Definição e Classificação de Polímeros

Definição de Polímeros Do grego Poli muitas Mero partes Um polímero é uma macromolécula composta por muitas dezenas a milhares unidades de repetição denominadas meros ligados por ligação covalente1 1é um tipo de ligação química caracterizada pelo compartilhamento de um ou mais pares de elétrons entre átomos causando uma atração mútua entre eles que mantêm a molécula resultante unida Introdução Monômero molécula constituída de um único mero Dependendo do tipo de monômero estrutura química do número médio de meros por cadeia e do tipo de ligação covalente podese dividir os polímeros em três grandes classes Plásticos Borrachas e Fibras 872023 Introdução Plásticos do grego plastikos significa capaz de ser moldado São materiais sintéticos ou derivados de substância naturais geralmente orgânicas obtidas atualmente em sua maioria a partir dos derivados de petróleo 872023 Definição de Polímeros 872023 Demarquete 2009 Grupos Funcionais Reativos 872023 Moléculas com dois ou mais grupos funcionais reativos podem em condições propícias reagir entre si muitas vezes produzindo uma macromolécula isto é um polímero Duplas ligações reativas Moléculas com duplas ligações reativas podem ter a ligação instabilizada dissociada levando à formação de duas ligações simples 872023 Nomear um Polímero Quando se trata de nomear um polímero o nome advém de basicamente três sistemas i Com base no nome do monômero adicionandose o prefixo poli ii No caso de polímeros de condensação em que são usados dois materiais iniciais o nome é dado com base na estrutura do mero Etileno ácido tereftálico polietileno tereftalato PET iü Em alguns casos nomes comerciais são dados com bases empíricas náilon ou mesmo a abreviação acaba sendo usada largamente ABS SAN EPDM etc 872023 Definição Homopolímero Macromolécula derivada de um único tipo de monômero Copolímero Macromolécula contendo dois ou mais tipos de monômeros em sua estrutura Polimerização reações químicas intermoleculares pelas quais os monômeros são ligados na forma de meros à estrutura molecular da cadeia Grau de polimerização DP É o número de unidades monoméricas presentes na molécula do polímero 872023 Introdução Materiais poliméricos apresentam usualmente baixa densidade pequena resistência à temperatura baixas condutividades elétrica e térmica baixo custo elevada resistência variação de formas e cores etc Os plásticos fazem parte da família dos polímeros São polietilenos polipropilenos poliestirenos poliésteres e poliuretanos que devido à sua grande produção e utilização são chamados de polímeros commodities 872023 Introdução Os poliacrilatos policabornatos e fluorpolímeros têm tido uso crescente Vários outros polímeros são produzidos em menor escala por terem uma aplicação muito específica ou devido ao seu custo ainda ser alto e por isso são chamados de plásticos de engenharia ou especialidades A maioria dos plásticos é quimicamente inerte e incapaz de sofrer reações químicas com outras substâncias O plástico pode ser moldado em uma variedade quase infinita de formatos 872023 Introdução História Antes da invenção do plástico as únicas substâncias que podiam ser moldadas eram a argila cerâmica e o vidro Porém eram pesados e frágeis Substâncias naturais como látex de seringueira e borracha eram viscosas e moldáveis A borracha² não era muito útil para armazenar pois acabava perdendo a capacidade de voltar ao formato original e ficava viscosa quando aquecida 2 elastômero do tipo poliisopreno é um polímero que apresenta propriedades elásticas 872023 1839 Charles Goodyear descobriu acidentalmente um processo no qual o enxofre reagia com a borracha bruta durante o aquecimento e resfriamento em seguida A borracha se tornava elástica com o resfriamento podia esticar mas voltava à forma original Também manteve a elasticidade com o aquecimento Havia descoberto o processo conhecido atualmente como vulcanização 872023 Introdução História Introdução História 1846 Charles Schonbein químico suíço descobriu acidentalmente outro polímero ao derramar uma mistura de ácido sulfúrico e nítrico