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Polímeros como materiais de construção e suas Deteriorações www
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1 Polímeros como materiais de construção e suas Deteriorações www
Polímeros como materiais de construção e suas Deteriorações
2 Definição Polímeros são materiais compostos por macromoléculas. Essas macromoléculas são cadeias compostas pela repetição de uma unidade básica, chamada mero. Daí o nome: poli (muitos) + mero. Os meros estão dispostos um após o outro, como pérolas num colar. Uma macromolécula assume formato muito semelhante ao de um cordão. Logo, pode-se fazer uma analogia: as moléculas de um polímero estão dispostas de uma maneira muito semelhantes a um novelo de lã. É difícil remover uma molécula de um polímero, pois as cadeias "seguram-se" entre si. Por exemplo, o polietileno ou, abreviadamente PE, plástico usado, por exemplo em saquinhos de leite, é composto pela repetição de milhares de unidades da molécula básica do etileno (ou eteno) 02/04/2017 Polímeros
3 Copolímeros Alguns polímeros podem ser constituídos da repetição de dois ou mais meros. Neste caso, eles são chamados copolímeros. Por exemplo, a macromolécula da borracha sintética SBR é formada pela repetição de dois meros: estireno e butadieno 02/04/2017 Polímeros
4 Polímeros na Natureza Na Natureza existem muitas macromoléculas:
Celulose (β – glicose) é uma repetição de grupos originários da glicose (C6H10O5)n, onde o valor de n varia de a Como sabemos, a celulose é usada, há milênios, pela Humanidade, sob forma de algodão e de papel. Também o amido (α – glicose), sob a forma de alimentos e do etanol; Proteínas são macromoléculas complicadas, onde se repetem, predominantemente, moléculas de aminoácidos. As proteínas são consumidas sob a forma de alimentos . 02/04/2017 Polímeros
5 Características dos Polímeros
São não-estruturais, ou seja, são usados para acabamentos, encaixes, fechamentos, instalações, formas, fibras para compósitos, sistemas de isolamento, sistemas geotécnicos, entre outros. Características gerais: não corrosibilidade, baixa manutenção, altos valores de isolamento, baixo peso e fácil manipulação, tenacidade, baixas temperaturas de processamento, fácil produção em massa de componentes e baixos custos para produtos padronizados. Ajuste fino de propriedades através de aditivação, baixas conduti- vidades elétrica e térmica, porosidade e reciclabilidade . 02/04/2017 Polímeros
6 Características como materiais de engenharia
Alguns polímeros podem ser usados em substituição aos materiais tradicionais de engenharia, independente de sua estrutura química ou de seu caráter termoplástico ou termorrígido. São classificados em: Polímero termoplástico: que pode ser fundido e se dissolve em alguns solventes; Polímero termorrígido: que se caracteriza por não se fundir, transformando-se em pó ou fuligem ao ser aquecido acima de determinada temperatura. Não se dissolve em solventes. Elastômeros ou borrachas: classe intermediária entre os termoplásticos e os termorrígidos. Não são fusíveis, mas apresentam alta elasticidade, não sendo rígidos como os termofixos. 2-abr-17 Polímeros e suas Deteriorações
7 Polímeros – Definições Principais
Monômeros - São moléculas ou compostos químicos de massa molecular relativamente baixa que reagem entre elas ou com outros compostos similares para formar polímeros. Os monômeros possuem ligações covalentes duplas ou triplas, geralmente ligando átomos de carbono. Estas moléculas são então consideradas insaturadas, porque uma ligação dupla pode ser rompida, disponibilizando duas ligações simples para conexões com outros átomos ou outros grupos de átomos em qualquer direção Cloreto de vinila Isobutileno 02/04/2017 Polímeros
8 Polímeros – Definições Principais
Polímero - macromolécula formada pela união ou encadeamento de pequenas e simples unidades químicas, os monômeros, constituindo um padrão repetitivo. A repetição pode ser de forma linear, ramificada ou até mesmo resultar em uma estrutura tridimensional. Polimerização - É a reação química através da qual os monômeros se transformam no polímero. É o processo de união dos monômeros transformando-os em meros, que será a unidade repetitiva que aparecerá na macromolécula. A polimerização é extremamente importante na definição das características mecânicas dos polímeros, pois ela é controlada por parâmetros do processo industrial, tais como temperatura, pressão no reator, presença de catalisadores. Existem dois principais processos de polimerização: 1. adição de meros iguais 2. condensação através da reação de mais de um monômero 02/04/2017 Polímeros
9 Polímeros – Definições Principais
Polímeros Termoplásticos - podem ser amolecidos ou liquefeitos por aquecimento e endurecidos por resfriamento, repetidas vezes, sem perder as suas propriedades. O polietileno, poliestireno, PVC, ABS (copolímero de acrilonitrila, butadieno e estireno) e nylon são termoplásticos. Polímeros Termofixos - Os polímeros termofixos possuem ligações covalentes entre as cadeias, a energia necessária para o rompimento destas ligações é muito alta e os polímeros são "queimados" antes de se transformarem em materiais moldáveis, portanto não podem ser reciclados. Com o aquecimento e pressão, somente haverá o rompimento da cadeia, resultando em degradação das propriedades. As resinas fenólicas, melamínicas, alquídicas, poliéster, poliuretano e epóxi são termofixos. 02/04/2017 Polímeros
