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Polímeros

Conceito:

- Cadeias de moléculas formadas por unidades estruturais repetidas (monômeros - grau de polimerização) ligação covalente

- Podem ser de origem natural (celulose, lignina, proteínas, amido) ou sintética (plásticos, borrachas)

- Ex. de sintéticos: sacolas plásticas, para-choques de automóveis, canos para água, panelas antiaderentes, mantas, colas, tintas, chicletes, etc.

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Classificação quanto ao processo de preparação

a) Polímeros de adição ou de cadeia:

São polímeros cujos monômeros são idênticos.

Ex: polietileno

Os polímeros são classificados de acordo com o processo de preparação, de estrutura e de ocorrência.

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b) Copolímeros: São polímeros cujos monômeros são diferentes

c) Polímeros de condensação: São polímeros cuja formação dá-se com a retirada de moléculas de pequena massa molecular.

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Classificação quanto à estrutura

A) TERMOPLÁSTICOS

- ligações lineares;

- são moldáveis com a variação de temperatura (viscosidade reduzida);

- possuem massa molar elevada;

- são recicláveis pois não são decompostos com facilidade pela natureza;

- o processo de cura é reversível;

- Podem ser fundidos ou amolecidos quando se eleva a temperatura,

tornando a solidificar ao serem resfriados;

- são usados como solução ou em dispersão em água;

- polipropileno, o polietileno, o polimetil-metacrilato (ou acrílico) e

o policloreto de vinil (PVC), borracha.

B) TERMOFIXOS

- ligações cruzadas unem

- Polímeros tridimensionais que resistem fisicamente variações térmicas;

- Possuem massa molar baixa;

- Uma vez formado não pode mais ser fundido, pois o aumento da temperatura causa sua

degradação (endurecem por meio de reações químicas ativadas pela temperatura ou

catalisadores);

- São resistentes a umidade e ao calor;

- A prensagem é realizada para forçar o líquido adesívico a fluir sobre a superfície,

deslocando o ar, e penetrando na madeira;

- Exemplos de termofixos: resina epóxi (Durepóxi®) e material de bolas de bilhar; FF, UF,

MF,...

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Classificação quanto à ocorrência

a) Polímeros Naturais- São aqueles que existem na natureza;

- Ex.: Celulose, algodão, lã de carneiro e seda do bicho-da-seda.

A celulose, o amido e o glicogênio são polissacarídeos, uma vez que são

obtidos pela polimerização do monossacarídeos (C6H12O6).

- Borracha; Polissacarídeos; Proteínas; Borracha Natural → extraída da seringueira (Látex)

Elastômero

- não podem ser fundidos, mas são mais flexíveis que os termorrígidos;

- suporta grandes deformações antes da ruptura;

- Conhecido como cola de contato (cola de sapateiro) –secagem longa;

- Exige longo tempo para secagem, pressão e temperatura adequada;

- Adesivo-Adesivo

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b) Polímeros Sintéticos- São os obtidos artificialmente;

- Ex.: Acrílico, isopor, teflon, PVC, polivinil, polietileno e outros.

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PRINCÍPIOS BÁSICOS DE COLAGEM

São três as teorias:

* Teoria mecânica;

* Teoria da difusão de polímeros;

* Teoria da adesão química.

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Princípios básicos da colagem

Teoria mecânica

Parte de uma chave mecânica, ou ancoramento, do adesivo dentro

de cavidades, poros e asperezas da superfície para ser o principal

fator determinante da resistência adesiva;

Na maioria dos casos, o aumento da adesão pela ligação mecânica

pode ser atribuído simplesmente ao aumento da área interfacial

devido a rugosidade da superfície e no quanto as características do

substrato irão permitir a penetração do adesivo nos poros e

cavidades;

É aumentada melhorando-se o contato entre as irregularidades da

superfície. A viscosidade e outras propriedades de adesivos, são,

portanto, importantes para este mecanismo. 11

Princípios básicos da colagem

Teoria da difusão de polímeros

A adesão ocorre através da difusão de segmentos de cadeias de

polímeros a nível molecular através da interface, que permite uma

absorção gradual.