em um pedaço de algodão Ocorreu uma reação química em que os grupos de hidroxila das fibras de celulose do algodão se converteram em grupos de nitrato catalisados pelo enxofre O polímero resultante a nitrocelulose era capaz de explodir em uma chama sem fumaça e foi utilizado pelos militares como substituto da pólvora 872023 Introdução História Em 1870 o químico John Hyatt fez a nitrocelulose reagir com cânfora gerando o celulóide polímero plástico que foi utilizado em filmes fotográficos bolas de sinuca placas dentárias e bolas de pinguepongue Em 1909 um químico chamado Leo Baekeland sintetizou a baquelite primeiro polímero realmente sintético misturando fenol e formaldeído A reação de condensação entre esses monômeros permite ao formaldeído unir os anéis de fenol em três polímeros rígidos tridimensionais 872023 Introdução História A baquelite é dura resistente ao calor e à eletricidade e quando esfria não derrete nem queima facilmente A invenção da baquelite desencadeou uma classe completa de plásticos com propriedades semelhantes conhecidos como resinas de fenol Na década de 30 um químico da Dupont chamado Wallace Carruthers inventou um polímero de plástico feito a partir da condensação de ácido adípico e certo tipo de monômero diaminohexano que podia se tornar em uma fibra forte como a seda Esse plástico ficou conhecido como náilon O náilon é leve forte e durável e se tornou a base de muitos tipos de roupas coberturas barracas bagagens bolsas e cordas 872023 Introdução Classificação dos Polímeros 872023 Moléculas de Hidrocarbonetos 872023 Principais polímeroscomerciais 872023 Introdução Processamento Vários polímeros se tornam fluidos viscosos a temperaturas elevadas 100300C e são ainda processados através de procedimentos termomecânicos que permitem a fabricação de peças em grande quantidade e diversidade 872023 Classificação dos Polímeros Termoplástico Podem ser conformados mecanicamente repetidas vezes desde que aquecidos Parcialmente cristalino ou amorfos Lineares ou ramificados Ex polietileno Termofixo Conformado plasticamente apenas em um estágio intermediário de fabricação Insolúveis e infusíveis Usualmente amorfos Estrutura em rede com ligações cruzadas Mais resistentes ao calor do que os termoplásticos O produto final é em geral rígido e não apresenta escoamento não se liquefaz com o aumento da temperatura Ex PVC 872023 Classificação dos Polímeros Elastômeros Se deformam com a aplicação de uma tensão Polímeros amorfos ou com baixa cristalinidade 872023 Ex NR Arquitetura molecular Polímero linear um monômero de liga a outros dois Polímero ramificado um monômero pode se ligar a mais de dois monômeros Polímero em rede as ramificações do polímero se interconectam formando um polímero com peso molecular infinito 872023 Estado de conformação Polímero amorfo cadeias desorganizadas em espirais randômicas sem ponto de derretimento fixo poliestireno e o polimetacrilato de metila Polímero cristalino cadeias ordenadas com forma definida e ponto de derretimento definido cloreto de polivinila PVDC Saran são utilizadas para embrulhar e proteger alimentos Polímero semicristalino Estado intermediário definido pelo grau de cristalinidade do polímero polietileno o polipropileno e as poliamidas 872023 Fatores que Influenciam no Grau de Cristalinidade do Polímero A natureza química da cadeia do polímero é o principal fator que influencia na probabilidade de um polímero exibir uma estrutura cristalina Cadeias de baixo peso molecular favorecem uma maior cristalinidade Polímeros capazes de formar ligações intermoleculares distribuídas ao longo da cadeia favorecem um maior grau de cristalinidade Homopolímeros possuem maiores condições de formar uma estrutura mais cristalina do que copolímeros randômicos Isto porque os copolímeros possuem uma distribuição não uniforme de forças intermoleculares 872023 Fatores que Influenciam no Grau de Cristalinidade do Polímero Polímeros de monômeros contendo grupos laterais grandes ou ramificações tem menor grau de cristalinidade pois o maior empacotamento das cadeias é inibido Pressão e temperatura podem