Materiais - Algumas generalidades I-10

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Esta página contém informações básicas sobre grupos de materiais usuais. Oportunamente, novos tópicos ou informações poderão ser adicionados.

Cerâmicas |Elastômeros e polímeros |Estruturas cristalinas |Materiais fibrosos e laminados |

Cerâmicas   (Topo pág | Fim pág)

Cerâmica é o nome genérico que se dá a materiais preparados, sob altas temperaturas, a partir de compostos inorgânicos como silicatos e óxidos metálicos. Nesse conceito, materiais como vidro e cimento podem ser incluídos, mas às vezes são considerados grupos à parte pela sua importância prática.

Em geral, as estruturas são complexas e, em vários casos, são usadas misturas de diferentes compostos. Exemplo de uma composição típica para vidro: 70-74% de sílica (SiO2), 12-16% de óxido de sódio (Na2O), 5-11% de óxido de cálcio (CaO), 1-3% de óxido de magnésio (MgO) e 1-3% de óxido de alumínio (Al2O3).

Materiais cerâmicos são extensivamente usados em construção civil (tijolos, telhas, etc) e em utensílios domésticos. No aspecto técnico da Engenharia, pode-se citar algumas propriedades que são determinantes para o uso dos mesmos:

• Dureza alta: rebolos para retíficas, ferramentas de carboneto de tungstênio.

• Elétricas e eletrônicas: isolantes para linhas de transmissão, substratos para semicondutores, etc.

• Estabilidade dimensional e baixa expansão térmica: paletas de turbinas.

• Ponto de fusão elevado: revestimentos de fornos e similares.

• Porosidade: alguns materiais cerâmicos são particularmente adequados para diversos tipos de filtros.

Isso é apenas uma pequena amostra. Na realidade, a evolução dos materiais cerâmicos tem sido considerável e há diversas outras propriedades e

aplicações que fogem do escopo deste tópico.

Elastômeros e polímeros   (Topo pág | Fim pág)

Plásticos e borrachas são designações comuns para materiais deste grupo. Polímeros são obtidos a partir de moléculas simples de compostos orgânicos (monômeros) que se agrupam em longas cadeias.

Exemplo: na parte esquerda da Figura 01, há uma molécula do monômero etileno (C2H4). Na parte direita, o agrupamento dessas moléculas forma o polietileno.

Na prática, o número de repetições da molécula do monômero no polímero é elevado, podendo chegar a dezenas de milhares.

Geometricamente, as cadeias dos polímeros e suas ligações podem formar estruturas paralelas, emaranhadas, entrelaçadas. Isso depende da composição e do processo de fabricação.

Fig 01

Em geral, os polímeros são classificados em três grupos principais:

• Termoplásticos: as cadeias não são entrelaçadas e o aquecimento reduz as forças de coesão. Isso significa que podem ser reaquecidos e novamente moldados. Exemplos: poliamida (nylon), poliestireno, polietileno.

• Termoestáveis ou termorrígidos: alterações químicas ocorrem durante o processo de moldagem, que provocam ligações entrelaçadas entre cadeias, formando estruturas rígidas. Não são amolecidos por reaquecimento. Exemplos: baquelita, epóxi.

• Elastômeros: são (em geral) termoestáveis que apresentam elevado grau de elasticidade. As cadeias de moléculas são emaranhadas, com tendência ao alinhamento se submetidas à tração, mas retornando à forma original se liberadas.

As cadeias dos polímeros podem conter mais de um tipo de monômero. São os chamados copolímeros. Fisicamente, os monômeros podem se distribuir de forma aleatória ou alternada na cadeia. Também podem formar blocos como se fossem polímeros distintos ligados entre si e outros arranjos.

Um sólido cristalino tem sua estrutura atômica regular e ordenada, ao contrário do amorfo, que tem seus átomos distribuídos de forma aleatória. Em conseqüência, a fusão de um material cristalino ocorre a uma temperatura bem definida e a de um amorfo, em uma faixa de temperatura. A maioria dos polímeros tem uma estrutura semicristalina, ou seja, é formada por cristais e partes amorfas. Portanto, o comportamento da fusão de um polímero depende do seu grau de cristalização.

A maior parte dos polímeros são macios e flexíveis em temperatura ambiente. Se resfriados abaixo de determinada temperatura, tornam-se duros e quebradiços como vidro. Essa é denominada temperatura de transição vítrea (Tg). Alguns polímeros, entretanto, apresentam rigidez e dureza em temperatura ambiente.

Polímeros são, na linguagem do dia-a-dia, chamados de plásticos (ou borrachas no caso de elastômeros) devido à ampla faixa de deformação plástica que a maioria apresenta. Mas isso não é válido para todos. Há uma variedade de propriedades mecânicas entre os diversos tipos. Em relação aos materiais tradicionais como metais, cerâmicas e madeiras, os polímeros são mais adequados para muitas aplicações. É claro que os motivos dependem de cada caso, mas alguns podem ser citados: menor custo, resistência química, baixa massa específica, aspecto e acabamento superficial, etc.

Estruturas cristalinas   (Topo pág | Fim pág)

Conforme já mencionado, a distribuição geométrica dos átomos de um sólido cristalino é regular e ordenada. Na realidade, essa distribuição é uma repetição de arranjos ou células iguais.

Supõe-se, por exemplo, que o material está no estado líquido e é resfriado até a solidificação.

Nesse processo, células individuais agrupam-se de forma alinhada em uma estrutura tridimensional para formar cristais. O crescimento de vários cristais no mesmo meio pode eventualmente formar grãos com limites bem definidos.

Fig 01

Há vários tipos de arranjos cristalinos, mas aqui são dados apenas os mais comuns para os metais segundo Figura 01:

(a) estrutura cúbica de face centrada.

(b) estrutura hexagonal fechada.

(c) estrutura cúbica de corpo centrado.

Num mesmo cristal, todas as células se alinham na mesma orientação. Em (d) da mesma figura, exemplo em corte da disposição de células de uma estrutura hexagonal.

Materiais fibrosos e laminados   (Topo pág | Fim pág)

Este grupo abrabge aqueles formados por dois ou mais materiais diferentes, sem reações químicas ou misturas entre eles. As propriedades resultantes são em geral decorrentes da interação mecânica na estrutura formada.

Um exemplo comum: o concreto é obtido através da ação da água sobre um aglutinante (cimento) misturado com agregados como pedra e areia. A resistência à compressão é boa, mas é pouco resistente à tração e, por conseqüência, à flexão. A adição de barras ou arames de aço (ferragens) proporciona a necessária resistência à tração e à flexão do conjunto, permitindo o uso nos mais diversos elementos estruturais de construções (colunas, vigas, lajes, etc). É denominado concreto armado e as fibras são as ferragens. A madeira é exemplo de um material fibroso natural.

Fibras de vidro e de carbono são resistentes e flexíveis. Na forma de malhas embebidas com polímeros (em geral termoestáveis), produzem estruturas leves e resistentes, aplicáveis onde esses aspectos são fundamentais, como

construção aeronáutica e outros.

Laminados também têm importantes usos. Exemplo: as fibras da madeira são alinhadas na mesma direção. Assim, as propriedades mecânicas variam com a direção. Compensados são formados por placas de madeira coladas com direções de fibras perpendiculares entre placas adjacentes. O resultado é um conjunto com mais uniformidade de resistência mecânica.

Topo | Última revisão ou atualização: Set/2009Retirado de : http://www.mspc.eng.br/ciemat/cmat110.shtml#estrut_crist

ElastómeroDe Wikipedia, a enciclopedia livre

Os elastómeros são aqueles polímeros que mostram um comportamento elástico. O termo, que prove de polímero elástico, é às vezes intercambiável com o termo borracha, que é mais adequado para se referir a vulcanizados . A cada um dos monómeros que se unem entre si para formar o polímero está normalmente composto de carbono, hidrógeno, oxigénio e/ou silício. Os elastómeros são polímeros amorfos que se encontram sobre seu Tg, daí essa considerável capacidade de deformação. A temperatura ambiente as borrachas são relativamente macias (E3MPa) e deformables. Usam-se principalmente para fechamentos herméticos, adhesivos e partes flexíveis. Começaram a utilizar no final do século XIX, dando lugar a aplicações até então impossíveis (como os pneus de automóvel).

Conteúdo[ocultar]

1 Introdução 2 Justificativas matemáticas 3 Tipos e nomenclatura

o 3.1 Classificação segundo sua composição química o 3.2 Prefixos o 3.3 Classificação segundo seu comportamento a alta temperatura

3.3.1 Elastómeros termoestables 3.3.2 Elastómeros termoplásticos

4 Veja-se também

5 Referências

Introdução

A é um desenho esquemático de um elastómero não submetido a tensão. Os pontos representam os enlaces. B é o mesmo elastómero submetido a tensão. Quando se deixa de aplicar esta tensão, o elastómero regressa à posição A.

Os elastómeros costumam ser normalmente polímeros termoestables mas podem ser também termoplásticos. As longas correntes poliméricas enlaçam durante o curado. A estrutura molecular dos elastómeros pode ser imaginada como uma estrutura de "espaguetis com albóndigas", em onde as albóndigas seriam os enlaces. A elasticidade prove da habilidade das correntes para mudar sua posição por si mesmas e assim distribuir uma verdadeira tensão aplicada. O enlace covalente assegura que o elastómero retornará a sua posição original uma vez deixe de se aplicar a tensão. Como resultado dessa extrema flexibilidade, os elastómeros podem se alongar de 5% a um 700%, dependendo do material em concreto. Sem os enlaces ou com poucos deles, a tensão aplicada pode provocar uma deformação permanente.