Tal mecanismo pressupõe que correntes moleculares ou elos de

correntes são suficientemente móveis e mutuamente solúveis;

Fundamental para explicar os processos de penetração e

solidificação. Portanto, se o fenômeno da interdifusão está envolvido,

a resistência da junta irá depender de diferentes fatores (tempo de

contato, temperatura, natureza e peso molecular dos polímeros)

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Princípios básicos da colagem

Teoria da adesão química

A adesão ocorre através de ligações primárias (iônicas ou

covalentes) e/ou forças secundárias intermoleculares secundárias .

A força de uma ligação covalente geralmente encontra se entre 100

a 1.000kJ mol-1, enquanto que a ligação de van der Waals e pontes

de hidrogênio (próximas de 50kJ mol-1).

A formação da ligação química depende da reatividade entre o

adesivo e o substrato.

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Adesão Física-Pontes de Hidrogênio- van der Waals-Forças eletrostáticas-Forças dipolares

Adesão Química-Ligação covalente-Absorção química

Adesão Mecânica

Escala de Atuação2 mm 0,1 mm

Adesão total

Adesão específica

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Na formação da ligação substrato-adesivo, os adesivos executam cinco ações de movimentação, também chamado de funções de mobilidade do adesivo:

a) Fluidez

b) Transferência

c) Penetração

d) Umedecimento

e) Solidificação

Princípios básicos da colagem

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A) FLUIDEZ – escoamento da massa líquida (adesivo) sobre a superfície do substrato;

b) TRANSFERÊNCIA – movimento do adesivo para penetrar a estrutura capilar e porosa do substrato;

c) PENETRAÇÃO – movimento do adesivo para penetrar a estrutura capilar e porosa do substrato;

d) UMEDECIMENTO – movimento do adesivo para recobrir a estrutura microscópica do substrato;

e) SOLIDIFICAÇÃO – movimentos envolvidos na mudança do estado físico (líquido – sólido) através de processos químicos.

Princípios básicos da colagem:Funções de mobilidade do adesivo

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a) Fase de espalhamento da cola que é aplicada sobre uma superfície da madeira. Ocorre algum umedecimento espontâneo na superfície da madeira.

b) Movimentação da cola devido sua fluidez no plano da superfície da madeira e ainda transferência de adesivo para as duas faces.

c) Devido ao aumento da pressão ocorre movimento da penetração na estrutura capilar da madeira e ainda o umedecimento para ocorrer maior permeabilidade e contato.

d) A pressão continua sobre as peças e ocorre a movimentação completa da cola, havendo uma permeabilidade no sentido de dar credibilidade (solidificação) ao processo.

MOVIMENTO DO ADESIVO NA LINHA DA COLA

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Ponto de ancoragem

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Ponto de ancoragem

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1: Filme do adesivo;

2 e 3: camada de ligação intra-adesivo;

4 e 5: interface adesivo / aderente;

6 e 7: sub-superfície da madeira;

8 e 9: madeira

Processo de colagem: interface entre adesivo líquido > superfície madeira >

ações de movimento > solidificação do adesivo > formação da ligação entre

duas peças

Elos de conexão adesivo-madeira

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3

5

4

7

6

9

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Fatores que influenciam na eficiência e qualidade da colagem

• Características (propriedades) adesívicas

– Viscosidade

– Tempo de formação de gel

– Teor de sólidos

– pH

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• Características da madeira

– Anatomia (lenho, cerne, idade, grã,...)

– Propriedades físicas (dens., umidade)

– Propriedades químicas (cinzas, extr., pH, ...)