10 Termoplásticos São os chamados plásticos, constituindo a maior parte dos polímeros comerciais. A principal característica desses polímeros é poder ser fundido diversas vezes. Dependendo do tipo do plástico, também podem dissolver-se em vários solventes. Logo, sua reciclagem é possível, As propriedades mecânicas variam conforme o plástico. Sob temperatura ambiente, podem ser maleáveis, rígidos ou mesmo frágeis. Estrutura molecular: moléculas lineares dispostas na forma de cordões soltos, mas agregados, como num novelo de lã. Exemplos: polietileno (PE), polipropileno (PP), poli(tereftalato de etileno) (PET), policarbonato (PC), poliestireno (PS), poli(cloreto de vinila) (PVC), poli(metilmetacrilato) (PMMA). 02/04/2017 Polímeros
11 Polipropileno - PP Monômero : H2C=CHCH3 Propileno (gás)
Polímero: -(H2C-CHCH3)n Polipropileno Densidade: 0,90 a 0,92 g/cm3 Espessura: 0,3 mm a 20 mm 02/04/2017 Polímeros
12 Polipropileno - PP Características:
Resistência química a ácidos, álcalis, graxas e óleos; Alta resistência a abrasão; Peso específico baixo; Atóxico; Absorve pouco a umidade; Baixo custo; Fácil moldagem e coloração; Alta resistência à fratura por flexão ou fadiga; Boa resistência ao impacto acima de 150oC; Boa estabilidade térmica; Sensibilidade a agentes de oxidação e à luz UV 02/04/2017 Polímeros
13 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 02/04/2017 Polímeros
14 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 o isopor. Protetor de equipamentos, isolante térmico, pranchas de flutuação, geladeiras isotérmicas. 02/04/2017 Polímeros
15 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 02/04/2017 Polímeros
16 Polietileno - PE Aplicações: Objetos de uso doméstico; Embalagens;
Revestimento de frigorífico; Material hospitalar; Brinquedos; Peças automobilísticas; Garrafas flexíveis 02/04/2017 Polímeros
17 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 02/04/2017 Polímeros
18 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 02/04/2017 Polímeros
19 Poli (cloreto de vinila) - PVC
Aplicações: PVC rígido: duro e tenaz. Usado em tubos, carcaças de utensílios domésticos, baterias, instalações elétricas, 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 02/04/2017 Polímeros
20 Poli(tetrafluoretileno) - PTFE
Características: Boa resistência mecânica, térmica e química; Fácil reciclabilidade; Baixo coeficiente de fricção; Baixa aderência; Boa resistência ao impacto 02/04/2017 Polímeros
21 Poli(tetrafluoretileno) - PTFE
Aplicações: Garrafas para óleos vegetais e produtos de limpeza; Em roupas, na forma de fibras, não amassa e lava e seca rapidamente; Películas cinematográficas, fitas magnéticas e filmes; Placas para radiografia; Carburadores e componentes elétricos de carros 02/04/2017 Polímeros
22 Poli(metacrilato de metila) - PMMA
Características: Semelhante ao vidro; Conhecido como acrílico; Propriedades mecânicas boas; Boa resistência ao impacto; Elevada resistência a intempéries; Transparente 02/04/2017 Polímeros
23 Poli(metacrilato de metila) - PMMA
Aplicações: Painéis, letreiros e vidraças; Fibras ópticas; Visores, lentes e vidros de relógio 02/04/2017 Polímeros
24 Policarbonato - PC Características: Transparência semelhante ao vidro;
Excelente resistência ao impacto; Excelente propriedades mecânicas; Boa estabilidade dimensional; Resistência a intempéries; Resistência à chama; Bom isolamento térmico; Boa usinabilidade. 02/04/2017 Polímeros
25 Copolímero Acrilonitrila-butadieno-estireno - ABS
Aplicações: Cartões telefônicos; Malas de viagem; Capacetes; Brinquedos; Peças automobilísticas 02/04/2017 Polímeros
26 Poliamidas - Nylon Características: Boas propriedades mecânicas;
Resistente a abrasivos; Baixo coeficiente de atrito; Absorve água e outros líquidos. 02/04/2017 Polímeros
27 Termorrígidos ou Termofixos
São rígidos e frágeis, sendo muito estáveis a variações de temperatura. Uma vez prontos, não mais se fundem. O aquecimento do polímero acabado a altas temperaturas promove decomposição do material antes de sua fusão. Logo, sua reciclagem é complicada. Estrutura molecular: na verdade, os cordões estão ligados fisicamente entre si, formando uma rede ou reticulado. Eles estão presos entre si através de numerosas ligações, não se movimentando com liberdade como no caso dos termoplásticos. Pode-se fazer uma analogia com uma rede de malha muito fina. Exemplos: baquelite, usada em tomadas e no embutimento de amostras metalográficas; poliéster usado em carrocerias, caixas d'água e piscinas, na forma de plástico reforçado, o fiberglass. 02/04/2017 Polímeros
28 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. Baixo peso específico : 1,3 - 1,4; Baixo coeficiente de atrito : normal 0,22 / grafitado 0,07; Resistente a altas temperaturas (até 150°C); Excelente resistência mecânica; Baixa absorção de água e resistente a óleos e graxas minerais; Isolante elétrico, fácil de ser trabalhado e resistente à água do mar; Resistente a agentes corrosivos ácidos; Estabilidade dimensional 02/04/2017 Polímeros