Os efeitos da temperatura estão também presentes na elasticidade de um polímero. Os elastómeros que têm sido arrefecidos levando a uma fase vítrea ou cristalina terão menos mobilidade nas correntes, e consequentemente menos elasticidade que aqueles manipulados a temperaturas superiores à temperatura de transição vítrea do polímero.

É também possível para um polímero exibir elasticidade que não é devida aos enlaces covalentes, senão a razões termodinámicas.

Justificativas matemáticas

Usando as leis da termodinámica, as definições de tensão e as características dos polímeros, chegamos a um comportamento ideal da tensão:

onde é o número de monómeros por unidade de volume, é a Constante de Boltzmann, é a temperatura e é a distorsión na direcção 1.

Estes valores são bastante precisos até aproximadamente um 400% de deformação. Neste ponto, o alineamiento entre correntes esticadas começa a provocar uma cristalización.

Enquanto o Módulo de Young não existe para elastómeros devido à natureza não linear da relação tensão-deformação, um "módulo secante" pode ser encontrado a uma tensão particular.

Tipos e nomenclatura

Existem muitas classificações possíveis dos numerosos tipos de elastómeros. Em primeiro lugar indica-se a classificação mais estendida, segundo a composição química, com sua nomenclatura (norma ISO 1629). A seguir apresenta-se a classificação segundo as propriedades a alta temperatura.

Classificação segundo sua composição química Grupo R (do inglês Rubber) - a corrente principal compõe-se de carbono e

hidrógeno e contém duplos enlaces o Caucho natural (NR) o Poliisopreno (IR, forma artificial do caucho natural) o Polibutadieno o Caucho estireno-butadieno (SBR) o Caucho butilo (IIR) o Caucho nitrilo (NBR) o Neopreno (CR)

Grupo M (do inglês Methylene) - sua corrente principal só contém átomos de carbono e hidrógeno e está saturada (não duplos enlaces)

o Caucho etileno-propileno (EPM) o Caucho etileno-propileno-dieno (EPDM) o Caucho etileno-acetato de vinilo (EVM)

o Caucho fluorado (FKM) o Caucho acrílico (ACM) o Polietileno clorado (CM) o Polietileno clorosulfurado (CSM)

Grupo N - contém átomos de nitrógeno na corrente principal o "Pebax", copolímero de poliamida e poliéster

Grupo Ou - contém átomos de oxigénio na corrente principal o Caucho de epiclorohidrina (ECO)

Grupo Q - contém grupos siloxano na corrente principal o Caucho de silicona (MQ)

Grupo Ou (de Uretano ) - contém átomos de nitrógeno, oxigénio e carbono na corrente principal formando o grupo NCO (uretano)

o Elastómeros de poliuretano (AU e EU) Grupo T - contém átomos de azufre na corrente principal

o Caucho de polisulfuro ou "Thiokol"

Prefixos X indica presença de grupos carboxilo (por exemplo, XNBR) C e B indicam cauchos halogenados (por exemplo, CIIIR e BIIR) H indica caucho hidrogenado (por exemplo, HNBR) S, normalmente minúscula, indica polímero obtido mediante um processo em

solução (por exemplo, sSBR) E ou EM, normalmente em minúsculas, indicam polímero obtido mediante um

processo em emulsión (por exemplo, eSBR) OE indica um polímero ao que se acrescentou azeite (por exemplo, OE-SBR) E costuma indicar propriedades termoplásticas

Classificação segundo seu comportamento a alta temperatura Elastómeros termoestables

Ao aquecê-los não mudam de forma e seguem sendo sólidos até que, acima de uma verdadeira temperatura, se degradam. A maioria dos elastómeros pertencem a este grupo

Elastómeros termoplásticos

Ao elevar a temperatura voltam-se macios e moldeables. Suas propriedades não mudam se se fundem e se moldam várias vezes. Este tipo de materiais é relativamente recente, o primeiro foi sintetizado em 1959. Famílias principais:

Estirénicos (SBCs) o Estireno-butadieno-estireno (SBS) de alto e baixo conteúdo em estireno o Estireno-etileno-butileno-estireno (SEBS) o Estireno-isopreno-estireno (SIS)

Olefínicos (TPOs) Vulcanizados termoplásticos (TPVs) Poliuretano termoplástico (TPUs) Copoliésteres (COPEs) Copoliamidas (Copas)

http://pt.wikilingue.com/es/Elast%C3%B3mero

Introdução aos Polímeros, Elastómeros e Borrachas

::: Por Manuel Morato Gomes

DEFINIÇÃO DOS TERMOS POLÍMERO, ELASTÓMERO E BORRACHA

Os termos polímero, elastómero e borracha são definidos, de acordo com a “Norma ISO

1382:1996 - Rubber Vocabulary” como:

Polímero - Substância composta por moléculas caracterizadas pela repetição múltipla de uma

ou de várias espécies de átomos ou de grupos de átomos ligados entre si em quantidade

suficiente para conferir um conjunto de propriedades que não variam de uma forma marcada

por adição ou remoção de uma ou de algumas unidades constitutivas;

Elastómero - Material macromolecular que recupera rapidamente a sua forma e dimensões

iniciais, após cessar a aplicação de uma tensão;

Borracha - Elastómero que já está ou pode ser modificado para um estado no qual é

essencialmente insolúvel, se bem que susceptível de aumentar de volume num solvente em

ebulição, tal como benzeno, metiletilcetona e etanol-tolueno azeotrópico, e que, no seu estado

modificado, não pode ser reprocessado para uma forma permanente por aplicação de calor e

pressão moderadas.

Nem todos os polímeros amorfos são elastómeros. Alguns são termoplásticos, dependendo a

classificação da temperatura de transição vítrea, Tg, definida como a temperatura acima da

qual um polímero se torna mole e dúctil e abaixo da qual se torna duro e quebradiço, tipo vidro.

Podemos dizer, como regra geral só aplicável a polímeros amorfos, que um polímero amorfo que

tenha uma Tg inferior à temperatura ambiente será um elastómero, enquanto que um polímero

amorfo que tenha uma Tg superior à temperatura ambiente será um termoplástico.

A propriedade predominante dos elastómeros é o comportamento elástico após deformação

em compressão ou tracção. É possível, por exemplo, esticar um elastómero até dez vezes o seu

comprimento inicial, e após remoção da tensão aplicada, verificar que ele voltará, sob

circunstâncias ideais, à forma e comprimento originais.

O perfil das propriedades que pode ser obtido depende fundamentalmente do elastómero

escolhido, da formulação do composto utilizada, do processo de produção e da forma e desenho

do produto. As propriedades que definem um elastómero só podem ser obtidas usando compostos

adequadamente formulados e após vulcanização subsequente [1].

Elastómeros, ou borrachas, são classes de materiais que, como os metais, as fibras, as madeiras,

os plásticos ou o vidro são imprescindíveis à tecnologia moderna.

Relativamente ao termo borracha que abrange um grande número de compostos

macromoleculares que podem ser reticuláveis para formar estruturas tridimensionais, deve referir-

se que é usual dizer-se que “A borracha, matéria-prima, está para os compostos de borracha assim

como a farinha está para o pão” [2], pretendendo-se assim frisar que, apesar da escolha dos

aditivos utilizados e da quantidade usada de cada um deles num composto poderem originar

variações consideráveis nas propriedades do produto final, a característica determinante é dada

pela borracha utilizada nesse composto.

O termo “borracha” tinha inicialmente por significado, somente borracha natural e o termo

“vulcanização” somente reticulação com enxofre. Face ao aparecimento de muitas borrachas

sintéticas e de novos sistemas de reticulação, o alcance daqueles termos foi alargado, para que

passem a ser termos genéricos. As borrachas, matéria-prima, podem ser transformadas em

elastómeros pela vulcanização.

SEGUNDO A NORMA DIN 53501

A Norma DIN 53501 define os termos borracha (matéria-prima), elastómero (borracha) e

vulcanização de acordo com critérios baseados no produto final da seguinte forma [3]:

• Borracha (matéria-prima) - as borrachas (matéria-prima) são polímeros não reticulados,

mas reticuláveis (vulcanizáveis) e que são “rubber-elastic” à temperatura ambiente e, dentro

de certos limites, em gamas adjacentes de temperatura. A temperaturas elevadas e/ou sob a

influência de forças de deformação, a borracha, matéria-prima, mostra, de modo crescente, um

fluxo viscoso que a torna capaz, sob condições adequadas, de sofrer processos de modelação.

A borracha, matéria-prima, é o material de partida para a manufactura de elastómeros

(borracha).

• Elastómeros (borracha) - os elastómeros são materiais poliméricos reticuláveis, a

temperaturas inferiores à sua temperatura de decomposição. São duros e tipo vidro a baixas

temperaturas e não são sujeitos a fluxo viscoso a altas temperaturas. Em vez disso,

especialmente à temperatura ambiente, eles comportam-se de maneira “rubber-elastic”. Este

comportamento é caracterizado pelos relativamente baixos valores de módulo de corte que

são pouco dependentes da temperatura.

• Vulcanização - a vulcanização é um processo de reticulação pelo qual a estrutura química

da borracha, matéria-prima, é alterada. A mudança de estado torna o material elástico,

restaura a elasticidade possuída no início pelo material ou alarga o intervalo de temperaturas

em que a elasticidade é observada de princípio ao fim.