– Propriedades mecânicas (tensões)

Fatores que influenciam na eficiência e qualidade da colagem

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• Condições de colagem

• Condições de uso do produto

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Fatores que influenciam na eficiência e qualidade da colagem

Principais adesivos• Naturais

– Origem animal – glutina (couro, pele, ossos), caseína (leite), albumina (sangue)– Origem vegetal – soja, taninos, amido, trigo, borracha– Éter celulósico

• Termoplásticos– PVAc; Hot Melt; Polietileno; Polistirol; Borracha sintética

• Termofixos (termoendurecedores)– UF– FF– MUF– MF– TF– RF– RFF– FMUF– Licor sulfito– Isocianato (MDI)

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Taninos

• grande grupo de substâncias naturais, complexas, de

natureza fenólica, hidrossolúveis, com peso molecular entre

500 e 3000 Dalton e que, além das reações clássicas dos

fenóis, apresentam a propriedade de precipitar alcalóides,

gelatina e outras proteínas;

• historicamente usados para “curtir” couro;

• responsáveis pela adstringência de muitos frutos e outros

produtos vegetais.

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Hidrolisáveis

- São misturas de fenóis simples como pirogalol e ácido elágico, e também ésteres do ácido gálico com açúcares simples (glucose).

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Condensados

- polímeros de pesos moleculares variados, formados por unidades flavonóides.

+ 90% da produção mundial de taninos comerciais.

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Características tecnológicas aproximadas

• Fácil obtenção

• Aceita tratamentos diferenciados

• Rendimento entre 0,4 e 38 %

• Viscosidade entre 150 e 875 Cp

• Teor de sólidos entre 38 e 40 %

• Tempo de gel entre 25 e 53 min.

• pH entre 3,7 e 5,9

São influenciadas pela temperatura de extração, concentração e tipo de sal, idade da planta, posição de coleta, local, espécie ...

Algumas limitações > baixa resistência coesiva e à umidade > minimizado com adição de resinas RF, FF, UF 28

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Uréia formaldeído

• Utilizada em ambientes internos devido a hidrólise pela água.

• Ponto de cura entre 90 a 140 ºC (sulfato de amônia)

• Colagem a “frio” usa-se catalisadores (ácido cítrico, fórmico e

tártaro)

• pH entre 7,2 a 8,0

• Densidade (25°C): 1,25 – 1,30 g/cm³

• Teor de sólidos entre 60 a 78 %

• Viscosidade entre 300 a 1.000 Cp

• Tempo de gel entre 2,0 e 2,5 min.

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UF

Pleszczak (2010)30

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• São produtos de condensação de formaldeído e fenol envolvendo processos de química orgânica altamente complexos

• A coloração pode ser considerada uma desvantagem

• O fenol-formaldeído é resistente a aditivos como fungicidas e a retardantes de fogo

• Uso externo

Fenol formaldeído

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• Colagem a quente – catalisador: carbonato de potássio

• Teor de sólidos entre 48 a 60%

• Temperatura de cura entre 130 a 180ºC

• pH entre 11 e 13

• Viscosidade entre 300 a 600 Cp

• Tempo de gel 44 min (6 – 11 min.)

• Densidade (25°C): 1,19 – 1,25 g/cm³

Fenol formaldeído

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FF

Ple

szcz

ak(2

01

0)

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Hot Melt

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– Adesivo na forma sólida;

– Fundido à alta temperatura na superfície da madeira;

– Copolímero de etileno com acetato de vinila, polietileno e poliamida

– Aplicações: junção de lâminas e sarrafos

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Melanina formaldeído

• Indicada para aplicações que requerem alta resistência à umidade, como em usos estruturais

• Fabricação atual (para madeira) em escala comercial as resinas compostas, tais como melamina-uréia-formaldeído (40%) e melamina-fenol-formaldeído, para aplicações semi-estruturais, com maior resistência à umidade e custos compatíveis.