29 Epóxis - Termorrígidos
Aplicação: Automotiva Embalagens de bebidas e alimentos enlatados Construção civil - revestimentos de pisos, adesivos Naval e Náutica Eletrodomésticos e Eletroeletrônicos Autopeças e manutenção anti-corrosiva Móveis Transformadores de distribuição , buchas Isoladoras, disjuntores Transformadores de medição de corrente e potencial 02/04/2017 Polímeros
30 Poliésteres - Termorrígidos
Alta resistência mecânica e elétrica; Estabilidade dimensional com resistência ao UV; Auto-extinção; Resistência química e à temperatura. Aplicação: Relógios; Eletro-eletrônicos; Automobilístico; Capacetes 02/04/2017 Polímeros
31 Elastômeros ou 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, de forma análoga aos termorrígidos. Estrutura molecular: a estrutura é similar à do termorrígido mas, neste caso, há menor número de ligações entre os "cordões", ou seja, é como se fosse uma rede, mas com malhas bem mais largas que os termorrígidos. Exemplos: pneus, vedações, mangueiras de borracha. 02/04/2017 Polímeros
32 Polímeros e suas Deteriorações
Fibras São materiais definidos pela condição geométrica de alta relação entre o comprimento e o diâmetro da fibra. Em polímeros, muitas vezes considera-se que o quociente compri-mento da fibra/diâmetro da fibra, denominado razão de aspecto, deve ser igual ou maior que cem; As fibras poliméricas, isto é, os polímeros empregados na forma de fibras, são termoplásticos orientados no sentido do eixo da fibra (orientação longitudinal). Principais fibras poliméricas: náilons, poliésteres lineares saturados (principalmente o poli (tereftalato de etileno), poliacrilonitrila e fibras poliolefínicas (em especial, o polipropileno); 2-abr-17 Polímeros e suas Deteriorações
33 Fibras
34 Polímeros e suas Deteriorações
Fibras de Reforço São materiais fibrosos que, quando adequadamente incorporados aos polímeros, aumentam muito sua resistência mecânica, tendo também influência em outras propriedades. A incorporação das fibras de reforço em polímeros pode ser precedida de um tratamento prévio das fibras para a compatibilização do compósito que vai ser produzido, pois muitas vezes as fibras de reforço são inorgânicas enquanto o polímero, é orgânico. Para ter grande influência no reforço de polímeros, as fibras precisam ser incorporadas em misturadores adequados e o processamento do compósito ou material conjugado deve ser feito corretamente, para evitar drásticas reduções nos comprimentos das fibras. A eficiência do reforço depende da razão do aspecto das fibras, que é o quociente comprimento da fibra/diâmetro da fibra; As principais fibras de reforço empregadas em polímeros são: fibras de vidro, fibras de carbono e fibras aramídicas. 2-abr-17 Polímeros e suas Deteriorações
35 Polímeros – Definições Principais
Elastômeros - polímeros intermediários. Eles apresentam um certo número de ligações cruzadas. Sua característica principal é apresentarem uma grande capacidade de deformação elástica em temperatura ambiente. Possuem cadeias predominantes lineares com alguma reticulação. A grande capacidade de deformação dos elastômeros está associada à configuração espiralada de suas cadeias poliméricas. Os silicones usados como selantes na construção civil e o policloropreno (neoprene) utilizado em pinturas, aparelhos de apoio e em impermeabilizações são elastômeros. A temperatura de transição vítrea (Tg) é uma temperatura de transição que ocorre nas regiões amorfas dos polímeros, isto é, os polímeros amorfos apresentam comportamento físico diferenciado, conforme a temperatura esteja abaixo ou acima de uma faixa limite, denominada temperatura de transição vítrea. 02/04/2017 Polímeros
36 A Transição Vítrea
37 A Transição Vítrea
38 Elastômeros ou Borrachas
Pode ser naturais ou sintéticas. As borrachas tradicionais são materiais poliméricos que exibem após a vulcanização, elasticidade em longas faixas de deformação à temperatura ambiente. As borrachas comuns são: borracha natural, copolímero butadieno-estireno (borracha SBR), polibutadieno, borracha butílica, borracha de etileno-propileno (EPR), borracha de etileno-propileno-monômero diênico (EPDM), borracha nitrílica (copolímero butadieno-acrilonitrila) e o policloropreno. As borrachas especiais são: elastômeros fluorados, elastômeros de silicone, elastômeros de poliuretanos, elastômeros de polietileno clorossulfonados, elastômeros de polissulfetos (ou borrachas polissulfídicas) e elastômeros termoplásticos. Borracha crua: borracha não vulcanizada, sem qualquer aditivo, sendo um termoplástico nessa fase. 2-abr-17 Polímeros e suas Deteriorações
39 Elastômeros ou Borrachas
Vulcanização de borrachas: é o processo químico de maior importância para as borrachas tradicionais, introduzindo a elasticidade, melhorando a resistência mecânica e reduzindo a sua sensibilidade às variações de temperatura. O principal agente de vulcanização é o enxofre. Borracha vulcanizada: borracha após a vulcanização, possuindo cadeias poliméricas com poucas ligações cruzadas, interconectando cadeias poliméricas diferentes. Só após a vulcanização é que as borrachas tradicionais têm aplicação prática. Borracha regenerada: borracha que pode ser reaproveitada por meio de tratamento químico. A regeneração nem sempre é possível e, em algumas vezes, não é um processo economicamente viável. A borracha regenerada pode ser utilizada uma segunda vez, como carga em composições de borrachas cruas. Borrachas pretas: são composições de borracha contendo o negro de fumo como carga reforçante, que melhora muito a resistência à abrasão das borrachas. 2-abr-17 Polímeros e suas Deteriorações