REQUISITOS DAS BORRACHAS

As borrachas, para além da sua capacidade para formar estruturas reticuladas tridimensionais,

têm que satisfazer os seguintes requisitos [1]:

• Possuir preferencialmente longas cadeias moleculares;

• O segmento individual da cadeia deve ser flexível para ter movimento Browniano, à

temperatura ambiente. Assim, as moléculas assumem alguma conformação estatisticamente

ordenada quando são sujeitas a tensões de tracção. Uma vez essa tensão removida, elas

retomam a sua conformação aleatória (estado de entropia máximo), podendo o processo de

deformação ser descrito termodinamicamente, considerando que sob condições ideais, a

energia interna do sistema não sofre alteração.

[pela primeira lei da termodinâmica temos que dF = dU - Tds, em que dU é a

componente energética e Tds a componente entrópica, e como, pelas

condições ideais da elasticidade da borracha, dU=0, obtemos dF = - Tds,

relação que mostra que o processo de deformação de um material

elastomérico ideal é exclusivamente associado a alterações na entropia de

configuração da cadeia do polímero, ou seja, é uma elasticidade entrópica.

Após remover a tensão que causa a deformação, a configuração aleatória

original é espontaneamente reassumida.]

A borracha deve ser predominantemente amorfa à temperatura ambiente, para que a flexibilidade

da cadeia não seja inibida pela cristalização. Isto conduz aos requisitos adicionais:

• A temperatura de transição vítrea, Tg, deve ser inferior a -50°C;

• Deve haver uma interacção entre cadeias moleculares, para que não se possam mover de

uma forma inteiramente livre e independente. Nas borrachas vulcanizadas, há uma interacção

adicional devida à formação de pontes intermoleculares (ligação química que reduz a

mobilidade das cadeias), que melhoram a resistência à tracção e a elasticidade [1];

• Devem ter uma distribuição do peso molecular tão larga quanto possível, para que possam

ser processadas utilizando as máquinas convencionais [1].

CLASSIFICAÇÃO DAS BORRACHAS

As borrachas podem ser classificadas em grupos, usando uma nomenclatura considerada

satisfatória, Norma DIN/ISO 1629, e apresentada na tabela seguinte [3]. Fornecemos também, na

mesma tabela, algumas indicações de polaridade e grau de saturação [4]:

» Tabela de Classificação das Borrachas

A escolha da borracha base para a execução de uma formulação é fortemente determinada pelo

comportamento pretendido no que respeita ao amortecimento, à rigidez, à resistência a

temperaturas elevadas ou baixas, à resistência a óleos, à resistência ao ataque químico e por

algumas das características apresentadas após envelhecimento.

De uma forma simples, dividimos as borrachas em grupos em função da sua resistência a óleo e

ao calor.

http://www.rubberpedia.com/borrachas/borrachas.php

CONCEITOS FUNDAMENTAIS

Quando as moléculas se tornam muito grandes, contendo um número de átomos encadeados superior a uma centena e podendo atingir valor ilimitado, as propriedades dessas moléculas – que se chamam então macromoléculas – ganham características próprias, gerais, muito mais dominantes que as características que decorrem da natureza química dos átomos que as constituem ou dos grupamentos funcionais presentes. Essas propriedades decorrem de interações envolvendo seguimentos da mesma macromolécula ou de outras; a forma, o comprimento das ramificações presentes na cadeia macromolecular tem papel importante. Pontes de hidrogênio e interações dipolo-dipolo, ao lado de forças de Van der Walls, atuando nessas macromoléculas no estado sólido, criam resistência muito maior do que o caso de moléculas de cadeia mais curtas. Em solução, essas interações entre as moléculas de alto peso molecular acarretam um pronunciado aumento de viscosidade, que não se observa nas micromoléculas. Da mesma maneira, as evaporações do solvente dessas soluções viscosas resultam na formação de filmes, enquanto que as soluções de substâncias sólidas de baixo peso molecular geram cristais ou pós. Esse, aliás, é um dos meios mais simples e imediatos para o reconhecimento das macromoléculas: capacidade de formação de filmes, ou películas.

Encontram-se macromoléculas tanto como produtos de síntese, quanto como de origem natural. Polissacarídeos, poli-hidrocarbonetos, proteínas e ácidos nucléicos tod???¨??os constituem exemplos de macromoléculas naturais orgânicas. Incluem, assim, amido, algodão, madeira, lã, cabelo, couro, etc. Poliestireno e náilon são macromoléculas sintéticas orgânicas. Diamante, grafite sílica e asbesto, são macromoleculares naturais inorgânicos. Ácido polifosfórico e poli (cloreto de fosfonitrila) são produtos moleculares sintéticos inorgânicos. São considerados polímeros relativamente grandes, de pesos moleculares da ordem de 103 a 106, em cuja estrutura se encontram, repetidas, unidades químicas simples conhecidas como meros.

O termo “polímeros” vem do grego (“muitas partes”) e é indefinido, no sentido de que o menor comprimento ou tamanho de molécula não é especificado. Entretanto, essa expressão é geralmente aceita como significando uma molécula muito maior, de tamanho tal que as propriedades associadas às moléculas de cadeia longa tenham-se tornado evidentes. Os polímeros de baixo peso molecular são chamados oligômeros (também do grego, “poucas partes”).

Em contraste com as substâncias químicas comuns, os polímeros não são produtos homogêneos; contém mistura de moléculas, de variados pesos moleculares, apresentando o que se chama de polimolecularidade. O conceito de polímero puro é bem diferente do que se aplica à Química em geral, já que não se obtém, nem interessa obter, frações com absoluta uniformidade molecular, para qualquer finalidade de aplicação industrial. Monômeros são compostos químicos que reagem para f???¨??O? ?ormar polímeros.

A reação química que conduz a formação de polímeros é a POLIMERIZAÇÃO. Grau de polimerização é o número de meros da cadeia polimérica. Quando há mais de um tipo de mero na composição do polímero, este é designado por copolímero, e os monômeros que lhe dão origem comonômeros. Em reação de polimerização, tal como ocorre na Química Orgânica em geral, o encadeamento das unidades monoméricas pode ser feito na forma regular, cabeça-cauda, ou na forma cabeça-cabeça, cauda-cauda, ou mista.

Os polímeros podem ter suas cadeias sem ramificações, admitindo conformação em zigue-zague - polímeros lineares – ou podem apresentar ramificações, cujo então ao que se denomina polímero reticulado, ou polímero com ligações cruzadas ou polímero tridimensional. Como conseqüência imediata, surgem propriedades diferentes do produto, especialmente em relação à fusibilidade e solubilidade. Os ramos laterais, dificultando a aproximação das cadeias poliméricas, portanto diminuindo as interações moleculares, acarretam prejuízo às propriedades mecânicas, “plastificando” internamente o polímero. A formação de resíduos, devido às ligações cruzadas entre as moléculas “amarra” as cadeias, impedindo o seu deslizamento, umas sobre as outras, aumentando a resistência mecânica e tornando o polímero umas sobre as outras, aumentando a resistência mecânica ???¨??O? ? e tornando o polímero infusível e insolúvel.

NOMENCLATURA DOS POLÍMEROS

Três diferentes sistemas são comumente empregados para a designação de polímeros. Baseiam-se ou no processo eventualmente usado em sua preparação, ou na estrutura do mero, ou em bases empíricas tradicionais.

Com base no processo de preparação eventualmente empregado ou, em outras palavras, na fonte, isto é, no monômero, basta colocar o prefixo poli. Ex. polietileno.

Com base na estrutura do mero, isto é, na unidade estrutural, há vantagens e desvantagens. Exemplo: poli (tereftalato de etileno), vulgarmente denominado, de modo errôneo, tereftalato de polietileno, significa estruturas diferentes, conforme a interpretação. Em alguns casos, no entanto é sem ambigüidade a designação poli(p-fenileno).

A nomenclatura de homopolímero segundo bases empíricas é ilustrada pelos náilons e as borrachas de origem diênica. Por exemplo, náilon-6, náilon-11.

CLASSIFICAÇÃO DE POLÍMEROS

As classificações mais comuns envolvem a estrutura química, o método de preparação, as características tecnológicas e o comportamento mecânico.

Segundo a estrutura química, conforme os grupos funcionais presentes nas macromoléculas, estas serão classificadas em poliamidas, poliésteres, etc.

Quanto ao método de preparação, são divididos, em linhas gerais, em polímeros de adição e polímeros de condensação, conforme ocorra uma simples adição, sem subproduto, ou um???¨??O? ?a reação em que são abstraídas dos monômeros pequenas moléculas, como HCL, H2O, KCL.

As características tecnológicas, que impõe diferentes processos tecnológicos, são à base da classificação dos polímeros termoplásticos e termorrígidos. Os polímeros lineares ou ramificados, que permitem fusão por aquecimento e solidificação por resfriamento, são chamados termoplásticos. Os polímeros que, por aquecimento ou outra forma de tratamento, assumem estrutura tridimensional, reticulada, com ligações cruzadas, tornando-se insolúveis e infusíveis, são chamados termorrígidos (thermoset).

