Técnicas de Caracterização de Polímeros

Sérgio Henrique PezzinPrograma de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais UDESC

Aspectos Preliminares

Motivação Principal da Caracterização:

Relacionar a estrutura ao desempenho do polímero

Otimizar e controlar o processo de polimerização

Identificação de produtos poliméricos

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 !!

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)

Variáveis estruturais em polímeros

Tipos de distribuição de elementos estruturais ao longo de uma cadeia polimérica

Tipo Natureza do processo

randômico Estocástico

Bloco (A)n – (B)n Programado

Alternado [(A) – (B)]n Controlado

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

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.

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.

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

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.

Determinação de Massa Molar

Por que é importante ?

Tipos de Massa Molar

Massa Molar Numérica Média (Mn)

Tipos de Massa Molar

Massa Molar Ponderal Média (Mw)

Tipos de Massa Molar

Polidispersividade

Ip = Mw 1 Mn

Distribuição de Massa Molar

Distribuição de Massa Molar