Download - Materiais de Construção - Ibracon - C12
Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia
Jane Proszek GorninskiClaudio de Souza Kazmierczak
PPGEC - Unisinos
Microestutura dos polímeros
Capítulo 12
Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia
• o setor da construção, é considerado o segundo maior consumidor de polímeros, depois do setor de embalagens;
• aplicações não-estruturais, como aplicações estruturais;
• demanda pelos polímeros deve-se, entre outros fatores, as suas propriedades de durabilidade, resistência, versatilidade na produção e baixo custo.
Polímeros na Construção Civil
Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia
Aplicações
Não - estruturais:
• são adotados, entre os diversos usos, como encanamentos, tubulações, cabos elétricos, reservatórios, isoladores, impermeabilizantes, adesivos, pisos, foros, divisórias e janelas. Na linha dos revestimentos, encontram-se as tintas as resinas e outros materiais que atuam como proteção e acabamento superficial.
Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia
Aplicações
Estruturais:
• São utilizados na produção painéis, lajes e vigas, como sanduíches, compósitos reforçados, concretos poliméricos entre outros .
Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia
Os tipos de polímeros• Os polímeros podem ser naturais, aqueles originados de
plantas e animais; a madeira, a borracha, o algodão, a lã, o couro e a seda.
• Outros polímeros naturais, como as proteínas, os amidos, as celuloses, são também importantes para processos biológicos e fisiológicos nas plantas e nos animais.
• A partir da determinação das estruturas moleculares destes materiais, e de pesquisas na área de desenvolvimento de polímeros tornou-se possível realizar a síntese de polímeros. Dentre os polímeros sintéticos encontram-se os plásticos, borrachas e as fibras.
Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia
Origem e composição química dos polímeros sintéticos
• A matéria prima que dá origem ao polímero chama-se monômero.
• O monômero é obtido a partir do petróleo ou do gás natural.
• Entretanto, os monômeros podem ser obtidos da madeira, álcool, carvão e até do CO2 , pois todas essas matérias primas são ricas em carbono, átomo principal que constitui os materiais poliméricos.
• A forma mais econômica e abundante de se obter a matéria prima para síntese os polímeros é através da destilação dos componentes do petróleo.
Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia
Fundamentos importantes relacionados a estrutura química dos polímeros
• Constituição dos polímeros (hidrocarbonetos);• Carbono é tetravalente, compartilha quatro elétrons,
formando assim quatro ligações interatômicas;• Se um átomo estiver rodeado por quatro outros átomos,
este preferencialmente compartilhará elétrons com seus vizinhos, ou seja, cada átomo contribuirá com um elétron formado-se a ligação covalente e a molécula formada será dita saturada.
Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia
Hidrocarbonetos insaturados
Entretanto se um átomo de carbono não estiver rodeado por outros quatro átomos, este formará ligações com carbonos adjacentes como o eteno,como o eteno,
As moléculas com ligações covalentes duplas ou triplas são chamadas de insaturadas.
Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia
Conceituação
• Polímeros são materiais compostos por macromoléculas. Essas macromoléculas são cadeias compostas pela repetição de uma unidade básica, chamada de mero;
• chama-se monômero a unidade isolada que deu origem ao mero;
• Podem existir centenas, milhares ou centenas de milhares de moléculas encadeadas numa molécula polimérica;
• Grau de polimerização, geralmente simbolizado pela sigla DP ou n, é o número de meros presentes na cadeia polimérica.
Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia
Reações de polimerização
Polimerização por Adição:• São aquelas formadas pela reação sucessiva de
monômeros contendo dupla ligação carbono-carbono, denominados monômeros vinílicos.
• O termo vinílico é aplicado a todos os monômeros contendo dupla ligação carbono-carbono.
nCH2 CH
Y
( CH2 CH
Y
)n
onde Y pode ser um grupo substituinte como hidrogênio, alquil, aril, nitrila, éster, cetona, éter ou halogênio.
Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia
Exemplos de poliadição
• Quando o substituinte é o cloro forma-se o policloreto de vinila (PVC);
• Quando temos substituintes como o flúor forma-se o politetrafluoretileno (PTFE);
• Quando temos um grupamento metila forma-se então o polipropileno (PP).
Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia
Reações de polimerização
Polimerização por condensação:• As reações de condensação se notabilizam pela
eliminação de uma pequena molécula (geralmente água, álcool...) durante o processamento da reação.