De acordo com seu comportamento mecânico, os polímeros são divididos em três grandes grupos: elastômeros ou borrachas, plásticos e fibras. Em sua aplicação, estes termos envolvem a expressão resina. Resina é uma substância amorfa ou uma mistura, de peso molecular intermediário ou alto, insolúvel em água, mas solúvel em alguns solventes orgânicos, e que, a temperatura ordinária, é sólida ou um liquido muito viscoso, que amolece gradualmente por aquecimentos. Todas as resinas naturais são solúveis e fusíveis, e todos os polímeros sintéticos que obedecem as condições acima apontadas são também chamados de resinas sintéticas. Borracha ou elastômeros é um material macromolecular exibindo elasticidade em longa faixa, à temperatura ambiente. O termo plástico vem do grego, e significa “adequado à moldagem”. Plásticos são materiais que conté???¨????+????;m, como componente principal, um polímero orgânico sintético e se caracterizam porque, embora sólidos à temperatura ambiente em seu estado final, em alguns estágios a de seu processamento, tornam-se fluídos e possíveis de serem moldados, por ação isolada ou conjunta de calor e pressão. Esse ingrediente polimérico é chamado de resina sintética. Fibra é um corpo que tem uma elevada razão entre o comprimento e as dimensões laterais, e é composto principalmente de macromoléculas lineares, orientadas longitudinalmente.

POLÍMEROS DE INTERESSE INDUSTRIAL

Os principais polímeros de interesse industrial podem ser divididos em duas grandes categorias: plásticos e/ou fibras e borrachas.

PLÁSTICOS E/OU FIBRAS

1- Resultante de Poliadição (Reação em Cadeia) A - poli-hidrocarbonetos polietileno

poliprolileno

poliestireno

B - poli-hidrocarbonetos substituídos por halogênio: poli(cloreto de vinila) e poli(tetrafluoro-etileno)

por grupo éster: poli(acetato de vinila) , poli(acrilato de alquila) e poli(metacrilato de metila)

por grupo nitrila: poliacrilonitrila

C - poliésteres

polioximetileno

D - poliamidas

policaprolactama

2 - Resultantes de Policondensação (Reação em Etapas) A - poliésteres poliglicóis

resinas epoxílicas

B - poliésteres saturados: poli(tereftalato de etileno)

poli(teflalato de etileno) e policarbonato

ins???¨??O? ?aturados: poli(teftalato-maleato de etileno) estirenizado

C - poliamidas poliamida 11

poliamida 66

poliamida 610

D - resinas fenólicas

resina de fenol-formaldeído

E - resinas aminadasresina de uréia-formaldeído

resina de melamina-formaldeído.

3 - Resultantes de outras Polirreações

poliuretanos

4- Resultante de Modificações de Polímeros celulose: nitrato de celulose, acetato de celulose, metil-celulose, carboxi-metil-celulose.

poli(acetato de vinila): poli(álcool vinílico)

BORRACHAS 1- Resultante de Poliadição (Reação em Cadeia) A - poli-hidrocarbonetos borracha natural - elastômero IR

elastômero BR

elastômero EPR

elastômero IIR

elastômero SBR

poli-hidrocarbonetos substituídos

elastômero CR

elastômero NBR

elastômero fluorados

2 - Resultantes de Policondensação (Reação em Etapas) polissulfetos

polissiloxanos

poliuretanos

POLÍMEROS DE ADIÇÃO POLÍMERO MONÔMERO(S) APLICAÇÃO

Polietileno etileno baldes, sacos de lixo, sacos de embalagens

Polipropileno propileno cadeiras, poltronas, pára-choques de automóveis

PVC cloreto de vinilavinila

tubos para encanamentos hidráulicospara

Isopor estireno isolante térmico

Orlon acrilnitrilo lã sintética, agasalhos, cobertores, tapetes.

Plexiglas "Vidro plástico" Acrílicos

metilacrilato de metila

plástico transparente muito resistente usado em portas e janelas, lentes de óculos.

Teflon tetrafluoretileno revestimento interno de panelas

Borracha fria isobuteno

pneus, câmaras de ar e objetos de borracha em geral

Borracha naturalnatural

isopreno

Neopreno ou duopreno cloropreno

Buna 1,3-butadienobutadieno

COPOLÍMEROS DE ADIÇÃO

Buna-N ou perbuna 1,3-butadienoacrilnitrilo

pneus, câmaras de ar e objetos de borracha em geralBuna-S

1,3-butadienoestireno

POLÍMEROS DE CONDENSAÇÃO POLÍMERO MONÔMERO APLICAÇÃO

Amido a glicose alimentos, fabricação de etanol

Celulose b glicose papel, algodão, explosivos

COPOLÍMEROS DE CONDENSAÇÃO

POLÍMERO MONÔMEROAPLICAÇÃO

Náilon 1,6-diaminoexano ácido adípico

rodas dentadas de engrenagens, peças de maquinaria em geral, tecidos, cordas, escovas

Terilene ou dacron

Etilenoglicol

ácido tereftálicotecidos em geral (tergal)

Baquelite(fórmica)

aldeído fórmico

fenol comum

revestimento de móveis (fórmica), material elétrico (tomada e interruptores)

Poliuretano

poliéster ou poliéter

isocianato de p. fenileno

colchões e travesseiros (poliuretano esponjoso), isolante térmico e acústico, poliuretano rígido das rodas dos carrinhos de supermercados

POLÍMEROS NATURAIS

Os polímeros naturais são: a borracha; os polissacarídeos, como celulose, amido e glicogênio; e as proteínas.

A borracha natural é um polímero de adição, ao passo que os polissacarídeos e as proteínas são polímeros de condensação, obtidos, respectivamente, a partir de monossacarídeos e aminoácidos.

A borracha natural é obtida da árvores Heveu brasilienses (seringueira) através de incisão feita em seu caule, obtendo-se um líquido branco de aspecto leitoso, conhecido atualmente por látex. As cadeias que constituem a borracha natural apresentam um arranjo desordenado e, quando submetidas a uma tensão, podem ser espichadas, formando estruturas com comprimento maior que o original

POLÍMEROS SINTÉTICOS

Os polímeros sintéticos são sintetizados quimicamente, em geral, de produtos derivados de petróleo. Em contrapartida aos polímeros naturais e naturais modificados, os sintéticos são " injetados" como moléculas relativamente pequenas. Eles podem oferecer uma infinidade de desenhos possíveis. São costurados para atender cada aplicação requerida. O tamanho e composição química podem ser manipulados a fim de criar propriedades para quase todas as funções dos fluidos. Freqüentemente, polímeros sintéticos são preparados para substituir o etileno. O processo de polimerização ocorre através de uma reação adicional onde o etileno é substituído no final da cadeia de polímero. Na fig???¨??O? ?ura abaixo, o substituído A pode ser algum grupo ativo:

Observe a ligação C - C e a enorme possibilidade de substituições. A ligação C - C é mais estável do que a união C - O encontrada em polímeros a base de celulose e amido. O C - C é resistente a bactérias e tem estabilidade de temperatura acima de 371°C. Mesmos os grupos de substituição vão degradar antes da união C - C nestas condições.

Observe a ligação C - C e a enorme possibilidade de substituições. A ligação C - C é mais estável do que a união C - O encontrada em polímeros a base de celulose e amido. O C - C é resistente a bactérias e tem estabilidade de temperatura acima de 371°C. Mesmos os grupos de substituição vão degradar antes da união C - C nestas condições.

http://www.portalsaofrancisco.com.br/alfa/polimeros/polimeros-4.php

Polímeros

Polímeros são uma classe de materiais que consistem em muitas moléculas pequenas (monômeros) que podem ser unidos para formar cadeias longas, assim eles são conhecidos como macromoléculas. Um polímero típico pode possuir

milhares de monômeros. Por causa do tamanho grande deles, os polímeros são classificados como macromoléculas.

Humanos tiraram proveito da versatilidade dos polímeros durante séculos na forma de óleos, piches, resinas, e gomas. Porém, foi na revolução industrial que a indústria de polímeros moderna começou a se desenvolver. Em 1830, Charles Goodyear teve sucesso produzindo uma forma útil de borracha natural por um processo conhecido como "vulcanização". Uns 40 anos depois, o Celulóide (um plástico duro formado de nitrocellulose) foi comercializado prosperamente. Apesar destes avanços, o progresso em ciência de polímeros estava lento até os anos trinta, quando materiais como vinil, neoprene, poliestireno e fibras sintéticas foram desenvolvidos. A introdução destes materiais revolucionários começou uma explosão em pesquisa de polímero até hoje.

Incomparável na diversidade das propriedades, polímeros como algodão, lã, borracha, Teflon (tm), e todos os plásticos são usados em quase toda indústria. Podem ser produzidos polímeros naturais e sintéticos com uma gama extensiva de dureza, força, resistência de calor, densidade, e até mesmo preço. Com pesquisa continuada na ciência e aplicações de polímeros, estão jogando eles um papel crescente em sociedade. As seções seguintes provêem uma introdução à ciência de macromoléculas.

Nomenclatura:

Nomear moléculas grandes podem ser uma tarefa complexa. O Comitê de Nomenclatura da IUPAC estabeleceu convenções que eliminam confusão. Em geral, um polímero com um número não especificado de monômeros é nomeado acrescentando o prefixo "poli" à unidade repetida constitucional (CRU). Caso contrário, o prefixo grego que corresponde ao número de monômeres é acrescentado ao nome do CRU.

O nome do CRU é formado nomeando cada do subunidade. Se um polímero contém só uma subunidade, o prefixo “poli" é acrescentado ao nome do subunidade. Por exemplo, se um polímero é formado de uma combinação de monômeres de etileno, seu nome seria polietileno. Polímeros que contêm mais que uma subunidade são nomeados baseados na subunidade maior, e é fixo fora do prefixo "poli" com parênteses.

