PPoollíímmeerrooss
MecânicaOperador de Produção em Plástico
2
eessttaammooss llaappiiddaannddoo oo ffuuttuurroo ddoo BBrraassiill
4
Coordenação do ProgramaBeth Callia
Supervisão PedagógicaAlfredo Vrubel
ColaboraçãoZita Porto Pimentel
Autoria deste CadernoCarmem Calcagmo
Revisão de textoVrubel
Produção gráficaMDcomunicaçãototal
R. Heitor Penteado, 10305437-000 São Paulo SP
www.md.com.br
EditoraçãoLASER PRESS
Av. Goethe, 71/80690430-100 Porto Alegre, RS
ApoioMEC - Ministério da Educação
PROEP - Programa de Expansão daEducação Profissional
Realização
Al. Tietê, 618 casa 101417-20 São Paulo SP
www.formare.org.br
Iniciativa
5
O Programa Formare tem a missão de desenvolver as
potencialidades de jovens de 15 a 17 anos para integrá-los à
sociedade como profissionais e cidadãos. Constituído por escolas
independentes, localizadas junto às unidades fabris das empresas
parceiras, sob a coordenação geral e técnica da Fundação Iochpe,
oferece oportunidade de formação profissional e de inserção social.
Os alunos Formare, residentes em comunidades vizinhas às
empresas, são encaminhados ao mercado de trabalho e
acompanhados em seu período inicial de atividade.
As primeiras escolas foram criadas pela Iochpe-Maxion S.A., em
1988, no Rio Grande do Sul e em São Paulo. A partir de 1995, o
Programa passou a buscar o aperfeiçoamento dos cursos oferecidos
e o crescimento em âmbito nacional, em um processo comparável à
lapidação de uma pedra bruta para transformá-la em puro
diamante.
Como modelo vitorioso de franquia social, o Formare já se encontra
com mais de duas dezenas de escolas implantadas no Brasil e na
Argentina. Cerca de 85% dos jovens formados empregaram-se em
pequenas, médias e grandes empresas, triplicaram sua renda em
três anos, e muitos prosseguiram seus estudos até o nível superior.
Os cursos e materiais pedagógicos Formare são estruturados de
acordo com as linhas do Programa de Expansão da Educação
Profissional do Ministério de Educação (PROEP/MEC), bem como
dos princípios da educação tecnológica contemporânea. Assim, os
cursos Formare ajudam a desenvolver características essenciais para
um bom desempenho profissional: multifuncionalidade,
flexibilidade, comunicabilidade, responsabilidade e criatividade,
com base em pesquisa para identificar as carências e necessidades
do mundo do trabalho nas regiões em que as escolas são
implantadas.
FFoorrmmaarree -- UUmmaa EEssccoollaa ppaarraa aa VViiddaa
Área de Mecânica - POLÍMEROS
6
IInnttrroodduuççããoo
7
A indústria da construção tem-se caracterizado por utilizar materiais
metálicos, como aço e ferro, além de tijolo e concreto que, por sua
vez, são materiais inorgânicos.
Entretanto, muitos materiais orgânicos têm sido usados pelo homem
no seu dia- a-dia. A madeira, por exemplo, material orgânico natural,
é também utilizada na construção. Outros materiais comuns no nosso
cotidiano podem ainda ser citados, entre eles: o couro e o feltro,
usados em roupas e forrações; a cortiça usada como material isolante;
os óleos empregados como lubrificantes; as fibras de algodão
empregadas na confecção de tecidos; e as resinas utilizadas como
camadas de proteção (tintas e vernizes).
Além desses, os polímeros, tanto plásticos como borrachas, devem ser
destacados. Hoje temos várias aplicações usuais para os mesmos,
como em eletrodomésticos, na construção civil, nos automóveis,
embalagens e no vestuário.
Desde o início do uso de materiais orgânicos, a tecnologia tem sido
desenvolvida no sentido de melhorar as suas propriedades. Desta
maneira, diariamente estão surgindo novos materiais com
características específicas, de forma a substituir outros materiais
(clássicos) e atender novas necessidades.
Entre as várias características dos plásticos, podemos destacar como
vantagens a sua baixa densidade (produtos mais leves), a resistência
à corrosão (pode ser exposto a ambientes agressivos), a boa atuação
como isolante térmico e elétrico, a baixa permeabilidade a vapores,
as características de amortecimento, a translucidez, bem como a
facilidade de processamento.
8
1 PLÁSTICOS E POLÍMEROS 111.1 Conceito 121.2 Origem e obtenção 121.3 Reações 14
2 CLASSIFICAÇÃO E COMPOSIÇÃO 27
2.1 Classificação 282.1.1 Quanto ao tipo de estrutura química: 282.1.2 Quanto ao comportamento mecânico 312.1.3 Quanto às características de fusibilidade 322.1.4 Quanto à escala de fabricação 332.1.5 Quanto ao tipo de fabricação 33
3 PROPRIEDADES QUE CARACTERIZAM OS POLÍMEROS 37
3.1 Morfologia dos polímeros 383.1.1 Polímeros cristalinos e amorfos 383.1.2 Fatores que influenciam a cristalinidade 393.2 Propriedades 423.2.1 Propriedades físicas 423.2.2 Propriedades térmicas 433.2.3 Propriedades mecânicas dos polímeros 463.2.4 Outras propriedades 50
4 TERMOPLÁSTICOS E TERMOFIXOS 53
4.1Termoplásticos 544.1.1 Polietileno 554.1.2 Polipropileno 564.1.3 Poliestireno 574.1.4 Poli (cloreto de vinila) 584.1.5 Poli (etileno-acetato de vinila) 594.1.6 Poli (tereftalato de etileno) 604.1.7 Poli (tereftalato de butileno) 614.1.8 Poli (tetrafluor – etileno) 624.1.9 Poliamidas 634.1.10 Policarbonato 644.1.11 Poli (óxido de metileno) 654.1.12 Polímeros celulósicos 664.2 Termofixos 674.2.1 Fenol/formaldeído 674.2.2 Uréia/formaldeído 68
9
ÍÍnnddiiccee
10 10
4.2.3 Melamina/formaldeído 684.2.4 Poliéster insaturado 694.2.5 Poliuretanos 694.2.6 Resinas epóxi 70
5 RECICLAGEM 71
5.1 Reciclagem Mecânica 745.1.1 Separação e identificação de materiais 765.2 Reciclagem energética 805.3 Reciclagem química 815.4 Plásticos Biodegradáveis 82
6 BIBLIOGRAFIA 85
11
1PPlláássttiiccoo eePPoollíímmeerrooss1.1 Conceito
1.2 Origem e obtenção
1.3 Reações
Área de Mecânica - POLÍMEROS
12
O presente capítulo abordará os conceitos básicos relacionados à
ciência dos polímeros, desde sua origem até sua obtenção.
