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

Físico-Química de Polímeros

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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?. - PowerPoint PPT Presentation

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Page 1: Físico-Química de Polímeros

Físico-Química de Polímeros

Prof. Sérgio Henrique Pezzin

Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais

UDESC - Joinville

Page 2: Físico-Química de Polímeros

O que são Polímeros?

Polímeros são macromoléculas compostas

pela repetição de uma unidade básica,

chamada mero.

Page 3: Físico-Química de Polímeros

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)-.

Page 4: Físico-Química de Polímeros

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

Page 5: Físico-Química de Polímeros

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.

Page 6: Físico-Química de Polímeros

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.

Page 7: Físico-Química de Polímeros

Cronologia da Tecnologia dos Polímeros

2ª 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 de polímeros naturais de modo a torná-los mais adequados a certas aplicações.

• 1839: GOODYEAR (E.U.A.) descobre a vulcanização da borracha natural.

Page 8: Físico-Química de Polímeros

Cronologia da Tecnologia dos Polímeros

2ª 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.

Page 9: Físico-Química de Polímeros

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

Page 10: Físico-Química de Polímeros

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.

Page 11: Físico-Química de Polímeros

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

Page 12: Físico-Química de Polímeros

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.

Page 13: Físico-Química de Polímeros

Homopolímero

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 ~

Page 14: Físico-Química de Polímeros

Copolímero

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)

Page 15: Físico-Química de Polímeros

Copolímeros Estatísticos ou Randômicos

Nestes copolímeros

os meros estão

dispostos de forma

desordenada na

cadeia do polímero

~ A - A - B - A - B - B ~

Page 16: Físico-Química de Polímeros

Copolímeros Alternados

Nestes copolímeros

os meros estão

ordenados de forma

alternada na cadeia

do polímero

~ A - B - A - B - A - B ~

Page 17: Físico-Química de Polímeros

Copolímeros em Bloco

O copolímero é

formado por

sequências de

meros iguais de

comprimentos variáveis

~ A - A - B - B - B - A - A ~

Page 18: Físico-Química de Polímeros

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

Page 19: Físico-Química de Polímeros

Propriedades e Aplicações dos

Termoplásticos e Termorrígidos

Page 20: Físico-Química de Polímeros

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

Page 21: Físico-Química de Polímeros

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

Page 22: Físico-Química de Polímeros

Polipropileno - PP

• Aplicações:– Pára-choques de automóveis– Brinquedos– Recipientes para alimentos– Tubos para cargas de caneta– Peças de interior de automóveis

Page 23: Físico-Química de Polímeros

Polipropileno - PP

Page 24: Físico-Química de Polímeros

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

Page 25: Físico-Química de Polímeros

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.

Page 26: Físico-Química de Polímeros

Poliestireno - PS

Page 27: Físico-Química de Polímeros

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

Page 28: Físico-Química de Polímeros

Polietileno - PE• Aplicações:

– Objetos de uso doméstico;

– Embalagens;

– Revestimento de frigorífico;

– Material hospitalar;

– Brinquedos;

– Peças automobilísticas;

– Garrafas flexíveis

Page 29: Físico-Química de Polímeros

Polietileno - PE

Page 30: Físico-Química de Polímeros

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

Page 31: Físico-Química de Polímeros

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

Page 32: Físico-Química de Polímeros

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

Page 33: Físico-Química de Polímeros

Poli(cloreto de vinila) - PVC

Page 34: Físico-Química de Polímeros

Poli(tetrafluoretileno) - PTFE

• Características:– Boa resistência mecânica, térmica e química;– Fácil reciclabilidade;– Baixo coeficiente de fricção;– Baixa aderência;– Boa resistência ao impacto

Page 35: Físico-Química de Polímeros

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

Page 36: Físico-Química de Polímeros

Poli(tetrafluoretileno) - PTFE

Page 37: Físico-Química de Polímeros

Poli(metacrilato de metila) - PMMA

• Características: – Semelhante ao vidro;– Conhecido como acrílico;– Propriedades mecânicas boas;– Resistência ao impacto boa;– Resistência a intempéries elevada;– Tranparente