A nomenclatura das subunidades é a parte mais difícil. As subunidades são nomeadas pelo componente principal da subunidades com moléculas menores adicionadas como prefixos. O melhor modo para demonstrar esta nomenclatura é usar exemplos. Por exemplo, o monômero:

Seria chamado oxi (1-fluoroetileno). Para começar, vemos que há um átomo de oxigênio preso a um subunidade maior. Então, o nome terá o “oxi” de prefixo -. O resto do monômero pode ser visto para ser uma molécula de etileno com um átomo de flúor preso. Considerando que o átomo de flúor é preso ao primeiro átomo de carbono, o nome desta parte do monômero é 1-fluoroetileno. Assim o nome do monômero completo é oxi(1-fluoroetileno), e o nome do polímero formado deste monômero seria poli[oxi(1-fluoroetileno)].

Para monômeros com que se ramificou cadeias, o monômero é nomeado para a cadeia contínua mais longa. Por exemplo:

A molécula sobre é nomeado para pentano, pois a cadeia contínua mais longa é de cinco carbonos. Porém, também há dois grupos de metil extras presos aos 2º e 3º carbonos na cadeia. Então, este monômero é chamado 2,3 dimetilpentano, e o nome do polímero formado deste monômeros é chamado poli(2,3)dimetilpentano.

Síntese de polímeros:

O estudo de ciência de polímeros começa com o entendimento dos métodos nos quais estes materiais são sintetizados. Síntese de um polímero é um procedimento complexo e pode acontecer em uma variedade de modos:

Polimerização de adição

O tipo mais comum de polimerização de adição é a polimerização de um radical livre. Um radical livre simplesmente é uma molécula com um elétron livre. A tendência deste radical livre ganhar um elétron adicional para formar um par se faz devido à alta reatividade de forma que isto quebra a ligação em outra molécula roubando um elétron. Radicais livres são criados freqüentemente pela divisão de uma molécula (conhecido como um iniciador) em dois fragmentos ao longo de uma única ligação. Os espetáculos de diagrama seguintes à formação de um radical de seu iniciador, neste caso o peróxido de benzoíla.

A estabilidade de um radical recorre à tendência da molécula para reagir com outras combinações. Um testamento radical instável combina prontamente com muitas moléculas diferentes. Porém um testamento radical estável não interage facilmente com outras substâncias químicas. A estabilidade de radicais livres pode variar, dependendo amplamente das propriedades da molécula. O centro ativo é o local do elétron desparelhado no radical porque é o local onde a reação acontece. Em polimerização de adição, o radical livre ataca um monômero, e o elétron migra a outra parte da molécula. Este radical recentemente formado ataca outro monômero e o processo está repetido. Assim o centro ativo rebaixa a cadeia como a polimerização acontece.

Há três reações significantes que acontecem na polimerização: iniciação (nascimento), propagação (crescimento), e terminação (morte). Estes passos separados são explicados abaixo.

Reação de iniciação

O primeiro passo em polímeros produtores através de polimerização do radical livre é a iniciação. Este passo começa quando um iniciador se decompor em radicais livres na presença de monômeros. A instabilidade de ligações duplas de carbono no monômero os fazem suscetível para reação com os elétrons desparelhados no radical. Nesta reação, o centro ativo do radical "agarra" um dos elétrons da dupla

ligação do monômero, enquanto deixando um elétron desparelhado para aparecer como um centro ativo novo ao término da cadeia. A reação de adição pode acontecer em qualquer terminação do monômero.

Em uma síntese típica, entre 60% e 100% dos radicais livres sofrem uma reação de iniciação com um monômero. Os radicais restantes podem se unir entre si ou com uma impureza ao invés de um monômero.

Reação de propagação

Depois que uma reação de síntese foi iniciada, a reação de propagação assume. Na fase de propagação, procede o processo de transferência de elétron e movimento conseqüente do centro ativo abaixo a cadeia. Neste diagrama, (cadeia) recorre a uma cadeia de monômeros conectados, e X recorre a um grupo de substituição (um fragmento molecular) específico ao monômero. Por exemplo, se X fosse um grupo metil, os monômeros seriam propileno e o polímero, polipropyleno.

Em polimerização com radical livre, a reação de propagação inteira acontece normalmente dentro de uma fração de segundo. São acrescentados milhares de monômeros à cadeia dentro deste tempo. As paradas de processo inteiras quando a reação de terminação acontece.

Reação de terminação

Teoricamente, a reação de propagação poderia continuar até a provisão de monômeros terminar. Porém, este resultado é muito improvável. Freqüentemente o crescimento de uma cadeia de polímero é parada pela reação de terminação. A terminação acontece tipicamente de dois modos: combinação e disproporcionalidade.

A combinação acontece quando o crescimento do polímero é parado através de elétrons livres de duas cadeias de crescimento que unem e formam uma única cadeia. O diagrama seguinte descreve combinação, com o símbolo (R) representando o resto da cadeia.

A disproporcionalidade pára a reação de propagação quando um radical livre retira um átomo de hidrogênio de uma cadeia ativa. Uma ligação dupla de carbono acontece do hidrogênio perdido. Terminação através de disproporcionalidade é mostrada no diagrama.

Disproporcionalidade também pode acontecer quando o radical reagir com uma impureza.

Polimerização viva

Existe um tipo de polimerização de adição que não sofre uma reação de terminação. Esta polimerização “denominada" viva continua até que a provisão de monômero for extinta. Quando isto acontecer, os radicais livres ficam menos ativos devido a interações com moléculas solventes. Se mais monômeros são acrescentados à solução, a polimerização retomará.

Pesos moleculares uniformes são característicos de polimerização viva. Porque a provisão de monômeros é controlada, o comprimento de cadeia pode ser manipulado para servir as necessidades de uma aplicação específica. Isto assume que o iniciador é 100% eficiente.

Polimerização de condensação

Nas reações de polimerização por condensação ocorre a união de monômeros iguais ou diferentes, resultando da reação o polímero e uma substância simples como água, ácido clorídrico. Alguns exemplos de polímeros formados por condensação são:

- baquelite (polifenol): obtido da condensação entre o fenol e o metanal. Caso o polímero obtido seja predominantemente linear e de massa molecular relativamente baixa, é denominado de novolac, com aplicação em tintas, vernizes e colas. Se a reação prosseguir dando origem a polímeros tridimensionais, obtém-se a baquelite, polímero termofixo que possui excelentes propriedades isolantes térmicas e elétricas.

- poliamida (náilon): obtida pela condensação do ácido hexanodióico (ácido adípico) com a 1,6 hexanodiamida, por isso e chamado comercialmente de náilon 66. é um material resistente à abrasão e ao ataque químico além de não propagar o fogo.

-poliéster (dacron, terilene): obtido pela condensação do ácido parabenzenodióico (ácido paraftálico) com o 1,2 etanodiol. Possui grande versatilidade, baixo custo de processamento, resistência ao calor, à tração e aos agentes químicos.

-silicones: apesar desses polímeros não possuírem o carbono na cadeia principal e sim o silício, são de grande importância industrial. Possuem estabilidade a variação de temperatura (entre -63 e 204ºC), inércia química, pouca inflamabilidade e baixa toxidez. São usados em moldes, borrachas, laminados, antiespumantes, lubrificantes, medicamentos, cosméticos e medicina estética.

Análise estatística de Polímeros

Ao lidar com milhões de moléculas em uma gotinha minúscula, devem ser empregados métodos estatísticos para fazer generalizações sobre as características do polímero. Pode ser assumido em síntese de polímero, cada cadeia reage independentemente.

Então, o tamanho do polímero é caracterizado por uma distribuição larga de pesos moleculares e comprimentos de cadeia. O grau de polimerização (DP) recorre ao número de unidades repetidas na cadeia, e dá uma medida de peso molecular. Muitas propriedades importantes do resultado final são principalmente determinadas da distribuição de comprimentos e o grau de polimerização.

Para caracterizar a distribuição de comprimentos de polímero em uma amostra, dois parâmetros estão definidos: número médio de peso e peso molecular comum. O número médio é há pouco a soma de pesos moleculares individuais dividida pelo número de polímeros. A média de peso é proporcional ao quadrado do peso molecular. Então, a média de peso sempre é maior que a média de número. O gráfico seguinte mostra uma distribuição típica de polímeros inclusive o peso e número pesos moleculares comuns.

O peso molecular de um polímero também pode ser representado pelo peso molecular de média de viscosidade. Esta forma do peso molecular é achada como uma função da viscosidade do polímero em solução O grau de polimerização tem um efeito dramático nas propriedades mecânicas de um polímero. Com o aumento do comprimento da cadeia, propriedades mecânicas como ductilidade, resistência à tração, e elevação de dureza nivelam nitidamente e eventualmente fora. Esta é a característica ilustrada pela curva azul na figura abaixo.

Porém, em fundições de polímero, por exemplo, a viscosidade de fluxo a uma determinada temperatura sobe rapidamente com DP crescente para todos os polímeros, como mostrado pela curva vermelha no diagrama.

Estrutura de polímero:

Embora a propriedade fundamental de polímeros de tamanho é o grau de polimerização, a estrutura física da cadeia também é um fator importante que determina as propriedades macroscópicas.

São usadas a configuração de condição e conformação para descrever a estrutura geométrica de um polímero e estão freqüentemente confusas. Configuração recorre à ordem que é determinado através de ligações de substância química. A configuração de um polímero não pode ser alterada a menos que ligações químicas estejam quebradas e reformadas. Conformação se refere para ordenar isso surge da rotação de moléculas sobre os únicos laços. Estas duas estruturas são estudadas abaixo.