40 Vulcanização: exemplo de reticulação de polímeros
41 Estrutura dos Polímeros
02/04/2017 Polímeros
42 Estrutura dos Polímeros
43 Histórico Ano de introdução de alguns polímeros no mercado 1930 Borracha estireno-butadieno Silicones 1936 Poli(cloreto de vinila) (PVC) 1944 Poli(etileno tereftalato) 1936 Policloropreno (neopreno) Epóxis 1936 Poli(metil metacrilato) Resinas ABS 1936 Poli(acetato de vinila) Polietileno linear 1937 Poliestireno Poli(oxi metileno) 1939 Nylon Polipropileno 1941 Poli(tetra fluoroetileno) (teflon) 1957 Policarbonato 1942 Poliésteres insaturados Resinas ionoméricas 1943 Polietileno ramificado Poli(imidas) 1943 Borracha butilada Elastômeros termoplásticos 1943 Nylon Poliamidas aromáticas 02/04/2017 Polímeros
44 Polímeros e suas Deteriorações
Abreviaturas ABS – acrilonitrila-butadieno-estireno CPVC – policloreto de vinila clorado ER – resina epoxídica EPDM – elastômero de dieno-propileno-etileno EVA – copolímero de etileno-acetato de vinila PAN – poliacrilonitrila PEEK – poliéter-éter-cetona PMMA – polimetacrilato de metila PTFE – politetraflúor-etileno PU – poliuretano PVAC – poliacetato de vinila PVC – policloreto de vinila 2-abr-17 Polímeros e suas Deteriorações
45 Aplicações Argamassas ou concreto polimérico: devido à ação da corrosão, as estruturas de concreto armado necessitam de reparos que são feitos com as argamassas poliméricas. A função do polímero neste caso, na maioria das vezes o acrílico-estirenado, é reduzir a quantidade de água necessária para hidratar o cimento, diminuindo a porosidade do concreto e evitando assim a passagem de CO2. Chapiscos: massa cimentícia usada na preparação de superfícies como "ponte de aderência" na construção de paredes, pisos e lajes. O polímero à base de estireno-butadieno é o responsável pela aderência às superfícies. Massas Impermeabilizantes: o polímero acrílico garante total imper-meabilidade, eliminando vazamentos e penetração de umidade em paredes internas e externas, piscinas, reservatórios, ETAs e ETEs. Adesivos para materiais: cola para azulejos e pisos, argamassas. 02/04/2017 Polímeros
46 Aplicações Fibras de reforço para matrizes cimentícias
Utilização geral do PVC Formulação de membranas elásticas para a impermeabilização de lajes. Essa formulação é composta de um polímero acrílico-estirenado onde é utilizada na última laje de construções, que estará em contato direto com o sol e intempéries. A mesma é usada também como cobertura de calhas, marquises, floreiras e paredes externas. A sua cor branca reflete os raios solares, reduzindo grande parte do calor absorvido. Mastiques são utilizados para a vedação de juntas de dilatação, trincas e fissuras em paredes. Selantes são utilizados para acompanhar as deformações das juntas sem permitir a passagem de líquidos. 02/04/2017 Polímeros
47 Instalações prediais de água, esgoto e pluvial
Em instalações prediais de água, há uma utilização cada vez maior dos seus componentes produzidos em polímeros, sendo o PVC (poli (cloreto de vinila)), o polímero mais utilizado para condução ou manuseio de água à temperatura ambiente e, no caso de água quente são indicadas as tubulações de CPVC (poli (cloreto de vinila clorado)), semelhante ao PVC, porém com maior estabilidade em relação à água quente. Quanto à instalação para esgoto, os órgãos acessórios de polietileno e os tubos de PVC rígido substituíram com igual aceitação os encanamentos anteriores produzidos em material metálico ou cerâmico. Tubulações de polipropileno também podem ser utilizados para a condução de água e esgoto mesmo a temperaturas elevadas. As calhas, tubos e conexões de PVC são também largamente aplicados nas instalações prediais de águas pluviais. 02/04/2017 Polímeros
48 Instalações elétricas
Os eletrodutos para passagem de fios e cabos, perfis para instalações elétricas aparentes, fios e cabos com isolamento polimérico e componentes terminais da instalação como caixas, espelhos, tomadas, interruptores e outros. Os polímeros utilizados na produção dos componentes elétricos são: o PVC que é aplicado na produção de todos os componentes elétricos, o PS (poliestireno) aplicado com maior freqüência em cabos elétricos, PE (polietileno) e PP (polipropileno) em isolamento de cabos elétricos, PPO (polioxifenileno) em relés e interruptores e o PCTFE (poli (trifluorcloroetileno)) em diversos componentes para equipamentos elétricos. 02/04/2017 Polímeros
49 Fechamentos, Fachadas e Coberturas