• Muito usado em painel sarrafeado

• Uso exterior e semi-exterior e para preparação de papel laminado de alta pressão e revestimento em painéis

• Linha de cola clara

• Custo elevado (chega a 5x para UF e 30% para FF) MUF (40:60)

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• pH entre 7,5 e 10,0

• Teor de sólidos entre 53 e 55 %

• Densidade (25°C): 1,28 – 1,29 g/cm³

• Mesmos catalisadores da UF

• Temperatura de cura entre 65 e 130 ºC (sem catalisador)

• Viscosidade Brookfield (25°C): 150 – 210cp

• Forma líquida (1 semana – 30 a 35 ºC) e na forma de pó (1 ano)

Melanina formaldeído

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MF

Ple

szcz

ak(2

01

0)

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Ple

szcz

ak(2

01

0)

MF

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MF

Ple

szcz

ak(2

01

0)

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Resorcinol formaldeído

• Resina em forma líquida e catalisador em pó;

• Poder ser copolimerizado com Fenol;

• Linha de cola vermelha escura;

• Resorcinol puro cura à temperatura ambiente;

• Mistura com fenol: cura de 21 a 66°C;

• Elevada resistência à água, variações de umidade e altas temperaturas;

• Alta resistência mecânica;

• Alto Custo.

• Viscosidade Brookfield (25°C): 500 – 800 cP

• Teor de sólidos (0,5g/3h/105°C): 53 – 55%

• pH (25°C): 6,9 – 7,5

• Gel time (21°C): 4 – 6 h 40

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RF

Pleszczak (2010)

Ple

szcz

ak(2

01

0)

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PVAc

• Solução líquida e leitosa;

• Pode ser utilizado juntamente com outros polímeros que permitem o cross-linking com uso de catalisador;

• Curável à temperatura ambiente ou prensa quente;

• Puro: Baixa resistência à umidade e temperatura;

• Reticulado: Aumento da resistência à umidade e temperatura.

• TS entre 51 a 55 %

• Viscosidade entre 6.000 a 8.000 Cp

• pH entre 4,0 a 5,0

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PVAc

Pleszczak (2010)43

Difenil Metano di-isocianato (MDI)

• Desenvolvido na Alemanha (1930) e utilizadas a partir década 40

• Utilizada em OSB (35% das empresas)

• Nas camadas internas: Externa Fenol

• OSB Home e OSB Multiuso são produzidos com resina MDI (camada interna e FF nas externas) – 6 a 35mm de espessura com largura e comprimento de 1220x2440mm ou 1600x2500mm

• Vantagens

• Partículas maior teor umidade

• Menor tempo prensagem

• Ausência de emissão de formaldeído livre

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MDI

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EXTENSORES

• Extensores:– Substâncias à base de amido ou proteína, com alguma ação adesiva,

adicionadas na composição do adesivo para produção de compensados

• Finalidades de uso:

– Redução do custo do adesivo– Prolongar tempo de panela / tolerância no tempo montagem– Aumentar a viscosidade do adesivo > melhorar espalhamento / evitar

penetração excessiva na madeira– Evitar a redução acentuada da viscosidade da resina na fase inicial de

aquecimento– Limitações

base amido – aumenta absorção de água e susceptibilidade ao ataque de insetos

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EXTENSORES

– Formulação adesivo maior proporção extensor • Menor custo

• Maior viscosidade

• Maior vida útil em panela

• Menor resistência a água

– Materiais alternativos – extensor farinha soja e milho, farinha de trigo, amido de milho, ...

– Características básicas – extensor:• Partículas finas (150 – 200 mesh) – facilita espalhamento

• Fácil dispersão na resina líquida – mistura homogênea

• Melhorar capacidade de ligamento / coesividade do adesivo

• Manter viscosidade do adesivo na faixa de 4000 – 6500 cp

• pH neutro – não interferir na cura adesivo

• Baixo teor de cinzas – não prejudicar ferramentas de corte

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MATERIAIS DE ENCHIMENTO

– Substâncias sem propriedades de adesão, adicionados na composição do adesivo para compensados

– Objetivo: reduzir custos

– Função física: controle penetração do adesivo na madeira

– Uso excessivo: enfraquecimento da ligação adesiva

– Vantagens: reduz absorção de água / susceptibilidade ao ataque de insetos

– Produtos: minerais – caolina; farinha de casca de coco; substâncias sintéticas pulverizadas