1 CONCEITO
Os POLÍMEROS1 são moléculas grandes (com massa molecular da
ordem de 1000 a 1000.000 g/mol) obtidas pela união de várias
moléculas pequenas chamadas MONÔMEROS2 .
1.2 ORIGEM E OBTENÇÃO
Os polímeros podem ser naturais ou sintéticos. Entre eles,
encontram-se exemplos de borrachas e plásticos.
A borracha natural, extraída da seringueira e utilizada na
fabricação de pneus, peças técnicas e preservativos, é retirada
diretamente da natureza, sendo um exemplo de polímero natural.
A principal fonte de matéria-prima3 para a obtenção de polímeros
sintéticos é o petróleo. Existem outras fontes como, por exemplo, o
gás natural.
1 PPlláássttiiccooss ee PPoollíímmeerrooss
1 do grego muitas partes (poli = muitos; mero = parte).2 do grego uma parte (mono = um; mero = parte).3 matéria-prima = substância bruta principal e essencial com que éfabricada alguma coisa;
Área de Mecânica - POLÍMEROS
13
O polietileno, PE, utilizado na fabricação de sacolas e o poli
(tereftalato de etileno), PET, utilizado na obtenção de garrafas de
refrigerante, são exemplos de polímeros sintéticos.
Uma fração do petróleo é transformada nas indústrias petroquímicas4
√ que se dividem em primeira, segunda e terceira geração.
A cadeia do petróleo e petroquímica é apresentada na figura 1.
O petróleo5 , um combustível líquido, natural e não-renovável, é uma
mistura de hidrocarbonetos6 , e se encontra preenchendo os poros de
rochas sedimentares, formando depósitos muito extensos. Ele é
extraído de cavidades existentes entre as camadas do subsolo, quer
sob terra firme, quer sob o mar, sendo constituído por uma mistura de
diferentes substâncias.
O petróleo bruto é enviado para as refinarias, onde sofre processos de
craqueamento7 e destilação8 em torres de fracionamento9 , dando origem
às frações que abastecem a indústria de primeira geração petroquímica.
A figura 2 apresenta o esquema de uma torre de fracionamento.
GásGasolina
Querosene
Óleo diesel
Piche, asfalto
Óleo lubrificanteParafina
8destilação fracionada – procedimento em que se separam os componentes voláteisde uma mistura por vaporizações e condensações alternadas e repetidas. 9fracionamento – técnica pela qual, com base em suas propriedades físicas, sãoseparadas e purificadas substâncias.
Figura 2: Esquema de uma torre de fracionamento e suas frações.
Área de Mecânica - POLÍMEROS
14
A fração nafta é a matéria-prima da primeira geração
petroquímica, a qual, através de processos de craqueamento,
origina monômeros e alguns solventes.
Na segunda geração petroquímica os monômeros são
transformados em polímeros, que podem se apresentar na forma de
grãos ("pellets") ou pó. Isto ocorre através de reações químicas
chamadas REAÇÕES DE POLIMERIZAÇÃO (Figura 3).
O produto10 da indústria de segunda geração petroquímica é a
matéria-prima para a indústria de terceira geração petroquímica
(indústrias de transformação), que tem como resultado os artefatos,
com os quais convivemos no nosso dia-a-dia.
1.3 REAÇÕES
O monômero que dá origem ao polietileno é o etileno. Os
monômeros que originam o PET são o tereftalato de dimetila e o
etileno glicol (Figura 4).
A Figura 4 representa as reações de polimerização do PE e do PET,
a partir de seus monômeros.
Figura 3: Esquema plificadode polimerização.
Figura 4: Reações de polimerização do PE e do PET, a partir de seus monômeros.
NOTA:Observe que um polímero pode ser obtido a partir de mais de um monômero.
O PET é o resultado da reação de polimerização de dois monômeros, o tereftalatode dimetila e o etileno glicol.
10 produto = aquilo que resulta de qualquer processo ou atividade.
Área de Mecânica - POLÍMEROS
15
PARA MELHOR COMPREENDER – Revisão de Química
ELEMENTOS QUÍMICOS E SUA REPRESENTAÇÃO
Os elementos químicos formam as substâncias e são representados
por letras. Por exemplo, a letra C representa o elemento químico
chamado carbono e a letra H representa o elemento químico
chamado hidrogênio. Abaixo é apresentada uma tabela com as
representações dos elementos químicos usados nesta apostila.
LIGAÇÕES QUÍMICAS
Os elementos químicos são ligados entre si, dando origem às
substâncias. Conforme o número de elementos e a forma como eles
se ligam surge a grande variedade de substâncias químicas comuns
no nosso dia a dia.
As ligações químicas são representadas por traços. Assim, uma
ligação simples é representada por um traço, uma ligação dupla é
representada por dois traços e uma ligação tríplice é representada
por três traços.
Elemento Químico RepresentaçãoCarbono CHidrogênio HOxigênio OCloro ClNitrogênio N
Área de Mecânica - POLÍMEROS
16
REPRESENTAÇÃO DAS SUBSTÂNCIAS QUÍMICAS
As substâncias químicas podem ser representadas de várias
maneiras. Existem representações onde aparecem todos os átomos
explicitados (a), representações onde as ligações simples (traços)
não são apresentados (b), representações onde toda substância, ou
parte dela, é representada por figuras geométricas (c).
UMA ESTRUTURA AROMÁTICA
Entre as várias estruturas químicas, existem aquelas que se derivam
de um composto chamado benzeno. O benzeno é um anel contendo
seis átomos de carbono e pode ser representado por qualquer uma
das estruturas apresentadas na figura abaixo.
