ação de fungos, bactérias, insetos e roedores; • Resistente à maioria dos reagentes químicos; • Bom isolante térmico, elétrico e acústico; • Impermeável a gases e líquidos; • Resistente a intempéries; • Durável; • Não propaga chamas; • Baixo custo

  32. Poli (cloreto de vinila) - PVC • Aplicações: • PVC rígido: duro e tenaz. Usado em tubos, carcaças de utensílios domésticos, baterias, instalações elétricas, cartões de crédito, construção civil • PVC flexível: revestimento de fios e cabos elétricos, cortinas de banheiro, bandejas, cintos, mangueiras de jardim, artigos infláveis, garrafas de água mineral, frascos de cosméticos. • PVC de alto impacto: utilizado em exteriores como perfis de janelas, pavimentos, revestimentos de fachadas

  33. Poli(cloreto de vinila) - PVC

  34. Poli(tetrafluoretileno) - PTFE • Características: • Boa resistência mecânica, térmica e química; • Fácil reciclabilidade; • Baixo coeficiente de fricção; • Baixa aderência; • Boa resistência ao impacto

  35. Poli(tetrafluoretileno) - PTFE • Aplicações: • Garrafas para óles vegetais e produtos de limpeza; • Na forma de fibras(roupas) não amassa e tem lavagem e secagem rápidas; • Películas cinematográficas; • Fitas magnéticas; • Filmes; • Placas para radiografia; • Carburadores e componentes elétricos de carros

  36. Poli(tetrafluoretileno) - PTFE

  37. Poli(metacrilato de metila) - PMMA • Características: • Semelhante ao vidro; • Conhecido como acrílico; • Propriedades mecânicas boas; • Resistência ao impacto boa; • Resistência a intempéries elevada; • Tranparente

  38. Polimetacrilato de metila - PMMA • Aplicações: • Painéis; • Letreiros; • Vidraças; • Fibras ópticas; • Visores; • Lentes; • Vidros de relógio

  39. Poli(metacrilato de metila) - PMMA

  40. Policarbonato - PC • Características: • Semelhante ao vidro (transparência); • Excelente resistência ao impacto; • Excelente propriedades mecânicas; • Boa estabilidade dimensional; • Resistência a intempéries; • Resistência a chama; • Bom isolamento térmico; • Boa usinabilidade

  41. Policarbonato - PC • Aplicações: • Compact-Discs(CD´s) • Janelas de segurança; • Óculos de segurança; • Bandejas, jarros de água, tigelas, frascos; • Escudos de proteção; • Aquários; • Garrafas retornáveis; • Visores de máquinas

  42. Policarbonato - PC

  43. Copolímero Acrilonitrila-butadieno-estireno - ABS • Aplicações: • Cartões telefônicos; • Malas de viagem; • Capacetes; • Brinquedos; • Peças automobilísticas

  44. Acrilonitrila-butadieno-estireno ABS

  45. Poliamidas - Nylon • Características: • Boas propriedades mecânicas; • Resistente a abrasivos; • Baixo coeficiente de atrito; • Absorve água e outros líquidos

  46. Poliamidas - Nylon

  47. Resinas Fenólicas - Termorrígidos • Laminado Industrial Termofixo , obtido da combinação de tecidos de algodão ou papéis especiais com resinas do tipo Fenólica. O resultado desta combinação é um produto que pode ser fornecido de várias formas: chapas , tarugos, tubos , peçasusinadas e moldadas em geral

  48. Resinas Fenólicas - Termorrígidos • Baixo peso específico : 1,3 - 1,4; • Baixo coeficiente de atrito : normal 0,22 / grafitado 0,07; • Resistente a altas temperaturas (até 150oC); • Excelente resistência mecânica; • Baixa absorção de água; • Resistente a óleos e graxas minerais; • Isolante elétrico; • Fácil de ser trabalhado; • Resistente a água do mar; • Resistente a agentes corrosivos (ácidos); • Estabilidade dimensional

  49. Resinas Fenólicas - Termorrígidos • Aplicações: • buchas, mancais, polias, guias para laminadores, flanges etc. • peças frezadas torneadas , plainadas , furadas tais como : engrenagens(modulo 2 - 5 ), anéis de vedação , polias , etc. • mini-engrenagens, palhetas para bombas de vácuo, etc.. • Alongamento para motores; • telefones; • Instalações elétricas

  50. Resinas Fenólicas -Termorrígidos Produtos:

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