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um bre resumo sobre MATERIAIS POLÍMERICOS
Tipologia: Notas de aula
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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE SANTACRUZ DEPARTAMENTO DE ENGENHARIAS E COMPUTAÇÃO ENGENHARIA QUÍMICA ILHEUS- BA 2024
Materiais Poliméricos João Vitor Bronze Araújo (202310691) Gabriella Dias Lins (202120497) Resumo do seminário apresentado como parte dos critérios de avaliação da disciplina CET042 CIÊNCIA DOS MATERIAIS. Turma T03. Dia de execução do relatório: 16/11/2024. Professora: TATIANE BENVENUTI ILHEUS- BA 2024
Importância histórica: A revolução dos polímeros começou no século XIX, com a vulcanização da borracha natural, processo descoberto por Charles Goodyear em 1839, que tornou o material mais resistente às variações de temperatura. Já no século XX, a criação de polímeros como a baquelite (primeiro plástico totalmente sintético) inaugurou a era moderna dos plásticos. Desde então, avanços em polímeros especializados, como os biocompósitos e os polímeros condutores, ampliaram significativamente suas aplicações.
2. Estrutura Molecular dos Polímeros A estrutura molecular dos polímeros é o principal fator que determina suas propriedades. Composto por cadeias longas formadas por ligações covalentes entre os monômeros, a configuração dessas cadeias pode ser linear, ramificada ou reticulada. 2.1 Polímeros Lineares Os polímeros lineares possuem cadeias dispostas em linha reta, o que facilita a organização molecular e promove maior grau de cristalização. Este tipo de estrutura resulta em materiais com alta resistência mecânica e térmica. Exemplo: Polietileno de alta densidade (HDPE), usado em garrafas e tubulações. Propriedades: Rígido, denso e resistente a temperaturas elevadas. 2.2 Polímeros Ramificados Apresentam ramificações laterais que dificultam a cristalização, diminuindo a densidade e aumentando a flexibilidade. Exemplo: Polietileno de baixa densidade (LDPE), amplamente utilizado em sacolas plásticas e filmes de embalagem. Propriedades: Flexível, leve e de baixa resistência térmica.
2.3 Polímeros Reticulados As cadeias são interconectadas por ligações cruzadas covalentes, formando uma rede tridimensional que confere alta tensão e estabilidade térmica. Exemplo: Borracha vulcanizada, utilizada em pneus e materiais de colocação. Propriedades: Excelente resistência térmica e mecânica, mas com menor flexibilidade.
3. Propriedades dos Polímeros As propriedades dos polímeros são amplamente diversificadas, abrangendo aspectos mecânicos, térmicos, elétricos e químicos. A seguir, são apresentados os detalhes de cada uma dessas categorias. 3.1 Propriedades Mecânicas Os polímeros possuem características mecânicas específicas que os tornam ideais para diferentes aplicações. Elasticidade: Capacidade de retornar à forma original após a aplicação de força. É uma propriedade predominante em elastômeros, como a borracha vulcanizada. Resistência à tração: Mede a força máxima que um material pode suportar antes de romper. O PEAD, por exemplo, apresenta alta resistência devido à sua estrutura linear. Tenacidade: Refere-se à capacidade de absorver energia antes de quebrar, sendo uma característica importante em materiais como o ABS. 3.2 Propriedades Térmicas As propriedades térmicas dos polímeros dependem diretamente de sua estrutura molecular e do grau de cristalização. Transição Vítrea: Representa a temperatura em que o material passa de um estado rígido para um estado elastomérico. Temperatura de Fusão: Ocorre apenas em polímeros cristalinos, onde as regiões ordenadas se desestabilizam. Condutividade Térmica: A maioria dos polímeros possui baixa condutividade, o que os torna bons isolantes térmicos. 3.3 Propriedades Elétricas e Ópticas Os polímeros são, em geral, isolantes elétricos devido à ausência de elétrons livres. Contudo, polímeros condutores, como o poli(anilina), apresentam alta eficiência em aplicações eletrônicas.