Área de Mecânica - POLÍMEROS
17
NOMENCLATURA DOS COMPOSTOS ORGÂNICOS
a. A nomenclatura dos compostos orgânicos segue algumas regras
básicas. Abaixo está apresentada a principal.
a. o nome representa o número de carbonos da cadeia (prefixo), o
tipo de ligação que existe entre os carbonos (infixo) e a função
orgânica a qual ele pertence (terminação). Na tabela abaixo estão
apresentados os principais prefixos, infixos e terminações.
Butano
Eteno
CH3
CH2 CH2
CH2 CH2 CH3
Área de Mecânica - POLÍMEROS
18
Os polímeros são mais conhecidos por siglas11 , que normalmente
são originadas do seu nome em inglês. Por exemplo, o poli (cloreto
de vinila) é conhecido como PVC – "polyvinylcloride" – e o
poliestireno é conhecido por PS – "polystyrene".
A tabela 1 apresenta uma relação de alguns polímeros e os
respectivos monômeros que dão origem a eles.
Nas cadeias poliméricas é observada a repetição de unidades
químicas denominadas MEROS. Conforme figura,que 5 apresenta
os meros para o PE e o PET.
NOTA:O mero não é igual ao monômero. O monômero do PE tem uma ligação dupla e omero não tem. O mero do PET é formado por fragmentos dos dois monômeros quedão origem a ele.
11Existem as nomenclaturas usual e oficial. A oficial segue as regras estabelecidaspela IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry).
Área de Mecânica - POLÍMEROS
19
O mero se repete "n" vezes para formar os polímeros, que podemter massas moleculares diferentes, conforme o tamanho da cadeiapolimérica. Isto depende do GRAU DE POLIMERIZAÇÃO que édado por “n” (número de meros presentes na cadeia polimérica).Assim, o grau de polimerização (n) pode ser obtido dividindo-se amassa molecular média do polímero (M polímero) pela massamolecular do mero
Área de Mecânica - POLÍMEROS
20
EXERCÍCIO RESOLVIDO IDetermine a massa do mero do polietileno (PE).
(massas atômicas: C = 12 u.m.a. e H = 1 u.m.a.)
O polietileno e o seu mero podem ser visualizados nas figuras 4 e 5.
Conhecendo-se as massas atômicas do carbono e do hidrogênio,
calcula-se a massa do mero (M mero ) como apresentado a seguir:
M mero = (2 x massa atômica do carbono) + (4 x massa atômica
do hidrogênio)
M mero = (2 x 12) + (4 x 1)
M mero = 28 g/mol13
EXERCÍCIO RESOLVIDO II
Uma reação de polimerização foi realizada com o monômero etileno,
resultando o polímero polietileno, PE. O grau de polimerização é n =
750. Qual a massa do polímero obtido nesta reação?
Resolução:
Substitui-se na Equação 1 o valor da massa do mero, determinada no
exercício resolvido I ( M mero = 28 g/mol) e o valor de n = 750,
fornecido no exercício. Desta forma obtém-se:
EExxeerrccíícciiooss
Nota:As massas de cada átomo podem ser obtidas na tabela periódica e cada um delespossui valores diferentes de unidade de massa atômica (u.m.a.)
Área de Mecânica - POLÍMEROS
21
EXERCÍCIO RESOLVIDO III
Polipropileno, PP, com massa molecular de 210 000g/mol foi obtido
pela reação de polimerização do propileno. Qual o grau de
polimerização obtido na reação?
ATIVIDADE PROPOSTA
Qual será o peso molecular se o polímero obtido for o
polipropileno?
Vamos comparar as cadeias do polímero a uma corrente formada por elos.
Se forem usados dois tipos de elos, um maior e um menor, a corrente feita
com elo maior, para um mesmo grau de polimerização (número de elos),
apresentará maior peso molecular (maior tamanho). Desta forma, se muda
o mero, muda o peso molecular.
Resolução:
O polipropileno e o seu mero podem ser representados como
mostrado abaixo:
polipropileno mero do polipropileno
Conhecendo-se as massas atômicas do carbono e do hidrogênio,
calcula-se a massa do mero (M mero) como apresentado abaixo:
M mero = (3 x massa atômica do carbono) + (6 x massa atômica
do hidrogênio)
M mero = (3 x 12) + (6 x 1)
M mero = 42 g/mol
Sendo M polímero = 210000 g/mol e M mero= 42 g/mol,
substituindo-se na Equação 1 têm-se:
n = 5000
Área de Mecânica - POLÍMEROS
22
ATIVIDADE PROPOSTA
Qual seria o grau de polimerização se a massa molecular do
polipropileno fosse 168 000 g/mol?
Usando o exemplo da corrente. Suponha agora que existam duas
correntes, uma formada por 300 elos e outra formada por 50 elos.
A corrente que tem mais elos possui maior grau de polimerização.
Isto significa que ela tem maior peso molecular quando comparada
a corrente que possui 50 elos. Se o grau de polimerização aumenta
o peso molecular do polímero também aumenta.
IMPORTANTE:Os polímeros obtidos nas reações de polimerização não apresentam cadeiaspoliméricas de mesmo tamanho, por conseqüência estas cadeias possuemdiferentes massas moleculares.Imagine os alunos em uma sala de aula. Supondo que cada aluno represente umacadeia polimérica, obtida em uma reação de polimerização. Cada aluno possui umpeso diferente dos demais. Do mesmo modo, as moléculas originadas na reação depolimerização, tal como os alunos não possuem o mesmo peso. Assim, em umaúnica reação são observados diferentes graus de polimerização (valor de n) e, porconseqüência, cadeias com diferentes pesos moleculares.Desta forma, o fabricante de polímeros especifica um valor médio de massamolecular (normalmente a massa molecular ponderal média) para cada polímero.Isto implica em diferentes comportamentos de cada polímero, por exemplo noprocessamento e quanto a resistência mecânica.
Área de Mecânica - POLÍMEROS
23
EXERCÍCIOS PROPOSTOS
1) Relacione a coluna 1 com a coluna 2. Marque nos parênteses ao
lado do MERO a letra do POLÍMERO correspondente.