Configuração

Os dois tipos de configurações de polímero são cis e trans. Estas estruturas não podem ser mudadas através de meios físicos (por exemplo, rotação). A configuração de cis surge quando grupos de substituintes estiverem no mesmo lado de uma ligação dupla. A forma trans recorre ao substituintes em lados opostos da insaturação.

Outras Estruturas de Cadeia

O arranjo geométrico dos laços não é o único modo que a estrutura de um polímero pode variar. Um polímero ramificado é formado quando houver ramificações presas a uma cadeia principal. Um exemplo simples de um se ramificou polímero é mostrado no diagrama seguinte.

Porém, há muitos modos um polímero ramificado pode ser organizado. Um destes tipos de ramificação é chamado de Estrela, que se forma quando uma polimerização começa com um único monômero e tem radiais de filiais externos deste ponto. Os polímeros com um grau alto de ramificação deste tipo são freqüentemente chamados dendrimeros.

Um tipo separado de estrutura de cadeia surge quando mais de um tipo de monômero é envolvido na reação de síntese. Estes polímeros que incorporam mais de um tipo de monômero na cadeia são chamados copolímeros.

Um exemplo de um copolímero comum é a Fibra sintética. Fibra sintética é um copolímero revezado com 2 monômeros, um 6 diácido de carbono e um 6 diamine de carbono. O quadro seguinte mostra um monômero do diácido combinado com um monômero do diamino:

Além das ligações que unem os monômeros em uma cadeia de polímero, muitos polímeros formam ligações entre cadeias vizinhas. Estas ligações podem ser formadas diretamente entre as cadeias vizinhas, ou duas cadeias podem unir a uma terceira molécula comum. Embora não tão forte ou rígida quanto as ligações dentro da cadeia, estas ligação cruzada têm um efeito importante no polímero. Polímeros com um grau elevado de ligação cruzada tem "memória." Quando o polímero

estiver esticado, as ligações cruzadas previnem as cadeias individuais de passado deslizando um ao outro. As cadeias podem endireitar fora, mas uma vez a tensão é afastada e eles voltam à posição original e o objeto volta a sua forma original.

Um exemplo de formação de ligações cruzadas é vulcanização. Em vulcanização, são introduzidas umas séries de ligações cruzadas em um elastomero para dar isto força. Esta técnica é usada para fortalecer borracha geralmente.

Classes de Polímeros:

As duas classes de polímero principais são:

Elastômeros ou materiais borrachosos tem uma estrutura de ligação cruzada solta. Este tipo de estrutura de cadeia faz elastômeros possuírem memória. Tipicamente, sobre 1 entre 100 em média das ligações das moléculas são cruzadas. Quando o número comum de ligações cruzadas pára entre 1 e 30, o material fica mais rígido e frágil. Borrachas naturais e sintéticas são ambos os exemplos comuns de elastômeros. Plásticos são polímeros que, debaixo de condições apropriadas de temperatura e pressão, podem ser moldados ou podem ser amoldados (como soprar para formar um filme). Em contraste com os elastômeros, os plásticos têm uma maior dureza e baixa elasticidade. Todos os plásticos são polímeros, mas nem todos os polímeros são plásticos. Celulose é um exemplo de um polímero que deve ser modificado substancialmente antes de se processar com os métodos habituais usados para plásticos. São formados alguns plásticos, como fibra sintética e acetato de celulose, em fibras. Diariamente plásticos como polietileno e cloreto de polivinila substituem materiais tradicionais como papel e cobre em uma larga variedade de aplicações.

Morfologia de polímero

Desde polímeros que esmigalham ao toque a esses usados em coletes à prova de bala, a estrutura molecular, conformação e orientação dos polímeros podem ter um efeito principal nas propriedades macroscópicas do material.

Cristalização

Nós precisamos distinguir aqui, entre materiais cristalinos e amorfos e então o espetáculo de como estas formas coexistem em polímeros. Considere uma comparação entre um copo de vidro, um material amorfo, e o gelo que são cristalinos. Apesar do aparecimento comum deles como material duro, claro, capaz de ser derretido, uma diferença é aparente quando se vê com luz polarizada.

A morfologia da maioria dos polímeros é semi-cristalina. Quer dizer, eles formam misturas de cristais pequenos e material amorfo e derretem em cima de uma gama de temperatura em vez da um único ponto de derretimento. Os espetáculos materiais cristalinos um grau alto de impresso para encomendas dobrando e empilhando das cadeias de polímero. O amorfo ou copo-como espetáculos de estrutura nenhuma ordem de gama longa, e as cadeias são enroscadas como ilustrado abaixo.

 

Cristalino   Amorfo

Há alguns polímeros que são completamente amorfos, nada mais são que uma combinação com as regiões enroscadas e desordenadas que cercam as áreas cristalinas. Tal uma combinação é mostrada no diagrama seguinte.

Um sólido amorfo é formado quando as cadeias tiverem pequena orientação ao longo do polímero de tamanho. A temperatura de transição de copo é o ponto ao qual o polímero endurece em um sólido amorfo. Este termo é usado porque o sólido amorfo tem propriedades semelhante para copo.

No processo de cristalização, foi observado que cadeias relativamente curtas se organizam mais prontamente que moléculas mais longas em estruturas cristalinas. Então, o grau de polimerização (DP) é um fator importante determinando a cristalinidade de um polímero. Polímeros com um DP alto têm dificuldade que organiza em camadas porque eles tendem ser enroscados.

A taxa refrescante também influencia a quantia de cristais. Esfriando lentamente provê tempo para maiores quantias de cristalização acontecerem. Por outro lado, taxas rápidas como correnteza extinguem, renda materiais altamente amorfos. Recozendo subseqüente (aquecendo e segurando a uma temperatura apropriada debaixo do ponto de derretimento cristalino, seguiu esfriando lento) produzirá um aumento significante de cristalização na maioria dos polímeros, como também aliviando tensões.

Polímeros de baixo peso molecular (cadeias curtas) são geralmente mais fracos em força. Embora eles serem cristalinos, são fracos na força de Van der Waals. Isto permite as camadas cristalinas para deslizar uma à outra causando uma fratura no material. Na maioria dos polímeros, a combinação de formas de estruturas cristalinas e amorfas um material com propriedades vantajosas de força e dureza.

Também influenciando a morfologia de polímero, o tamanho e forma do monômeros. Se os monômeros forem grandes e irregulares, é difícil as cadeias de

polímero se organizarem de uma maneira ordenada, resultando em um sólido mais amorfo. Igualmente, monômeros menores, e monômeros que tem uma estrutura muito regular formará polímeros mais cristalinos.

Aplicações de Polímeros

Elastômeros

A borracha é o mais importante de todo os elastômeros. A borracha natural é um polímero cujo monômero é o isopreno. Este material, obtido do látex da árvore de borracha, foi usado por humanos durante muitos séculos. Porém, após 1823, aquela borracha se tornou o valioso material que nós sabemos hoje. Por aquele ano, Charles Goodyear teve sucesso em "vulcanização" da borracha natural aquecendo isto com enxofre. Neste processo, o enxofre ataca a cadeia polimérica e induz a formação de ligações cruzadas. O termo vulcanização é freqüentemente usado para descrever a ligação cruzada de todos os elastômeros.

A borracha mais usada nos Estados Unidos hoje é uma variedade sintética chamada borracha de estireno-butadieno (SBR). Inicialmente tentou-se produzir borracha sintética a partir do isopreno por causa de sua presença em borracha natural. Investigadores obtiveram sucesso ao usar butadieno e estireno com sódio metálico como o iniciador. Esta borracha foi chamada Buna-S-- "Bu" de butadieno, "na" do símbolo para sódio, e "S" de estireno. Durante a SEGUNDA GUERRA MUNDIAL, foram produzidas centenas de milhares de toneladas de borracha sintética com o governo controlando as fábricas. Depois da guerra, assumiu indústria privada e mudou o nome a borracha de estireno-butadieno. Hoje, os Estados Unidos consomem na ordem de um milhão de toneladas de SBR cada ano. Materiais de borracha sintéticos, naturais e outros são bastante importantes.

Plásticos

A maioria das matéria- primas para o desenvolvimento dos plásticos são obtidas do petróleo, e em menor escala do gás e da hulha. E das fontes naturais, da celulose obtêm-se os polímeroscelulosicos como : nitrato de celulose, propinato de celulose e outros. Da seringueira, a borracha natural. Os polímeros obtidos pelas matérias- primas estão sendo substituídos pelos polímeros obtidos por fontes sintéticas, ou seja, as resinas naturais são copiadas em laboratório, obtendo-se as resinas sintéticas. Polímeros são grandes moléculas formadas por repetições de uma unidade química chamada “mero”.

A criação do plástico não se pode atribuir a uma única pessoa, mas sim a vários pesquisadores, onde gradativamente houve uma evolução, chegando aos dias atuais À era do plástico, sendo o plástico um nome genérico, pois "plástico" se refere a vários materiais com características e composições diferentes.Podemos dizer que as pesquisas de grande importância começaram já no século passado. Tendo início em 1863 com o celulóide (nitrato de celulose) , obtido através do cozimento de fibras de madeira com ácido nítrico, com o objetivo de substituir o marfim. Porém devido a sua fragilidade a luz e calor o mesmo não teve boa aceitação, mas despertou o interesse em novas pesquisas. Em 1907, surgiu o primeiro plástico de aceitação e interesse comercial o Bakelite (Hendrik Bakeland), ficando restrito a aplicação em materiais elétricos. Após 1930, surgiram as primeiras resinas, permitindo novas pesquisas e surgimento de vários outros polímeros a partir dali, pois foi após 1930 que o Prof. Hermann Standiger desenvolveu o modelo estrutural dos polimeros. Já atualmente os polímeros exercem grande importância, estando presente na medicina, nas construções, no esporte, nos automóveis e etc.