influenciar na cristalinidade Após a moldagem do polímero a cristalinidade do polímero ainda pode ser modificada através do processo de annealing no qual através do aquecimento do polímero as cadeias podem se movimentar mais livremente formando estruturas cristalinas cristalitos adicionais os polímeros não são nem totalmente amorfos nem totalmente cristalinos 872023 Estado de conformação Microestrutura 872023 Estado de conformação Grau de cristalinidade 872023 11112014 Resumo histórico Máquinas de moldagem de injeção para polímeros foram derivadas da moldagem de metais fundição em moldes A primeira patente para moldagem por injeção foi concedida nos Estados Unidos em 1872 por John e Isiah Hyatt que a usou para moldar celuloide Em 1878 John Hyatt usou o primeiro molde de múltiplas cavidades Em 1920 na Alemanha iniciouse a moldagem por injeção de termoplásticos Um maior desenvolvimento ocorreu em 1951 quando William H Willert desenvolveu a rosca recíproca para máquinas de moldagem por injeção O maior desenvolvimento recente é relativo a aplicação de micro processadores a máquinas injetoras Processo de Injeção É um processo de transformação de polímeros similar à fundição sob pressão de metais O polímero na forma de grânulos ou pó é plastificado em moldes Após a plastificação do polímero o parafuso atua como um êmbolo injetandoo no molde 11112014 Descrição da Máquina A máquina injetora consiste essencialmente da unidade de fechamento unidade de injeção sistemas de acionamento e controle 11112014 Tipos de sistema de fechamento Mecânico Hidráulico de Pistão Sistema Hidráulico Mecânico 11112014 Temperatura de Moldagem As resinas de polietileno devem ser aquecidas pelo menos a 190ºC para tornarse moldáveis acima desta temperatura diminui a viscosidade da massa necessitando menor pressão para conseguir o rendimento de injeção desejado Acima de 280290ºC de acordo com sua formulação específica o polietileno começa a se decompor O náilon para ser injetado precisa ser aquecido acima de 240 C 11112014 Temperatura do Molde Uma alta temperatura na superfície do molde reduz tensões internas produz superfícies mais brilhantes minimiza as linhas de junção e de fluência do material Altas temperaturas requerem extensos ciclos de moldagem que permitirão solidificar o plástico para poder expulsar a peça do molde suficientemente rígida para evitar deformações As temperaturas mais baixas que permitem ciclos mais rápidos tem a desvantagem de causar tensões internas peças com falta de brilho e linhas de junção muito marcadas 11112014 Pressão de injeção A pressão de injeção para poliestireno deve ser de 400 a 1400 kgcm2 39 130 Nmm2 dependendo do tipo e capacidade da máquina temperatura de massa diâmetro de abertura do bico de injeção desenho do molde tipo de plástico lubrificação etc Se aconselha operar ao máximo possível a pressão de injeção e reduzir simultaneamente a temperatura do cilindro para conseguir ciclos mais curtos 11112014 Tempo de injeção É o intervalo entre o instante em que a rosca começa seu avanço até que a pressão da injeção para de agir Geralmente a velocidade inicial é de 25 mm por segundo ou mais diminuindo a 16 mm por segundo enquanto são preenchidas as cavidades 11112014 Ciclo de moldagem Ciclo de moldagem é o intervalo total entre o instante em que a matriz é fechada durante um ciclo e o instante correspondente ao fechamento do molde no ciclo seguinte enquanto a máquina opera de forma repetitiva 11112014 Ciclo de moldagem Os valores típicos de ciclos de máquina em relação a uma média de espessura de paredes é a seguinte 11112014 Tolerância dimensionais As condições de moldagem e desenho do molde afetam a contração do material Ainda sob as melhores condições podem haver algumas pequenas variações na temperatura de massa do material pressão de injeção temperatura de molde e ciclo total de injeção As tolerâncias comerciais alcançadas com a maioria dos moldes são 005 mm para dimensões de até 25 mm e aproximadamente 0001 mm para cada mm adicional Por exemplo uma peça com uma dimensão de 300mm terá uma tolerância de aproximadamente 0325mm