Coluna 1 Coluna 2
( )
(A)
(B) ( )
(C)
(D)
Nas questões 2, 3 e 4, assinale a alternativa verdadeira.2) Monômeros são moléculas que
a) reagem para formar polímeros.
b) são formadas durante a polimerização.
c) se formam durante a degradação de um polímero.
Área de Mecânica - POLÍMEROS
24
3) Polimerização é uma reação química
a) de um monômero e um polímero.
b) de dois polímeros.
c) de monômeros formando polímeros.
4) As matérias-primas das indústrias de primeira,
segunda e terceira geração petroquímica são,
respectivamente,
a) os monômeros, o petróleo e os polímeros.
b) a nafta, os monômeros e os polímeros.
c) os polímeros, os monômeros e o petróleo.
5) Complete o quadro com as massas dos meros dospolímeros apresentados abaixo.
(massas atômicas: H = 1 u.m.a; C = 12 u.m.a.; O = 16 u.m.a; N =
14 u.m.a. e Cl = 35,5 u.m.a.)
Área de Mecânica - POLÍMEROS
25
6) A reação de polimerização do monômero cloreto devinila, resulta o polímero poli(cloreto de vinila), PVC. Foramrealizadas duas reações, uma com grau de polimerização, n,igual a 500 e outra com n = 700.
a) Qual das duas reações dá origem ao polímero de maior peso
molecular?
b) A resistências mecânica dos dois polímeros obtidos deve ser
igual?
7) A molécula abaixo representa o polietileno (PE).
-(CH2-CH2)-500
a) Qual o grau de polimerização?
b) Qual é a massa molecular do polímero?
c) Se o grau de polimerização aumentar o que ocorre com a
massa molecular?
8) Verifique na sua casa e/ou na Escola Formare dez artigosfeitos em plástico. De qual material eram feitos estesartigos, antes do desenvolvimentos dos materiaisplásticos? (Se necessário faça uma entrevista com aspessoas mais próximas para verificar o que elascomentam.)
9) No ambiente da fábrica pesquisar cinco tipos deplásticos utilizados ou processados? Identifique os nomese as siglas dos mesmos.
2CCllaassssiiffiiccaaççããooee CCoommppoossiiççããoo
2.1 Classificação e composição
Área de Mecânica - POLÍMEROS
28
A grande diversidade de materiais existentes na atualidade, torna
muito importante a classificação dos mesmos em grupos que
possuam características comuns, facilitando o seu estudo e a sua
compreensão. A primeira etapa deste capítulo abordará a
classificação dos polímeros. Na segunda parte serão apresentados
os aditivos que, quando adicionados aos plásticos, alteram as
propriedades do mesmo.
2.1 CLASSIFICAÇÃO E COMPOSIÇÃO
Existem vários tipos de classificações. As mais importantes são
apresentadas a seguir.
2.1.1 QUANTO AO TIPO DE ESTRUTURA QUÍMICA:
2.1.1.1 EM RELAÇÃO AO NÚMERO DE MEROS DIFERENTESPRESENTES NA CADEIA:
Os polímeros podem ser formados por um ou mais tipos de meros.
Quando é formado por um mero é chamado de
HOMOPOLÍMERO.Um homopolímero representado genericamente
na figura 6.
O PE e o PET, representados na figura 4 (capítulo 1) são exemplos
de homopolímeros.
Quando os polímeros são formados por mais de um tipo de mero são
chamados de COPOLÍMEROS. O poli (acrilonitrila-butadieno-
estireno), ABS, e o poli (estireno-acrilonitrila), SAN, são exemplos de
copolímeros. A figura 7 representa o copolímero ABS, formado por
diferentes meros.
2CCllaassssiiffiiccaaççããoo ee CCoommppoossiiççããoo
ou
Figura 6: Representação genérica de umhomopolímero.
Figura 7: Representação do copolímero ABS.
Área de Mecânica - POLÍMEROS
29
Supondo que um copolímero seja formado por dois meros
genéricos Y e Z, pode-se distribuir as unidades repetitivas de quatro
maneiras diferentes.
Se os meros estão de forma desordenada na cadeia do polímero,
tem-se um copolímero ESTATÍSTICO ou ALEATÓRIO. A figura 8
representa um copolímero estatístico genérico.
Se os meros estão ordenados de forma alternada na cadeia do
polímero, tem-se um copolímero ALTERNADO. A figura 9
representa um copolímero alternado genérico.
Se o copolímero é formado por seqüências de meros iguais e de
comprimentos variáveis, tem-se um copolímero EM BLOCO. A
figura 10 representa um copolímero em bloco genérico.
Se a cadeia principal do copolímero é formada por um tipo de
unidade repetitiva, enquanto o outro mero forma uma cadeia lateral
(enxertada), tem-se copolímeros GRAFITIZADOS ou ENXERTADOS.
A figura 11 representa um copolímero grafitizado genérico.
A obtenção de um copolímero ocorre através de uma reação de
COPOLIMERIZAÇÃO. Os monômeros envolvidos na reação são
chamados de COMONÔMEROS.
2.1.1.2 EM RELAÇÃO À ESTRUTURA QUÍMICA DOS MEROS
Os compostos orgânicos são pertencentes a diferentes funções:olefinas, ésteres, amidas, éteres, entre outras. Desta forma, umpolímero pode ser classificado quanto a estrutura química dosmeros que o constituem. Têm-se assim, as poliolefinas (PE, PP),poliésteres (PET, PC), poliamidas (nylon) e poliéteres (POM).
Figura 8: Representação genérica de umcopolímero estatístico.
Figura 9: Representação genérica de umcopolímero alternado.
Figura 10: Representação genérica deum copolímero em bloco.
Figura 11: Representação de umcopolímero grafitizado genérico.
Área de Mecânica - POLÍMEROS
30
A figura 12 representa polímeros de diferentes funções, destacandoo grupo funcional.
2.1.1.3 EM RELAÇÃO À ARQUITETURA DA CADEIA
A cadeia polimérica pode ser linear, conforme representado na
Figura 13.a. Porém, nem todos os polímeros são LINEARES e
algumas cadeias pequenas podem estar ligadas a cadeia principal.
Estas pequenas cadeias são chamadas de ramificações, dando
origem aos chamados polímeros RAMIFICADOS (Figura 13.b).
