Técnicas de Caracterização de Polímeros

1. Técnicas de Caracterização de Polímeros Sérgio Henrique Pezzin Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais UDESC

2. Aspectos Preliminares • Motivação Principal da Caracterização: • Relacionar a estrutura ao desempenho do polímero • Otimizar e controlar o processo de polimerização • Identificação de produtos poliméricos

3. Aspectos Preliminares • Problema: • É muito difícil “mapear” cadeias poliméricas que podem possuir 10.000 ou mais elementos estruturais. • O número de possíveis estruturas para uma única cadeia é muito grande !!

4. Variáveis estruturais em polímeros • Massa molar (peso molecular) • Defeitos químicos (impurezas, isomerização do monômero, reações laterais, etc.) • Defeitos de cadeia (posicionais, ramificações, estereoespecíficos, etc.) • Conformação da cadeia (cadeias ordenadas rigidamente, cadeias amorfas flexíveis, etc.) • Efeitos morfológicos (fases cristalinas, regiões interfaciais)

5. Variáveis estruturais em polímeros • Tipos de distribuição de elementos estruturais ao longo de uma cadeia polimérica

6. Objetivos da caracterização • Identificação • Estrutura do material em nível molecular • Determinação de grupos funcionais e sua distribuição • Determinação de arranjos estéricos • Distribuição de massa molar

7. Objetivos da caracterização • Microestrutura e influência do processamento • Cristalinidade – variação com as condições de moldagem e condicionamento pós-moldagem – anisotropia • Relação microestrutura/propriedades mecânicas • Análise de falhas • Identificação do mecanismo de fratura – detecção de material inapropriado, processamento inadequado, etc.

8. Visão Geral das Técnicas de Caracterização • Técnicas de determinação de massa molar (químicas, viscosimétricas, GPC) • Técnicas espectroscópicas – análise estrutural e identificação de moléculas (UV-Vis, IR, Raman, ESR) • Informações sobre orientação e cristalinidade • Muito útil em estudos de degradação • Ressonância Magnética Nuclear (RMN) – análise da estrutura e conformação molecular • Taticidade, configuração cis-trans, etc.

9. Visão Geral das Técnicas de Caracterização • Difração de raios-X e de elétrons • Morfologia / estrutura cristalina • Técnicas microscópicas • Microscopia eletrônica de transmissão (MET) • Microscopia eletrônica de varredura (MEV) - morfologia, mecanismos de fratura • Microscopia óptica – birrefringência • Análise Térmica (TG, DSC, DTA, DMA, dilatometria) • Determinação de Tm e Tg, comportamento de degradação

10. Determinação de Massa Molar • A característica essencial de diferenciação de materiais poliméricos é o tamanho molecular. • As propriedades que tornam polímeros úteis estão relacionadas à sua natureza macromolecular. • Polímeros consistem em um conjunto de moléculas tendo uma distribuição de tamanhos moleculares, isto é, são polidispersos. • Essencial determinar massas molares e polidispersividade. • Para estruturas em rede com entrecruzamentos, o tamanho molecular é considerado essencialmente infinito e o conceito de massa molar não pode ser usado.

11. Determinação de Massa Molar Por que é importante ?

12. Tipos de Massa Molar Massa Molar Numérica Média (Mn)

13. Tipos de Massa Molar Massa Molar Ponderal Média (Mw)

14. Tipos de Massa Molar Polidispersividade Ip = Mw  1 Mn

15. Distribuição de Massa Molar

16. Distribuição de Massa Molar