Os Americanos consomem aproximadamente 60 bilhão libras de plásticos a cada ano. Os dois tipos principais de plásticos são os termoplásticos e termofixos (termorrígidos). Os termoplásticos amolecem com o aquecimento e endurecem ao esfriar enquanto os termofixos, com o aquecimento formam material rígido que não amolece com aquecimento futuro. Os termoplásticos respondem pela maioria de uso comercial.

Entre o mais importante e versátil das centenas de plásticos comerciais está o polietileno. Polietileno é usado em uma variedade larga de aplicações porque, baseado em sua estrutura, pode ser produzido em muitas formas diferentes. O primeiro tipo em ser explorado comercialmente foi chamado polietileno de baixa densidade (LDPE). Este polímero é caracterizado por um grau elevado de ramificações, é macio e flexível e tem aplicações que variam de sacolas plásticas, recipientes, tecidos, e isolamento elétrico.

Outra forma de polietileno que só difere de LDPE em estrutura é polietileno de alta densidade (HDPE) ou polietileno linear. Esta forma se manifesta com pequenas ou nenhuma ramificação, habilitando as moléculas a ser empacotadas firmemente. HDPE é muito mais rígido que se ramificou polietileno e é usado em aplicações onde rigidez é importante. Usos principais de HDPE são garrafas, e tampas de garrafa.

Outras formas deste material incluem polietilenos de altos peso molecular. HMW e UHMW, como eles são conhecidos. Estes são usados em aplicações donde são precisados materiais extremamente duros e elásticos.

Fibras

Fibras representam uma aplicação muito importante de materiais poliméricos, incluindo muitos exemplos das categorias de plásticos e elastômeros.

Fibras naturais como algodão, lã, e seda foram usadas por humanos durante muitos séculos. Em 1885, a seda artificial era patenteada e lançou a indústria de fibra moderna. Fibras artificiais incluem materiais como fibra sintética, poliéster, raiom, e acrílico. A combinação de força, peso, e durabilidade fez estes materiais serem muito importantes na indústria moderna. Fibras naturais e artificiais típicas podem ter relações axiais (relação de comprimento para diâmetro) de 3000 ou mais.

Foram desenvolvidos polímeros sintéticos que possuem características desejáveis, como um ponto de amolecimento alto para permitir passar a ferro, resistência à tração alta, dureza adequada, e qualidades de tecido desejáveis. Estes polímeros são formados de fibras com várias características.

Fibra sintética (um termo genérico para poliamidas) foi desenvolvido nos 1930 e usado para pára-quedas em SEGUNDA GUERRA MUNDIAL. Esta fibra sintética, conhecido por sua força, elasticidade, dureza, e resistência para abrasão, tem aplicações comerciais inclusive em roupas. A fibra sintética tem propriedades especiais que distinguem de outros materiais. Uma tal propriedade é a elasticidade. A fibra sintética é muito elástica, porém depois que limite elástico fosse excedido o material não volta a sua forma original. Como outras fibras sintéticas, a poliamida tem uma resistência elétrica grande. Esta é a causa para a formação de custos estáticos em alguns artigos de vestir e atapetar.

Processamento de Polímeros

Uma vez que um polímero com as propriedades certas é produzido, deve ser manipulado em alguma forma útil ou objeto. Vários métodos são usados na

indústria para se fazer isto. Injeção de molda e extrusão é usada para processar plásticos amplamente enquanto girar é que o processo produzia fibras.

Moldagem de injeção

Uma das formas amplamente usadas para se processar o plástico é a moldagem de injeção. Basicamente, um plástico é aquecido sobre sua temperatura de transição de copo (bastante de forma que o material se fluidiza) e então é forçado debaixo de pressão alta encher os conteúdos de um molde. O plástico fundido que normalmente se pressionou no molde por um carneiro ou um parafuso reciprocando. O plástico é resfriado e é então retirado do molde em sua forma final. A vantagem da moldagem de injeção é velocidade; este processo pode ser executado muitas vezes a cada segundo.

Extrusão

Extrusão é semelhante à injeção e molda quando o plástico é forçado em um dado lugar num molde. Porém, a desvantagem de extrusão é que os objetos feitos têm que ter a mesma forma seccional. Os tubos e mangueiras são produzidos desta maneira.

Girando

O processo produtor de fibras é giratório. Há três tipos principais de girar: fundição, seco, e úmido. A fundição é usada para polímeros que podem ser derretidos facilmente, uma massa de polímero está aquecida até que fluirá. O polímero fundido é bombeado à face de um disco de metal que contém muitos buracos pequenos. Fluxos minúsculos de polímero que emerge destes buracos (chamou filamentos) é arejado junto como solidificam eles, enquanto formando uma fibra longa. Velocidades de até 2500 pés/minuto podem ser empregados. O processo seco envolve dissolvendo o polímero em uma solução que pode ser evaporada. O processo úmido é usado quando o solvente não pode ser evaporado e deve ser removido através de meios químicos. Fundição girando,.

Reciclagem e Conscientização

Quando se fala em reciclagem, logo se imagina reaproveitamento do lixo, porém mesmo antes de qualquer material plástico ir para o lixo, poderá haver um trabalho de reciclagem, redução ou identificação de material a ser re-aproveitado, já durante ou logo após a fabricação. Neste aspecto deve-se entender então como uma conscientização de redução do material a ser reciclado, ou seja, reduzir o volume de material que provavelmente chegará ao lixo. Além desta conscientização, em muitos os casos, pelo menos na maioria, haverá ganhos significativos não só para o meio ambiente como também para o processador. Tendo em vista as seguintes categorias: termoplásticos, termorrígidos e elastômeros. Pode-se afirmar que todos os termoplásticos são recicláveis, mesmo tendo alguns com características que dificultam este processo. Para termorrígidos, já não se considera reaproveitável, a não ser por novas tecnologias que estão surgindo, para transformar este tipo de material em cargas, a serem injetadas como reforços para termoplásticos. Para elastômeros também se considera que este não é reciclável, pelo menos em métodos convencionais, pois poderão vir a ser reaproveitados quimicamente, em instalações complexas que ainda estão em desenvolvimento.

Além das dificuldades de reciclagem dos plásticos, se estes chegarem ao lixo, então o processo se tornará ainda mais difícil, pois quando já no lixo, o plástico deverá ser separado do próprio lixo e também em gênero e tipo.

Diante destas dificuldades, o material plástico acaba sendo incinerado ou

aterrado; quando incinerado haverá prejuízos ao meio ambiente devido à emissão de material tóxico no ar e resíduos ao solo ; quando for aterrado o tempo de degradação e toxidade ao solo será muito longo, e trivial que isto será danoso ao meio ambiente.

A reciclagem ou a reaproveitamento de material a ser reciclado é o melhor caminho para o meio ambiente. Surge então a necessidade de conscientização dos processadores de material plástico: reduzindo ao máximo a geração de sucata plástica; reciclando esta sucata já durante ou logo após o processo de fabricação; ou identificando o plástico para que este seja facilmente separado do lixo, se ele chegar até lá.

Outro trabalho de conscientização pode ser feito também para aquele material que inevitavelmente chega ao lixo. Este trabalho esta voltado à população que deve aprender como separar o plástico do lixo, antes que este chegue ao aterro ou incinerador.

Em dois tópicos pode-se discutir quais os caminhos para estes trabalhos:

I) Evitar grandes volumes de sucata plástica; II) identificar o material a ser recicladoNo primeiro tópico existem algumas maneiras pelas quais pode-se evitar a grande geração de sucatas plásticas:

a) Ao construir um molde deve-se prever o canal de injeção, onde o canal deverá ter peso depois de injetado no máximo de 30% do peso de injeção do produto deste molde. Esta ação permite que seja feito a reciclagem já ao pé da injetora, com moinhos e transportadores a um dosador, que fará a mistura do material virgem com o reciclado.b) Construir moldes com sistemas de câmara quente, onde todo o canal de injeção será eliminado, pois no momento da injeção o canal fica no estado fundido, e no próximo ciclo fará parte do produto injetado. Este tipo de processo ao meu ver deveria ser exigido pelas autoridades daqueles que processam megas quantidades de plástico.

a) Já existem simbologias normalizadas para identificação dos plásticos, onde esta simbologia fica gravada no produto injetado, facilitando a identificação deste plástico quando chega no lixo, porém esta identificação não é adotada em todas as empresas, e também não e utilizada nos canais de injeção que são sucateados. Outro agravante é que esta simbologia ainda é muito restrita, pois existem muitos tipos de plásticos e poucos símbolos normalizados. Neste caso também as autoridades deveriam exigir mais dos órgãos normatizadores, e também dos processadores de plásticos. Uma outra opção seria, limitar os tipos de plásticos utilizados para o setor de embalagens, que é o maior envolvido neste tema.