Quando moléculas de polímero estão ligadas a outras moléculas de
polímero por ligações químicas, forma-se uma estrutura
tridimensional (ligações cruzadas), dando origem aos chamados
polímeros RETICULADOS (Figura 13.c).
NOTA:Uma cadeia polimérica não é uma linha reta esticada. Na verdade, cada cadeiaapresenta-se enovelada (como um novelo de lã, por exemplo, um único fioemaranhado)
Área de Mecânica - POLÍMEROS
31
2.1.2 QUANTO AO COMPORTAMENTO MECÂNICO
Os polímeros podem apresentar comportamento mecânico
diferente, sendo classificados como plástico, elastômero ou fibra.
PRÁTICA DEMONSTRATIVA I
√ Objetivo: Verificar o comportamento mecânico dosmateriais
√ Materiais: fio de nylon; atílio ou elástico de roupa; esacola de supermercado.
√Procedimento:
Segure os materiais individualmente pelas suas extremidades. Faça
força com as mãos em sentidos contrários, de forma a esticá-los.
Cuidado para não rompê-los.
√Discussão:
No caso do fio de nylon, a força necessária para estirá-lo é muito
grande e a deformação resultante é muito pequena. Este
comportamento é característico de uma fibra.
No caso do atílio, ao estirá-lo (não abuse da força), obtém-se uma
grande deformação e ao retirar a tensão o atílio voltará
praticamente ao seu tamanho.
No caso da sacola, ao estirá-la, obtém-se uma grande deformação,
que permanece mesmo após a retirada da tensão. Este
comportamento é característico de um plástico.
As FIBRAS são materiais poliméricos, cujo comprimento pode
tornar-se muito elevado em relação as suas dimensões laterais. Para
provocar uma pequena deformação em uma fibra é necessária a
aplicação de uma elevada tensão.
Os ELASTÔMEROS14 (borrachas) são materiais poliméricos que
após sofrerem deformação, sob ação de uma força, retornam a sua
forma original quando esta força é removida.
Área de Mecânica - POLÍMEROS
32
Os PLÁSTICOS15 são materiais poliméricos que após sofrerem
deformação, sob ação de uma força, não retornam a sua forma original
quando esta força é removida, ou seja sofrem deformação permanente.
2.1.3 QUANTO ÀS CARACTERÍSTICAS DE FUSIBILIDADE 16
Os polímeros podem se comportar de maneira diferente quando aquecidos.
Quando os polímeros fundem (plastificam) ao serem aquecidos e se solidificam
ao serem resfriados são chamados TERMOPLÁSTICOS. Este procedimento
pode ser repetido várias vezes.
Polímeros formam ligações cruzadas17 , tornando-se insolúveis e não fundem
mais. Estes polímeros são chamados TERMOFIXOS.
PRÁTICA DEMONSTRATIVA II
√Objetivo: Verificar o comportamento de termoplásticos e termofixosquando aquecidos.
√ Materiais: bico de bunsen ou chapa de aquecimento metálica18 ;duas colheres metálicas de sopa; amostra de filme de polietileno (sacode embalar verduras); cola tipo epóxi (misture os dois componentes dacola epóxi e modele na forma de uma chapa menor que o tamanhoda colher. Deixe secar por no mínimo 24 horas.).
√Procedimento:
Corte um pedaço do filme de polietileno (menor do que a colher) e
coloque na colher. Acenda o bico de bunsen (ou chapa de aquecimento)
e aqueça a colher. Mantenha aquecido por alguns minutos e observe o
que ocorre com a amostra. Retire a colher do fogo e deixe esfriar.
Observe o que ocorre com a amostra.
Repita o mesmo procedimento para a amostra de cola tipo epóxi.
OBSERVAÇÃO: Não permita, em nenhum dos experimentos, que a
chama atinja diretamente a amostra pois, neste circunstância, a amostra
queimará. O aquecimento deverá ser indireto.
14do grego parte elástica (elastos = elasticidade; mero = parte)15do latim que modela (plasticu) 16comportamento sob calor.17ligações cruzadas podem ser obtidas por reações químicas que ligam as cadeiasentre si, formando uma rede (retículo)18no caso de não ter disponível estes materiais é possível executar usando a bocade um fogão.
Área de Mecânica - POLÍMEROS
33
√ Discussão:
No caso da amostra de polietileno ocorrerá a fusão pela ação do
calor e, ao esfriar, a amostra solidifica novamente, adquirindo a
forma da colher. Este comportamento caracteriza um
TERMOPLÁSTICO.
No caso da amostra de cola do tipo epóxi não ocorrerá a fusão.
Este comportamento caracteriza um TERMOFIXO.
2.1.4 QUANTO À ESCALA DE FABRICAÇÃO
Os plásticos denominados COMMODITIES (PE, PP) constituem a
maioria dos plásticos fabricados, sendo produzidos em maior escala
e os plásticos denominados SPECIALITIES (POM), que possuem
propriedades incomuns, são produzidos em menor escala.
2.1.5 QUANTO AO TIPO DE FABRICAÇÃO
Os plásticos de USO GERAL (PE,PP) são polímeros utilizados nas
mais variadas aplicações, enquanto que os PLÁSTICOS DE
ENGENHARIA (POM, PC) são polímeros empregados na
substituição de materiais convencionais utilizados em engenharia
como, a madeira e os metais.
NOTA:Se os polímeros ficam muito tempo sob a ação de calor estes sofrem reação dedegradação. A degradação é a cisão (quebra) das cadeias poliméricas em moléculasmenores.
Área de Mecânica - POLÍMEROS
34
EXERCÍCIOS PROPOSTOS
Nas questões abaixo assinale a alternativa correta.
1) Os polímeros (X) e (Y) podem ser classificados,respectivamente como
a) homopolímero grafitizado e copolímero alternado.
b) homopolímero ramificado e copolímero em bloco.
c) copolímero grafitizado e copolímero estatítico.
2) Um polímero que pode ser fundido e moldado, podendopassar por um novo processo de fusão, é chamado de
a) polímero especial.
b) elastômero.
c) termoplástico.
d) fibra.
e) termofixo.