• Uma reação de condensação típica é a de esterificação, onde um álcool reage com um ácido orgânico, gerando um éster conjuntamente com a eliminação de uma molécula de água.
• Nesse tipo de reação, os grupos químicos responsáveis pela reação são o grupo hidroxila (OH-) no álcool e o grupo ácido carboxílico (HO-C=O) no ácido.
Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia
Exemplos de policondensação
• Através deste tipo de polimerização são obtidas as poliamidas, resinas alquídicas, fenol-formaldeídos, poliésteres, conforme exemplo:
Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia
Peso molecular numérico médio (Mn)
• onde ni = Ni = número de cadeias de um determinado tamanho, Mi é a massa molar de uma determinada cadeia i e nt é o número total de cadeias.
Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia
Peso molecular ponderal médio (Mw)
•onde, wi é a quantidade em gramas de material com massa molar igual a Mi.
Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia
Estrutura das macromoléculas
• HomopolímerosO polímero que é constituído apenas de um tipo de mero, é denominado homopolímero. Ex.: PVC
• CopolímerosQuando há mais de um tipo de mero na composição do polímero, este é designado copolímero, e os monômeros que lhes dão origem, comonômeros. E.: SBR
Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia
Classificação das cadeias dos copolímeros• Os copolímeros estão classificados de acordo com a disposição dos
monômeros nas cadeias poliméricas.
• Os copolímeros cujas unidades químicas não seguem qualquer ordenação, dispondo-se ao acaso, são chamados de copolímeros estatísticos.
• No outro extremo, quando há perfeita regularidade de constituição, dispondo- se as unidades químicas diferentes de modo alternado, são chamados de copolímeros alternados.
• Se ao invés de uma unidade química de cada tipo, alternam-se seqüências de unidades químicas iguais, o produto é denominado copolímero em bloco.
• No caso particular de esses blocos existirem como ramificações poliméricas do esqueleto principal da macromolécula, o copolímero é dito grafitizado ou enxertado (graft copolymer).
Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia
Copolímeros clássicos e os comonômeros que lhe deram origem
Copolímero Sigla Meros
Copolímero de Butadieno - Estireno SBR Estireno e Butadieno
Copolímero de Etileno-Acetato de Vinila EVA Etileno e Acetato de Vinila
Copolímero de Acrilonitrila-Butadieno-Estireno ABS Acrilonitrila, Butadieno e Estireno
Copolímero tribloco de Estireno-Buatadieno- Estireno
SBS Estireno, Butadieno e Estireno
Elastômero de Etileno -Propileno EPR Etileno e Propileno
Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia
Estrutura das cadeias poliméricas
•Os polímeros podem ter suas cadeias sem ramificações, admitindo conformação em zigue-zague - polímeros lineares ou podem apresentar ramificações, cujo grau e complexidade pode ir até o extremo da formação de retículos, resultando então o que se denomina polímero reticulado, ou polímero com ligações cruzadas, ou polímero tridimensional.
Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia
Estrutura das cadeias poliméricas
Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia
Características de fusibilidade
• Os polímeros lineares ou ramificados, que permitem fusão por aquecimento e solidificação por resfriamento, constituem os chamados termoplásticos.
• Os polímeros que, por aquecimento ou outra forma de tratamento, assumem a estrutura tridimensional, reticulada, tornando-se insolúveis e infusíveis, são chamados termorrígidos.
Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia
Termorrígidos
• Os polímeros termorrígidos, também conhecidos como termofíxos, reagem quimicamente formando ligações cruzadas entre as cadeias e se solidificam. Estes polímeros são moldados ainda na forma de pré-polímero, antes da cura e da formação das ligações cruzadas.
Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia
Relação estrutura x propriedades
• A viabilidade de cristalização está relacionada a uma configuração regular das cadeias, o que é obtido nos polímeros sindiotáticos e isotático.
• Outros fatores que afetam a cristalinidade:• A intensidade das forças intermoleculares, também tem um papel
importante na cristalinidade dos polímeros. As ligações hidrogênio ou mesmo as forças dipolo são possíveis entre as cadeias aumentando a possibilidade de cristalização comparado a forças de Van der Walls, que ocorrem entre as macromoléculas apolares.
• A cristalinidade não é favorecida em moléculas poliméricas formadas por meros complexos ou ramificados, como o poli-isopreno. Estas desfavorecem o empacotamento do polímero.
Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia
Representação esquemática de um esferutilo polimérico