Atualmente, o PVC domina 50% do mercado de esquadrias na Europa e supera 30% nos EUA, sendo que no Brasil permanece estacionado em 5%. Segundo os fabricantes de esquadrias de PVC a construção em geral levará ainda alguns anos para assimilar os benefícios desta tecnologia. São dois os motivos básicos para essa demora: excesso de tradicionalismo e desconhecimento das principais vantagens da aplicação deste tipo de esquadria. Existem ainda diferentes tipos de portas, persianas, venezianas, divisórias e forros de PVC rígido com facilidade de limpeza, instalação e funcionamento. Para a fabricação de telhas utilizam-se diversos tipos de polímeros, tais como, telhas de PVC, telhas de fibra de vidro (material com fibras de vidro reforçando um laminado de poliéster), telhas de polipropileno, telhas de acrílico (poli (metacrilato de metila)) e coberturas de policarbonato 02/04/2017 Polímeros
50 Pisos e Revestimentos Pisos vinílicos produzidos a partir do PVC;
Pisos constituídos de placas de PVC e fibras de carbono; Pisos constituídos à base de óleo de linhaça, juta, cortiças e resinas naturais com boas características de durabilidade, resistência abrasiva e agentes químicos; Carpetes em placas à base de PVC calandrado, com fibras de vidro e poliamida; Pisos constituídos por camadas de resinas vinílicas e fibras de vidro; Piso elevado monolítico de PVC; Pisos laminados melamínicos compostos por resinas fenólicas e melamínicas, bastante resistentes ao calor, Papel de parede de PVC, placas e laminas plásticas, laminados termofixos para revestimentos de paredes. 02/04/2017 Polímeros
51 Outras Aplicações Polímeros utilizados como isolantes térmicos conhecidos como polímeros expandidos: poliestireno expandido e poliuretano, Resinas usadas em selantes (silicone e poliuretano), Borrachas sintéticas (neoprene), Fibras para reforços de compósitos, Tintas e vernizes, Sistemas poliméricos para geotecnia, Revestimentos acústicos, Grelhas para coleta de líquidos em pisos, Lavatórios de poliestireno 02/04/2017 Polímeros
52 Aditivos aos polímeros
São materiais adicionados como componentes auxiliares dos plásticos e/ou das borrachas; A inclusão de aditivos nas formulações ou composições de plásticos e/ou de borrachas visa uma ou mais aplicações específicas como, por exemplo, abaixar o custo, modificar e/ou melhorar diversas propriedades, facilitar o processamento, colorir, etc.; Os principais aditivos dos plásticos e das borrachas são: fibras de reforço ou reforços fibrosos, cargas inertes, cargas reforçantes ou reforçadoras, plastificantes, lubrificantes, pigmentos, corantes, plastificantes, estabilizantes térmicos antioxidantes, antiozonantes, absorvedores de ultravioleta, retardantes de chama, agentes de expansão, agentes antiestáticos, aromatizantes, aditivos antifungos e modificadores de impacto. 2-abr-17 Polímeros e suas Deteriorações
53 Aditivos aos polímeros
Cargas inorgânicas: minerais inertes, como por exemplo CaCO3, permitem reduzir custo da peça sem afetar propriedades. O piso de vinil (PP), contém até 60% de cargas. Uso de fibras como vidro, carbono ou boro ou algumas cargas minerais como talco, mica, caolim e wolastonita aumentam a resistência mecânica. As cargas fibrosas podem assumir forma de fibras curtas ou longas, redes e tecidos. Negro de fumo em pneus (borracha) e filmes para agricultura (PE) aumentam resistência mecânica e a resistência ao ataque por ozônio e raios UV. Aditivos conhecidos como plastificantes podem alterar completa-mente as características de plásticos como o PVC e borrachas, tornando-os mais flexíveis e tenazes. A fabricação de espumas é feita através da adição de agentes expansores, que se transformam em gás no momento da trans-formação do polímero, quando ele se encontra no estado fundido. 02/04/2017 Polímeros
54 Cargas para os polímeros
Substâncias, normalmente sólidas, em que uma das suas funções é diminuir o custo do produto final, reduzindo a quantidade de polímero empregado, elas também controlam outras propriedades como a dureza e a resistência à abrasão. São substituintes de volume, pois a introdução de uma carga de baixo custo no composto a ser trans-formado, dentro de certos limites que não alterem as propriedades do produto final, é uma vantagem econômica. As cargas são classificadas em granulares e fibrosas, sendo alguns exemplos de cargas granulares o carbonato de cálcio, o pó de amianto, a mica, a farinha de madeira, a casca de frutos, o negro de fumo e a borracha. Quanto as cargas fibrosas, podem ser citadas como exemplo as fibras de vidro, celulósicas e sintéticas. No caso do negro de fumo, a função é múltipla pois, além de ser um anti-oxidante, é um estabilizante do plástico contra a radiação ultravioleta e utilizado também como carga. 2-abr-17 Polímeros e suas Deteriorações
55 Propriedades dos polímeros
Como todos os materiais, os polímeros também têm suas propriedades divididas em físicas, químicas e físico-químicas; Propriedades físicas são aquelas que não envolvem qualquer modificação estrutural a nível molecular. Dentre elas estão as propriedades mecânicas, térmicas, elétricas e óticas; Propriedades químicas são aquelas que envolvem modificações. Entre as principais estão a resistência à oxidação, ao calor, às radiações ultravioleta, à água, a ácidos e bases, a solventes e a reagentes; A baixa permeabilidade dos polímeros a gases e vapores é a propriedade físico-química mais interessante. 2-abr-17 Polímeros e suas Deteriorações
56 Propriedades mecânicas