3) Relacione a primeira coluna com a segunda coluna, deacordo com o comportamento mecânico dos materiais
EExxeerrccíícciiooss
Área de Mecânica - POLÍMEROS
35
4) Relacione a primeira coluna com a segunda coluna, noque se refere a classificação dos polímeros apresentados.
5) Use DUAS das expressões abaixo para preencher osespaços de forma que a afirmação seja correta.
“DEFORMAR MUITO POUCO”“ DEFORMAR PERMANENTEMENTE”“VOLTAR AO TAMANHO ORIGINAL”
“Uma amostra de ELASTÔMERO quando submetida a umatensão sofre uma deformação e, quando a tensão éretirada, a amostra irá...............................................................,enquanto que uma amostra de PLÁSTICO é deformada poruma tensão e, quando a tensão é retirada, elairá...............................................................”
6) Em equipe de, no máximo, quatro componentes,pesquisar na fábrica quatro produtos ou componentesfabricados em plástico e procurar caracterizá-los segundoos critérios de classificação estudados. Para realizar aclassificação você pode realizar testes e/ou pesquisar nasfichas técnicas dos materiais. Registrar os resultados emrelatório escrito.
3PPrroopprriieeddaaddeess qquueeCCaarraacctteerriizzaamm ooss PPoollíímmeerrooss
3.1 Morfologia dos polímeros
3.2 Propriedades
Área de Mecânica - POLÍMEROS
38
Os polímeros podem ser utilizados nas mais variadas aplicações,
entre elas: embalagens, peças automotivas, utensílios domésticos,
vestuário, etc.
As diferentes propriedades de cada material é que permitem definir o
seu uso. Por exemplo, o PEBD é normalmente utilizado na fabricação
de embalagens, no entanto não é comum ver sua utilização em
aplicações que utilizem temperaturas elevadas (acima de 100°C). Este
capítulo abordará as principais propriedades que caracterizam os
polímeros e que permitem definir sua aplicação.
Para melhor entender as propriedades dos polímeros será necessário,
antes, conhecer um pouco sobre a morfologia dos mesmos.
3.1 MORFOLOGIA DOS POLÍMEROS
A morfologia estuda a forma e a estrutura dos polímeros. Seu
conhecimento permite entender melhor as propriedades dos
polímeros, seu comportamento e suas possíveis aplicações.
3.1.1 POLÍMEROS CRISTALINOS E AMORFOS
O polímero é constituído de longas cadeias moleculares que podem
estar ORGANIZADAS DE FORMA REGULAR e/ou
DESORGANIZADAS.
Aquelas que estão arranjadas de forma ordenada regular dão origem
as chamadas REGIÕES CRISTALINAS. As cadeias que não estão
organizadas, formando um arranjo emaranhado, dão origem as
chamadas REGIÕES AMORFAS. A figura 14 representa regiões
cristalinas e amorfas em um polímero semi-cristalino.
3 PPrroopprriieeddaaddeess qquuee ccaarraacctteerriizzaamm ooss PPoollíímmeerrooss
Figura 14: Representação das regiõescristalinas e amorfas em um polímerosemi-cristalino.
Área de Mecânica - POLÍMEROS
39
Os polímeros não são completamente cristalinos. Na realidade, os
polímeros possuem duas regiões: a cristalina e a amorfa. Nas regiões
cristalinas, segmentos de cadeias poliméricas estão alinhadas e nas
regiões amorfas, não existe qualquer tipo de alinhamento.
As regiões cristalinas tornam o material forte, porém quebradiço. As
regiões amorfas dão tenacidade (habilidade de flexionar sem
quebrar) ao material.
A quantidade (percentual) de regiões cristalinas e amorfas,
dependem de vários fatores, entre eles a estrutura química, a
arquitetura da cadeias e as condições de processamento.
Assim, materiais como POLIPROPILENO, POLIESTIRENO
SINDIOTÁTICO e NYLON são polímeros ALTAMENTE
CRISTALINOS. Outros materiais, como o POLIESTIRENO
ATÁTICO e POLICARBONATO são polímeros ALTAMENTE
AMORFOS.
3.1.2 FATORES QUE INFLUENCIAM A CRISTALINIDADE
A estrutura do polímero influencia o grau de cristalinidade. Se a
estrutura é regular e ordenada, as cadeias podem “empacotar”
facilmente para formar cristais. O poliestireno, por exemplo, pode
ser muito cristalino ou muito amorfo, dependendo da regularidade
da estrutura. A figura 15 representa as estruturas dos poliestirenos
sindiotático e atático.
O monômero estireno, na reação de polimerização, pode se
incorporar de forma alternada (REGULAR) na cadeia polimérica
(Figura 15.a). Neste caso, o polímero é o poliestireno
SINDIOTÁTICO, que por ser uma estrutura regular e ordenada,
facilita a organização (empacotamento), sendo altamente cristalino.
Por outro lado, o monômero estireno, na reação de polimerização,
também pode se ligar de maneira ALEATÓRIA para formar a
cadeia, onde o anel aromático estará disposto ao acaso na cadeia
polimérica (Figura 15.b). Neste caso, o polímero é o poliestireno
ATÁTICO, que por ser uma estrutura pouco regular dificulta o
empacotamento das cadeias, sendo altamente amorfo.
Quando o GRUPO VOLUMOSO (no caso do poliestireno é a
Figura 15: Estrutura do poliestireno. (a)sindiotático; (b) atático
Área de Mecânica - POLÍMEROS
40
fenila) pode estar disposto de diferentes maneiras na cadeia
polimérica, diz-se que o polímero apresenta TATICIDADE.
Outro polímero que apresenta taticidade é o polipropileno (o grupo
volumoso é a metila). Este pode ser atático ou ISOTÁTICO. No
polímero isotático o grupo volumoso está disposto sempre do mesmo
lado da cadeia.
A transparência dos polímeros está relacionada as regiões amorfas,
enquanto que a opacidade está relacionada as regiões cristalinas.
Polímeros completamente amorfos não apresentam opacidade.
ATIVIDADE PROPOSTA
Comparando o PS atático e sindiotático, qual deve apresentar maior
transparência? Qual deve apresentar maior opacidade? Justifique.