Este caminho seria então uma das soluções para se ter facilidade de separação por tipo e gênero de material plástico que chega ao lixo. Dentre os tópicos "I" e "II" já existem empresas que praticam todos os itens, porém existem empresas que não praticam todos, ou até mesmo nenhum.

http://cheirosdaterra.hd1.com.br/polimeros_01.htm

Polímeros

Polímeros são compostos orgânicos e também reações de difícil execução em laboratório, tanto que, até a primeira metade do século XIX acreditava-se na chamada Teoria da Força Vital enunciada por Berzelius. Até o século XIX somente era possível utilizar polímeros produzidos naturalmente, pois não havia tecnologia disponível para promover reações entre os compostos de carbono. Isso caracteriza a 1ª fase da história dos polímeros.

Na 2ª fase Friedrich Wöhler, discípulo de Berzelius, derruba a teoria da Força Vital. Com essa derrubada as pesquisas sobre química orgânica se multiplicam. Em 1883 Charles Goodyear descobre a vulcanização da borracha natural. Por volta de 1860 já havia a moldagem industrial de plásticos naturais reforçados com fibras, como a goma-laca e a gutta-percha. Em 1910 começa a funcionar a primeira fábrica de rayon nos EUA e em 1924 surgem as fibras de acetato de celulose.

Na 3ª Fase, Henri Victor Regnault polimeriza o cloreto de vinila com auxílio da luz do sol, EINHORN & BISCHOFF descobrem o policarbonato. Esse material só voltou a ser desenvolvido em 1950 e finalmente em [1970], BAEKELAND sintetiza resinas de fenol-formaldeído. É o primeiro plástico totalmente sintético que surge em escala comercial.

O período entre 1920 e 1950 foi decisivo para o surgimento dos polímeros modernos. Durante a década de 1960 surgem os plásticos de engenharia. Na década de 1980 observa-se um certo amadurecimento da Tecnologia dos Polímeros: o ritmo dos desenvolvimentos diminui, enquanto se procura aumentar a escala comercial dos avanços conseguidos.

Finalmente na década de 1990 os catalisadores de metaloceno, reciclagem em grande escala de garrafas de PE e PET, biopolímeros, uso em larga escala dos elastômeros termoplásticos e plásticos de engenharia. A preocupação com a reciclagem torna-se quase uma obsessão, pois dela depende a viabilização comercial dos polímeros.

A partir do final da década de 1990, novas técnicas de polimerização começam a ser investigadas, onde se consegue ter um grande controle da massa molecular e do índice de polidispersividade do polímero. Assim, começam a ser conhecidas as técnicas de polimerização radicalar controlada, como a RAFT, a NMP e a ATRP.

[editar] Reações Polimerização

A polimerização é uma reação em que as moléculas menores (monómeros) se combinam quimicamente (por valências principais) para formar moléculas longas, mais ou menos ramificadas com a mesma composição centesimal. Estes podem formar-se por reação em cadeia ou por meio de reações de poliadição ou policondensação. A

polimerização pode ser reversível ou não e pode ser espontânea ou provocada (por calor ou reagentes).[1]

Exemplo: O etileno é um gás que pode polimerizar-se por reação em cadeia, a temperatura e pressão elevadas e em presença de pequenas quantidades de oxigênio gasoso resultando uma substância sólida, o polietileno. A polimerização do etileno e outros monómeros pode efetuar-se à pressão normal e baixa temperatura mediante catalisadores. Assim, é possível obter polímeros com cadeias moleculares de estrutura muito uniforme.

Na indústria química, muitos polímeros são produzidos através de reações em cadeia. Nestas reações de polimerização, os radicais livres necessários para iniciar a reação são produzidos por um iniciador que é uma molécula capaz de formar radicais livres a temperaturas relativamente baixas. Um exemplo de um iniciador é o peróxido de benzoíla que se decompõe com facilidade em radicais fenilo. Os radicais assim formados vão atacar as moléculas do monómero dando origem à reação de polimerização..

[editar] Características

Uma das principais e mais importantes características dos polímeros são as mecânicas. Segundo ela os polímeros podem ser divididos em termoplásticos, termoendurecíveis (termofixos) e elastômeros (borrachas).

[editar] Termoplásticos

Termoplástico é um dos tipos de plásticos mais encontrados no mercado. Pode ser fundido diversas vezes, alguns podem até dissolver-se em vários solventes. Logo, sua reciclagem é possível, característica bastante desejável atualmente.

[editar] Termorrígidos (Termofixos)

São rígidos e frágeis, sendo muito estáveis a variações de temperatura. Uma vez prontos, não mais se fundem. O aquecimento do polímero acabado promove decomposição do material antes de sua fusão, tornando sua reciclagem complicada.

[editar] Elastômeros (Borrachas)

Classe intermediária entre os termoplásticos e os termorrígidos: não são fusíveis, mas apresentam alta elasticidade, não sendo rígidos como os termofixos. Reciclagem complicada pela incapacidade de fusão.

[editar] Aplicações

O plástico é um dos materiais que pertence à família dos polímeros, e provavelmente o mais popular. É um material cada vez mais dominante em nossa era e o encontramos frequentemente em nosso dia a dia.

Por exemplo Na maioria das vezes não se faz uma polimerização direta, mas com terminais de extremidades para a descaregação de energia total. Mesmo que o polímero não se decomponha facilmente ( geralmente levam décadas para isso), os polímeros são bastante usados nos afazeres de casa, nas construções, nas indústrias e etc.

Por que há balde em plástico e não de chapa metálica ou madeira, como antigamente? Resposta: O plástico é mais leve que os outros materiais. Os compósitos poliméricos são usados em aplicações estruturais devido a uma combinação favorável de baixa massa específica e desempenho mecânico elevado. Para que carregar um pesado balde metálico se o plástico torna o balde leve e estável o suficiente para transportar água?

Por que os fios elétricos são revestidos de plástico e não mais de porcelana ou tecido isolante, como antigamente? Resposta: O revestimento plástico é mais flexível que a porcelana. Também é bem mais robusto e resistente às intempéries do que os tecidos. E tudo isso sem prejudicar o isolamento elétrico que é absolutamente vital neste caso.

Por que as geladeiras são revestidas internamente com plástico? Resposta: O plástico é robusto o suficiente e é um ótimo isolante térmico, exigindo menor esforço do compressor para manter os alimentos congelados.

Por que o CD é feito de plástico? Resposta: O plástico utilizado neste caso – policarbonato (ou, abreviadamente, PC) - é tão transparente quanto o vidro, ao mesmo tempo que é mais leve e é bem menos frágil.

[editar] Exemplos

Polímeros termoplásticos (Polímeros de adiçao)

PC - Policarbonato

Aplicações: Cd´s, garrafas, recipientes para filtros, componentes de interiores de aviões, coberturas translúcidas, divisórias, vitrines, etc.

PU – Poliuretano

Aplicações: Esquadrias, chapas, revestimentos, molduras, filmes, estofamento de automóveis, em móveis, isolamento térmico em roupas impermeáveis, isolamento em refrigeradores industriais e domésticos, polias e correias.

PVC - Policloreto de vinila ou cloreto de polivinila

Aplicações: Telhas translúcidas, portas sanfonadas, divisórias, persianas, perfis, tubos e conexões para água, esgoto e ventilação, esquadrias, molduras para teto e parede.

PS - Poliestireno

Aplicações: Grades de ar condicionado, gaiútas de barcos (imitação de vidro), peças de máquinas e de automóveis, fabricação de gavetas de geladeira, brinquedos, isolante térmico, matéria prima do isopor.

PP - Polipropileno

Aplicações: brinquedos, recipientes para alimentos, remédios, produtos químicos, carcaças para eletrodomésticos, fibras, sacarias (ráfia), filmes orientados, tubos para cargas de canetas esferográficas, carpetes, seringas de injeção, material hospitalar esterilizável, autopeças (pára-choques, pedais, carcaças de baterias, lanternas, ventoinhas, ventiladores, peças diversas no habitáculo), peças para máquinas de lavar.

Polietileno Tereftalato (PET)

Aplicações: Embalagens para bebidas, refrigerantes, água mineral, alimentos, produtos de limpeza, condimentos; reciclado, presta-se a inúmeras finalidades: tecidos, fios, sacarias, vassouras.

Plexiglas - é conhecido como vidro plástico.

[editar] Polímeros termoendureciveis (termofixos) (polimeros de condensaçao)

Baquelite: usada em tomadas, telefones antigos e no embutimento de amostras metalográficas.

Poliéster: usado em carrocerias, caixas d'água, piscinas, dentre outros, na forma de plástico reforçado (fiberglass).

[editar] Elastômeros (borrachas)(Copolímeros) Poliisopreno - borracha semelhante à natural Buna S

Aplicações: pneus, câmaras de ar, vedações, mangueiras de borracha.

Buna N ou perbunan Neopreno ou policloropreno

[editar] Reciclagem

Alguns polímeros, como termofixos e borrachas, não podem ser reciclados de forma direta, pois não existe uma forma de refundí-los ou depolimerizá-los.

Na maioria das vezes a reciclagem de termoplásticos não é economicamente viável devido ao seu baixo preço e baixa densidade. Somente plásticos consumidos em massa, como o PE e PET, apresentam bom potencial econômico. Outro problema é o fato de os plásticos reciclados serem encarados como material de segunda classe.

Quando a reciclagem não é possível a alternativa é queimar os plásticos, transformando-os em energia. Porém os que apresentam halogênio, como o PVC e o PTFE, geram gases tóxicos na queima. Para que isso não ocorra esse material deve ser encaminhado para dehalogenação antes da queima.

http://pt.wikipedia.org/wiki/Pol%C3%ADmero