Filmes (34%): utilizado na fabricação de produtos flexíveis e de espessuras finas, como sacolas plásticas e embalagens. Injeção: o processo de moldagem por injeção tem por objetivo moldar uma peça plástica com formatos variados e complexos com alta tolerância dimensional, forçando ao material sob pressão dentro de uma cavidade. Analogamente ao processo de extrusão, o material é alimentado através de um funil, onde é direcionado para o interior da máquina que possui uma rosca sem fim (pistão). Esta tem a função de transportar, fundir/amolecer, misturar, homogeneizar e plastificar o material. Ao final deste percurso, o material passa pelo bico de injeção até encontrar-se com o molde. A pressão é mantida até que todo o molde seja preenchido e o material tenha se solidificado. Após essa etapa, o molde é aberto e a peça é ejetada. O molde se fecha, e o ciclo é rapidamente repetido. Polímeros termofixos (também conhecidos como termorrígidos) são materiais que quando aquecidos se degradam, em virtude de ligações primárias fortes em suas estruturas, não podendo ser remoldados ou reutilizados pelos processos mais comuns de reciclagem. Os termofixos representam 20% do consumo de materiais poliméricos no Brasil. São polímeros termorrígidos: EVA (espuma vinílica acetinada) e PU (poliuretano). termoplásticos são materiais que podem ser remoldados, quando submetidos a aquecimento, devido às interações fracas em suas cadeias que se quebram sob aquecimento e se restabelecem sob resfriamento, em um processo que pode ser repetido várias vezes. Quanto aos termoplásticos, representam 80% dos polímeros consumidos no país, e são exemplos o PVC (policloreto de vinila), PET (polietileno tereftalato), PE (polietileno), PS (poliestireno) e PP (polipropileno). Desempenho Composição Química A estrutura química do polímero determina suas propriedades mecânicas, térmicas e de barreira. Peso Molecular Polímeros com maior peso molecular tendem a ser mais resistentes e duráveis. Aditivos Aditivos como estabilizantes, plastificantes e cargas podem melhorar o desempenho dos polímeros. Processo de Fabricação As condições de processamento, como temperatura e pressão, influenciam diretamente as propriedades finais.
Sustentabilidade: Biopolímeros surgem como uma esperança para a demanda mundial da procura de novos materiais biodegradáveis, sustentáveis e renováveis. Vou citar as principais características presentes no processo produtivo de três bioplásticos muito disseminados no mercado atual: Ácido Polilático (PLA) e Polietileno verde (PE). PLA: A beterraba ou o milho são submetidos a uma fermentação lática, a fim de formar ácido lático, que passa posteriormente por uma pré-polimerização, para deixar o composto em uma estrutura mais suscetível a formar um polímero em etapas posteriores. Após esse processo, ocorre a formação de lactídeos por uma série de esterificações (Formação de Ésteres) em um reator especializado. Destila-se este produto em uma coluna, a qual é alimentada com vapor a altas temperaturas, que troca calor com a mistura de lactídeos e permite sua separação. Assim, seu “resíduo”, a fim de exaurir o máximo a mistura no processo completo, entra novamente no ciclo pela realimentação no processo. Após a destilação, os lactídeos são separados em duas categorias de monômeros, ou seja, trechos periódicos diferentes que podem ser coordenados, inseridos e propagados em uma longa cadeia de repetição, fazendo surgir os polímeros PLA. PE: Primeiramente, partir da colheita da cana-de-açúcar, transforma-se a matéria-prima pelo processo comum de produção de álcool para a obtenção do etanol. Ademais, a matéria-prima sofre o processo de fermentação e destilação fracionada, Em seguida, transfere-se o etanol produzido para uma nova fase do processo para a obtenção do eteno que será a parte fundamental do bioplástico. Na seção quente da planta, utilizando-se calefatores, o etanol extraído que sofreu o processo de vaporização e mistura irá compor uma corrente aquecida de vapores que terá sua temperatura elevada até o valor necessário para o início da reação. Enfim, transfere-se o produto para os reatores de desidratação, onde obtém-se o eteno. Posteriormente, o eteno resfria em uma torre de quench para a sua purificação, saindo ainda com uma pequena fração de contaminantes. Enfim, retiram-se estes ao passar por uma torre de fracionamento, alcançando-se altos graus de purificação. Polimerização do Eteno Por fim, a última etapa é decisiva para a aquisição das características comerciais. Utiliza-se um catalisador e hidrogênio para o controle da massa molecular e para a otimização da reação, tendo-se um processo de desvolatilização contínua. Assim, com a finalização do polímero, ocorre a sua
Referências