Os polímeros semi-cristalinos apresentam graus de transparência
(ou opacidade) de acordo com o percentual de cristalinidade. A
modificação na transparência destes materiais e, portanto no
produto final, é influenciada pelo tempo e pela temperatura de
resfriamento, durante o processamento da matéria-prima.
No que se refere ao processamento, pode-se dizer que, quando o
RESFRIAMENTO do produto é RÁPIDO, a cristalização é difícil.
Neste caso, o polímero apresentará MAIOR TRANSPARÊNCIA.
Se o RESFRIAMENTO for LENTO, a cristalização é facilitada.
Neste caso, o polímero apresentará MENOR TRANSPARÊNCIA,
ou maior OPACIDADE.
PARA LEMBRAR:Atático aleatórioSindiotático alternadoIsotático do mesmo lado
Área de Mecânica - POLÍMEROS
41
A capacidade de formar cristais está diretamente relacionada com
a arquitetura da cadeia e o tipo de forças intermoleculares (entre as
cadeias poliméricas).
Quanto a arquitetura da cadeia, observa-se que um polímero
LINEAR apresenta ALTO GRAU DE CRISTALINIDADE. Por
outro lado, em polímeros RAMIFICADOS apresentarão MAIS
BAIXO GRAU DE CRISTALINIDADE ou nenhuma cristalinidade
(polímero amorfo).
A cristalinidade, influenciada pela estrutura química do polímero, é
dependente do tipo de FORÇA INTERMOLECULAR existente
entre as cadeias. Estas forças intermoleculares podem ser FORTES
OU FRACAS.
Se a estrutura química origina forças intermoleculares fortes,
favorece a formação de cristais. Um exemplo é o nylon-6,6,
representado na figura 17, que apresenta pontes de hidrogênio
(interação forte) entre as moléculas.
Figura 16: arranjo de cadeias a) lineares e organizadas cristalino; b) ramificadas amorfo
Figura 17: Representação do nylon-6,6 que apresenta forças intermoleculares fortes (pontesde hidrogênio) entre o oxigênio e o nitrogênio em cadeias diferentes.
Área de Mecânica - POLÍMEROS
42
3.2 PROPRIEDADES
Para um polímero ser processado e utilizado nas diferentes
aplicações do nosso dia a dia, é importante conhecer as
propriedades que o caracterizam. Entre as principais, destacam-se
as propriedades físicas, químicas e físico-químicas.
3.2.1 PROPRIEDADES FÍSICAS
Entre as propriedades físicas podem-se destacar a densidade, a
solubilidade, as propriedades térmicas e as propriedades mecânicas.
3.2.1.1 DENSIDADE
A densidade é dada pela relação entre a massa e o volume ocupado
pelas cadeias poliméricas.
A unidade normalmente utilizada para expressar a densidade é
gramas por centímetro cúbico, representada por g/cm3.
NOTA:A arquitetura da cadeia e a estrutura química tambéminfluenciam na densidade. Assim, polímeros que possuemcadeias lineares têm densidade maior (a) do quepolímeros que apresentam cadeias ramificadas (b).Temos como exemplos o PEAD e o PEBD. Ainda,polímeros que apresentam ligações fortes entre suascadeias, originam um empacotamento maior, resultandoem mais alta densidade.
Área de Mecânica - POLÍMEROS
43
EXEMPLO PRÁTICO:
Se pegarmos dois dados do mesmo tamanho, um feito de isopor e
o outro feito de chumbo, qual deles terá maior massa19 ? O dado de
chumbo. Como o volume dos dois dados é o mesmo, isto significa
que a densidade do chumbo é maior do que a densidade do isopor.
Como visto anteriormente, a densidade de polímeros é uma
propriedade influenciada tanto pela arquitetura da cadeia, como
pela estrutura química.
3.2.1.2 SOLUBILIDADE
A solubilidade é medida pela capacidade que tem uma substância
de se dissolver em outra, sendo expressa pela concentração da
solução saturada da primeira na segunda. Esta propriedade
depende da estrutura química das substâncias (soluto e solvente). A
cristalinidade também influencia a solubilidade. Sabe-se que
materiais cristalinos são mais difíceis de solubilizar que materiais
não cristalinos.
3.2.2 PROPRIEDADES TÉRMICAS
As propriedades térmicas dos polímeros nos fornecem informações
importantes, as quais nos permitem determinar as condições de
processamento, bem como a possibilidade de uso dos mesmos em
determinado ambiente.
19normalmente nos referimos a massa como sendo o "peso de um objeto". Isto é um erro delinguagem. Massa é a quantidade de matéria de um corpo (unidade; gramas oukilogramas). O peso é o produto da massa pela aceleração da gravidade (unidade usual:kilograma-força = 9,8 Newton).
Área de Mecânica - POLÍMEROS
44
Os polímeros apresentam uma temperatura, abaixo da qual tornam-
se duros e quebradiços semelhantes ao vidro, e que é chamada
TEMPERATURA DE TRANSIÇÃO VÍTREA (Tg20). Alguns
polímeros possuem Tg acima da temperatura ambiente, outros
possuem Tg abaixo da temperatura ambiente.
Os polímeros que apresentam Tg acima da temperatura ambiente (PC
e PS) são mais rígidos do que polímeros que apresentam Tg abaixo
da temperatura ambiente (PE e PP). Na tabela 3 estão apresentadas
as temperaturas de transição vítrea (Tg) de alguns polímeros.
ATIVIDADE PROPOSTA
Com base nos dados apresentados na tabela 3, complete as frases
abaixo utilizando as palavras MAIOR ou MENOR.
a) O ABS possui.......................… rigidez que o POM, a
temperatura ambiente.
b) O PP isotático possui.................… rigidez que o PS, a
temperatura ambiente.
A Tg é característica das REGIÕES AMORFAS. Nas regiões
amorfas, as cadeias poliméricas apresentam mobilidade e, com a
redução da temperatura, esta mobilidade diminui. Em temperaturas
superiores a Tg, a mobilidade das cadeias pode ser suficiente para
absorver as tensões aplicadas a um produto polimérico, evitando sua
rachadura ou quebra. Abaixo da Tg a mobilidade das cadeias é
muito reduzida (como se estivessem congeladas) e, neste caso,
qualquer tensão sobre um produto polimérico poderá ocasionar
rachaduras ou quebra.