Manifestam-se pela capacidade de se deformarem de forma reversível (ou não) e resistirem à fratura; Resist à tração e módulo de elasticidade: em geral baixa; Resist à compressão e à flexão: em geral boa; Resist à fadiga: nº de ciclos suportado pela peça ensaiada; Resist ao impacto: dividem-se em quebradiços e tenazes; Dureza: as ligações cruzadas aumentam a resistência ao risco; Resist à fricção ou ao deslizamento: depende do acabamento; Resist à abrasão ou ao desgaste por fricção: idem; 2-abr-17 Polímeros e suas Deteriorações
57 Propriedades Térmicas
São observadas quando o calor é fornecido/removido do material. São maus condutores de calor; portanto têm baixas condutividade e difusibilidade. Calor específico entre 0,2 e 0,5 cal/gºC. Expansão térmica acentuada, com coeficiente de dilatação térmica linear oscilando entre 0,1 a 2,3 x 10-4/ºC. Temperatura de fusão cristalina Tm é aquela em que os polímeros termoplásticos desagregam e fundem. Os termorrígidos carbonizam-se por aquecimento. Temperatura de distorção ao calor nos termoplásticos é inferior a 100 º C. Nos termorrígidos ocorre degradação. 2-abr-17 Polímeros e suas Deteriorações
58 Propriedades elétricas
Polímeros são maus condutores de eletricidade. A rigidez dielétrica indica em que grau um polímero é isolante. Seu valor está entre 10 e 40 V/mm. A resistividade volumétrica é medida pela passagem de uma corrente através das faces de um cubo. Tem valores superiores a 1012 Ω.cm. A constante dielétrica equivale à capacidade de energia eletrostática que pode ser armazenada num capacitor: seus valores são baixos. 2-abr-17 Polímeros e suas Deteriorações
59 Propriedades Óticas e Outras
Podem informar sobre a estrutura e a ordenação moleculares A transparência é apresentada pelos amorfos ou de baixa cristalinidade. Já os muito cristalinos tornam-se opacos . O índice de refração é o desvio que ocorre quando a luz passa de um meio para outro. Tem valores entre 1,45 e 1,60. A densidade dos polímeros nas regiões cristalinas é maior e nas regiões amorfas é menor. Variam entre 0,9 e 1,5. A estabilidade dimensional é elevada nos polímeros altamente cristalinos pela dificuldade de destruição das zonas ordenadas. Já os que possuem os grupos hidroxila ou amina variam suas dimensões conforme umidade e temperatura. 2-abr-17 Polímeros e suas Deteriorações
60 Propriedades Químicas
A resistência à oxidação é mais elevada nas macromoléculas saturadas, que têm ligações simples nos átomos de carbono. A poliinsaturação dos C diminui esta resistência. A resist à degradação térmica em presença do ar também depende da covalência C, sendo maior nas ligações C-C. A resist às radiações ultravioleta também depende da saturação dos C do polímero. A resist à água é menor nos polímeros tipo náilon, celulose ou madeira. A cura incompleta das resinas fenólicas fazem os laminados inchar e delaminar. Boa resist a ácidos, bases, solventes e reagentes. A inflamabilidade é uma desvantagem dos polímeros. 2-abr-17 Polímeros e suas Deteriorações
61 Porque a deterioração é perigosa?
Porque com a deterioração há uma diminuição da eficácia dos polímeros. Conseqüentemente, há perda da funcionalidade, durabilidade do bom aspecto visual. Assim, com o tempo ocorrerão deformações da estrutura por variação de dimensões sob restrição. Degradação é reação química destrutiva dos plásticos ou das borrachas, que pode ser causada por agentes físicos (radiação solar, temperatura, atrito mecânico intenso, etc.) e/ou por agentes químicos. A degradação é qualquer fenômeno que provoque alterações estruturais em um polímero, causando uma modificação irreversível nas suas propriedades físico-mecânicas, evidenciada pela variação indesejável dessas propriedades; As reações de degradação são minimizadas pela seleção adequada do plástico ou da borracha e pelo uso correto de aditivos estabilizantes na formulação do material; ver aditivos (em polímeros). 2-abr-17 Polímeros e suas Deteriorações
62 Degradação de polímeros
O processo de degradação dos polímeros é associado ao contato do mesmo com agentes químicos externos ou presentes no ambiente. Os principais fatores de degradação dos materiais poliméricos, notadamente aqueles de interesse para a construção civil, são: exposição à radiação ultravioleta, processos termoxidativos, degradação por agentes biológicos e ataque por agentes químicos. White e Turnbull (1994) comentam como exemplo, que a maioria dos materiais plásticos são sensíveis ao intemperismo, processo no qual interagem a incidência de radiação ultravioleta e o oxigênio atmosférico. As reações químicas envolvidas neste processo podem ser aceleradas pelo efeito da temperatura causada pelo aquecimento solar do componente. 2-abr-17 Polímeros e suas Deteriorações
63 Radiação Ultravioleta