Page 38: Físico-Química de Polímeros

Polimetacrilato de metila - PMMA

• Aplicações:– Painéis;– Letreiros;– Vidraças;– Fibras ópticas;– Visores;– Lentes;– Vidros de relógio

Page 39: Físico-Química de Polímeros

Poli(metacrilato de metila) - PMMA

Page 40: Físico-Química de Polímeros

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

Page 41: Físico-Química de Polímeros

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

Page 42: Físico-Química de Polímeros

Policarbonato - PC

Page 43: Físico-Química de Polímeros

Copolímero Acrilonitrila-butadieno-estireno - ABS

• Aplicações:– Cartões telefônicos;– Malas de viagem;– Capacetes;– Brinquedos;– Peças automobilísticas

Page 44: Físico-Química de Polímeros

Acrilonitrila-butadieno-estireno ABS

Page 45: Físico-Química de Polímeros

Poliamidas - Nylon

• Características:– Boas propriedades mecânicas;– Resistente a abrasivos;– Baixo coeficiente de atrito;– Absorve água e outros líquidos

Page 46: Físico-Química de Polímeros

Poliamidas - Nylon

Page 47: Físico-Química de Polímeros

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 , peças usinadas e moldadas em geral

Page 48: Físico-Química de Polímeros

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

Page 49: Físico-Química de Polímeros

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

Page 50: Físico-Química de Polímeros

Resinas Fenólicas - Termorrígidos

Produtos:

Page 51: Físico-Química de Polímeros

Epoxis - Termorrígidos

– Automotiva – Embalagens de bebidas e alimentos (enlatados) – Construção civil (revestimentos de pisos, adesivos) – Naval e Nautico – Eletrodomésticos – Autopeças – Eletroeletrônicos – Manutenção anti-corrosiva – Móveis – Transformadores de distribuição – Buchas Isoladoras, Disjuntores – Transformadores de medição de corrente e potencial

Page 52: Físico-Química de Polímeros

Epoxis - Termorrígidos

Produtos:

Page 53: Físico-Química de Polímeros

Poliésteres - Termorrígidos

– Alta resistência mecânica;– Alta resistência elétrica;– Estabilidade dimensional;– Resistência ao UV;– Auto-extinção;– Resistência química;– Resistência a temperatura

Page 54: Físico-Química de Polímeros

Poliésteres - Termofixos

– Chaveiros, Crachás, Placas Indicativas;– Relógios;– Eletro-eletrônicos;– Automobilístico;– Móveis escolares;– Capacetes

Page 55: Físico-Química de Polímeros

Características próprias das Macromoléculas

Emaranhamento de cadeias

Grande somatória de forças intermoleculares

Baixa velocidade de deslocamento

Page 56: Físico-Química de Polímeros

Distribuição de Massa Molar

Page 57: Físico-Química de Polímeros

Distribuição de Massa Molar

Page 58: Físico-Química de Polímeros

Polímeros Não Lineares

Cadeias ramificadas Cadeias entrecruzadas

Page 59: Físico-Química de Polímeros

Polímeros Não Lineares

Cadeias micelares Dendrímeros

Page 60: Físico-Química de Polímeros

Vulcanização: Um exemplo de reticulação de polímeros

Page 61: Físico-Química de Polímeros

A Transição Vítrea

Page 62: Físico-Química de Polímeros

A Transição Vítrea

Page 63: Físico-Química de Polímeros

Cristalinidade em Polímeros

Page 64: Físico-Química de Polímeros

Cristalinidade em Polímeros

Page 65: Físico-Química de Polímeros

Cristalinidade em Polímeros

Page 66: Físico-Química de Polímeros

Cristalinidade em Polímeros

Page 67: Físico-Química de Polímeros

Cristalinidade em Polímeros

Page 68: Físico-Química de Polímeros

Cristalinidade em Polímeros

Page 69: Físico-Química de Polímeros

Taticidade

Page 70: Físico-Química de Polímeros

Taticidade

Page 71: Físico-Química de Polímeros

Fibras

Page 72: Físico-Química de Polímeros

Elastômeros Termoplásticos

• Ionômeros

Page 73: Físico-Química de Polímeros

Elastômeros Termoplásticos

• Copolímeros Bloco

Page 74: Físico-Química de Polímeros

Elastômeros Termoplásticos