O sol emite radiação em diferentes comprimentos de onda. A região visível , que se situa entre 400 e 700 nm corresponde a 44% do espectro solar, a radiação ultravioleta (< 400 nm) corresponde a 7%, o infravermelho próximo (entre 700 e 1500 nm) a 37% e o infravermelho (> 1500 nm) contribui com 11%. A concentração de radiação acima da região do infravermelho (microondas, ondas de rádio) e abaixo da região do ultravioleta (raios X e raios gama) contribuem com apenas 1% na composição do espectro solar (Corrêa, 2003). A radiação ultravioleta (R-UV) corresponde à parte do espectro eletromagnético com comprimentos de onda entre 100 e 400 nm. Esse tipo de radiação sofre intensa absorção pelo ozônio estratosférico e é fortemente espalhada pelas moléculas, aerossóis e gotas de nuvem presentes na atmosfera. 2-abr-17 Polímeros e suas Deteriorações
64 Radiação Ultravioleta
No entanto, a quantidade de radiação que atinge a superfície é suficiente para causar uma série de efeitos sobre os seres vivos e materiais inorgânicos. Segundo Andrady et al, a radiação ultravioleta pode promover ou acelerar a degradação de alguns materiais. Este tipo de degradação é chamado de fotodegradação (Manrich, 2004) que se inicia com a geração de radicais livres no polímero em presença de oxigênio. De acordo com Decker (1984), a maior parte dos polímeros disponíveis comercialmente sofrem modificações químicas e físicas quando expostos por períodos prolongados de tempo à ação combinada da luz solar, oxigênio atmosférico, umidade e poluentes. 2-abr-17 Polímeros e suas Deteriorações
65 Exposição à Radiação Ultravioleta
A intensidade deste processo degradativo depende, basicamente, da presença de estruturas químicas no polímero que possam interagir com a radiação. Polímeros que possuam em sua estrutura grupos carbonila ou aromáticos, tais como os polímeros estirênicos, são caracterizados pela capacidade de absorção da radiação solar na faixa do ultravioleta, com comprimento de onda maior que 290 nm na porção que atinge a superfície da Terra, sendo portanto fotossensíveis. Deteriorações: descoloração (notadamente amarelamento), perda de brilho ou transparência, chalking (afloramento superficial de cargas ou pigmentos) e fissuração superficial, com perda de uma série de propriedades mecânicas, notadamente resistência ao impacto e à tração, em função da fragilização decorrente. O processo de foto-oxidação dos polímeros pode ser controlado através da incorporação de aditivos específicos para esta finalidade, conhecidos como estabilizadores de ultravioleta. 2-abr-17 Polímeros e suas Deteriorações
66 Polímeros e suas Deteriorações
Fotodegradação A fotodegradação é um tipo de degradação oxidativa. Ela se inicia com a geração de radicais livres no polímero em presença de oxigênio e pode ser promovida ou acelerada pela ação da R-UV. Os polímeros possuem diferentes sensibilidades à fotodegradação, determinada pela energia de dissociação de suas ligações químicas (Manrich, 2004). A radiação UV, principalmente a faixa do UVB (280 a 320 nm), possui energia suficiente para causar ruptura de algumas das principais ligações presentes nas cadeias poliméricas ou nas composições poliméricas. Os processos químicos de fotodegradação são dissociação e decomposição de moléculas. Estas reações, definidas como reações de fotólise competem com modos físicos de desativação. 2-abr-17 Polímeros e suas Deteriorações
67 Polímeros e suas Deteriorações
Fotodegradação A fotólise ocorre quando a energia absorvida excede a energia necessária para romper suas ligações químicas sem que haja dissociação dos estados de excitação eletrônica. Polímeros de cadeia saturada e sem grupos funcionais, como as poliolefinas puras que são hidrocarbonetos alifáticos, teoricamente não deveriam absorver qualquer radiação UV presente na luz solar. Na prática, durante a síntese, processamento e uso final de polímeros, estes podem ter suas estruturas alteradas. 2-abr-17 Polímeros e suas Deteriorações
68 Oxidação dos Polímeros
A resistência relativa dos polímeros à oxidação é função principalmente de sua estrutura química, notadamente das ligações químicas existentes entre os átomos constituintes da cadeia polimérica. Por exemplo, polímeros de cadeias lineares como o poliestireno e o polimetil-metacrilato (acrílico) são relativamente resistentes à oxidação; Já polímeros de cadeias ramificadas como os polietilenos e o polipropileno, por sua vez, são menos resistentes à oxidação, particularmente pelo efeito da presença de carbonos terciários (ligados a outros três átomos de carbono), enquanto polímeros insaturados como alguns elastômeros ou termoplásticos como o ABS são bem mais sensíveis a este processo. Outros fatores de influência relativa à oxidação são a presença de impurezas, tais como resíduos catalíticos do processo de polimerização e morfologia, notadamente cristalinidade. O controle do processo de oxidação é realizado através de aditivos conhecidos como antioxidantes. 2-abr-17 Polímeros e suas Deteriorações
69 Ação de Microrganismos
Os polímeros de maneira geral, tanto os naturais quanto os sintéticos, são resistentes à biodegradação, aparentemente pelo fato dos micro-organismos não serem aptos a assimilá-los diretamente (Lorenz 1990). Em verdade, são alguns de seus constituintes que sofrem o ataque, tais como plastificantes, utilizados por exemplo em formulações de PVC flexível, poliuretanos e em diversos elastômeros. Lorenz afirma que o processo de biodegradação, biodeterioração ou mesmo "corrosão biológica" é baseada sempre no mesmo princípio químico, que é a cisão enzimática de ésteres. A classe mais comum de plastificantes é baseada exatamente em ésteres. Qualquer aditivo de baixo peso molecular incorporado ao polímero pode, em função de variações térmicas ou aplicação de tensão, ser forçado a "exsudar", ou seja, migrar para a superfície. Nestas condições, o risco do produto plástico sofrer biodeterioração é, obviamente, aumentado, fazendo-se com que alguns cuidados sejam tomados para evitá-la. 2-abr-17 Polímeros e suas Deteriorações
70 Formas de manifestação da biodeterioração
Manchamento - pela ação de microorganismos e ocorre em função da liberação de produtos do metabolismo dos microorganismos, comumente nas cores rosa, preta, cinza e amarela. Pode ainda ser causado pelo efeito da luz ou do oxigênio sobre o plástico, sob efeito destes produtos metabólicos. Desenvolvimento de odores - microorganismos são fontes prováveis de odor, eventualmente desagradável. Aumento do acúmulo de sujeira - função de sua rugosidade e aderência superficial. A presença da colônia de microorganismos na superfície do componente, normalmente associada à migração superficial de aditivos, piora estas características, levando a um efeito de maior acúmulo de sujeira na sua superfície e afetando principalmente seu aspecto. 2-abr-17 Polímeros e suas Deteriorações
71 Formas de manifestação da biodeterioração
Efeitos sobre as propriedades elétricas - a simples presença da colônia de microorganismos na superfície do componente plástico pode afetar seu desempenho elétrico, alterando suas características de isolamento. Deterioração de propriedades mecânicas - Esta é a conseqüência mais séria da degradação biológica de componentes plásticos. Os efeitos da presença da colônia de microorganismos na superfície do componente plástico podem variar desde o consumo de aditivos, desprotegendo o material dos efeitos deletérios da radiação ultravioleta e do oxigênio, bem como surgimento de microfissuras que podem levar à fragilização do mesmo. Efeitos higiênicos - O crescimento de colônias de microorganismos na superfície do componente plástico não leva somente a um aspecto ruim, mas também cria o risco de suportar e dispersar agentes patogênicos e infecciosos. Isto é de especial interesse em produtos plásticos utilizados em ambientes estéreis como cozinhas e salas hospitalares. 2-abr-17 Polímeros e suas Deteriorações
72 Prevenção da biodeterioração
Composição do polímero utilizado, de modo a prevenir incompa-tibilidade e migração superficial/exsudação, bem como processa-mento – a incidência de micro defeitos superficiais no produto moldado pode servir como base para a formação de colônias de microorganismos; Condições de instalação – a preparação adequada do substrato, par-ticularmente no caso de pisos e revestimentos de parede, bem como laminados para impermeabilização de lajes, piscinas e cisternas, lim-peza e isolamento do meio circundante (do contato direto com o solo); Hábitos do usuário como a freqüência de limpeza. 2-abr-17 Polímeros e suas Deteriorações
73 Ação de solventes e produtos químicos
A utilização de qualquer produto químico na superfície de componentes plásticos pode trazer uma série de efeitos deletérios em seu desempenho. Produtos de limpeza como detergentes e alguns hidrocarbonetos, solventes utilizados na composição de adesivos ou até mesmo componentes das argamassas, podem causar nos polímeros micro fissuração e fragilização do componente por efeito do ataque químico lento e gradativo de sua superfície. A formação de microfissuras na superfície do componente plástico levam, como última conseqüência, à fragilização do mesmo, em decorrência da propagação de trincas ser facilitada. 2-abr-17 Polímeros e suas Deteriorações
74 Fibras Poliméricas - Reforço p/ Matrizes Cimentícias
As fibras de polipropileno são quimicamente inertes em ambientes alcalinos, sendo compatíveis com matrizes cimentícias, possuem superfície hidrófuga, não absorvendo a água da mistura e podem ser fabricadas em fibrilados para melhorar a aderência em compósitos de cimento, pois uma excelente ligação é desenvolvida pela penetração dos compostos de hidratação do cimento nas macro e micro fendas do filme fibrilado. Possuem também massa específica baixa, quando comparadas com as fibras de aço e têm menor custo. A utilização das fibras de polipropileno como reforço de matrizes cimentícias, além de promover maior tenacidade e resistência ao compósito, tem apresentado boa estabilidade por longos períodos de tempo. 2-abr-17 Polímeros e suas Deteriorações
75 Polímeros e suas Deteriorações
Bibliografia Mano, E. B.; Mendes, L. C. (1999). Introdução a polímeros. 2ª ed. São Paulo: Edgard Blücher. Mano, E. B. (2003). Polímeros como materiais de engenharia. São Paulo: Edgard Blücher. Texto adaptado de Agnelli, J. A. M. (2000). Apostila do curso de aperfeiçoamento em tecnologia de polímeros. Módulo 1. Introdução a materiais poliméricos. São Carlos: Núcleo de Reologia e Processamento de Polímeros, Depto. de Engª de Materiais, UFSC. Pezzin,S.H. Físico-Química de Polímeros. Joinville. PPG UDESC Goodman, S.H. (1998) – Handbook of Thermoset Plastics. Biblioteca do IMMA Encyclopedia of Polymer Science and Engineering - Biblioteca do IMMA 2-abr-17 Polímeros e suas Deteriorações