Tabela 3: Temperatura de transição vítrea de alguns polímeros.
20do inglês glass temperature
Área de Mecânica - POLÍMEROS
45
Um bom exemplo está nos potes para freezer feitos com PP. Os
primeiros potes eram fabricados com PP homopolímero e quando
eram retirados do freezer apresentavam-se extremamente rígidos
(duros). Ao tentar abrir, a tampa dos potes rachavam com
facilidade. Neste caso, a Tg do PP situava-se na faixa de
temperatura do freezer e o polímero adquiria a característica de
vidro (frágil e quebradiço). Atualmente, estes potes utilizam um
copolímero de PP, que apresenta uma Tg mais baixa. Neste caso, a
temperatura do freezer está acima da Tg e o polímero tem maior
flexibilidade, não apresentando tanta fragilidade.
Como visto anteriormente, os polímeros apresentam regiões amorfas e
cristalinas. As regiões cristalinas são caracterizadas por uma
temperatura na qual os cristais fundem, que é chamada de
TEMPERATURA DE FUSÃO CRISTALINA (Tm21). Na tabela 4
estão apresentadas as temperaturas de fusão (Tm) de alguns polímeros.
As temperaturas de processamento de polímeros, tanto amorfos como
cristalinos, são determinadas em função da viscosidade. Assim, o
processamento é feito em temperaturas, onde a viscosidade do
polímero é baixa o suficiente para permitir uma boa fluidez do material.
Para polímeros cristalinos esta temperatura deve ser superior a Tm.
Tabela 4: Temperatura de fusão de alguns polímeros
21 do inglês melting temperature
Área de Mecânica - POLÍMEROS
46
3.2.3 PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS POLÍMEROS
Produtos plásticos requerem diferentes propriedades mecânicas em
suas aplicações. Ensaios de caracterização fornecem informações
importantes do comportamento do polímero, quando submetido a
condições de tensão.
Estas informações podem ser avaliadas pelo valor da tensão (F/A )
até a ruptura (unidade SI = MPa) em experimentos que verifiquem, por
exemplo, as resistências ao estiramento, a compressão e a flexão.
Na prática demonstrativa I foi avaliada, qualitativamente, a
resistência ao estiramento (tração). As fibras, por exemplo,
apresentam muito boa resistência a tensão na direção longitudinal
(comprimento) – Figura 19.a. No entanto, quando solicitadas na
direção transversal (diâmetro), apresentam baixa resistência nesse
sentido – Figura 19.b.
Figura 19: Estiramento na: (a) direçãolongitudinal; (b) direção transversal
Área de Mecânica - POLÍMEROS
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ATIVIDADE PROPOSTA
Pegue quatro tipos diferentes de sacolas ou sacos plásticos. Faça
testes de estiramento, semelhante ao executado na prática
demonstrativa I. Em cada sacola ou saco, corte mais quatro tiras de
10cm x 3 cm, sendo duas no sentido transversal e duas no sentido
longitudinal. Nestas amostras, faça estiramentos tanto no sentido
longitudinal, como transversal. Avalie qualitativamente, qual direção
oferece maior resistência ao estiramento.
Conforme a resistência determinada no experimento, desenhe com uma
caneta, na amostra testada, como as cadeias devem estar orientadas.
A resistência a compressão também está relacionada a
orientação das cadeias poliméricas. Assim, se a orientação das
cadeias poliméricas na direção longitudinal aumenta, também é
observado o aumento da propriedade de resistência a
compressão (figura 20.a).
Figura 20: Compressão de uma amostra
Área de Mecânica - POLÍMEROS
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ATIVIDADE PROPOSTA
Na figura abaixo, indique qual a orientação preferencial das
cadeias de polímero na peça que está embaixo, para que a mesma
resista ao peso dos blocos que estão em cima.
FIGURA Um bloco de plástico e sobre ele váriasblocos empilhados. Uma seta indicando o bloco queestá mais abaixo.
Outras situações podem ser pensadas. Uma tampa com parte
dobrável, por exemplo, necessita uma resistência a flexão na
dobradiça, durante a utilização do produto. O PP tem maior
resistência ao movimento de flexão do que o PEAD. Assim, frascos
que possuam este tipo de tampa, normalmente são feitos de PP e não
de PEAD.
Ainda, polímeros que tenham grande quantidade de regiões
amorfas resistem melhor ao impacto, do que polímeros mais
cristalinos. Por exemplo, o PS sindiotático que é altamente cristalino
é mais frágil (menor resistência ao impacto) que o PS modificado
com butadieno (HIPS24). Neste caso, a presença de butadieno
aumenta o percentual de regiões amorfas no PS, conferindo-lhe
maior resistência ao impacto.
Outra característica importante de ser avaliada é a
DEFORMAÇÃO, que é uma mudança na forma da amostra
quando submetida à tensão. A ELONGAÇÃO é um tipo de
deformação, na qual a amostra aumenta o seu comprimento e
diminui a seção transversal. Utiliza-se um valor comparativo
percentual (%).
onde Cf = comprimento final da amostra e Ci = comprimento
inicial da amostra.
24 Do inglês high impact polystyrene.
Área de Mecânica - POLÍMEROS
49
Pode ser determinada a MÁXIMA ELONGAÇÃO, que é a
máxima deformação SEM A RUPTURA da amostra, ou a
ELONGAÇÃO ELÁSTICA, que é o valor máximo que pode ser
alcançado para que não ocorra a DEFORMAÇÃO
PERMANENTE. Qualitativamente, na prática demonstrativa I foi
avaliada a elongação das amostras.
MÓDULO é uma maneira de avaliar a resistência que o material
tem a elongação. Ele é obtido pela INCLINAÇÃO DA CURVA
TENSÃO X DEFORMAÇÃO, sendo expresso com a mesma
unidade da tensão.
O valor máximo de tensão é chamado TENSÃO DE RUPTURA.
Comparando-se fibras, plásticos e elastômeros, o que apresenta
maior módulo são as fibras e o que apresenta menor módulo são os
elastômeros (figura 21). Observando a figura 21, pode-se dizer que
para as fibras é necessário uma grande tensão (t1) para promover
uma pequena deformação (d). Isto implica em um módulo elevado.
Para os elastômeros é necessário a aplicação de uma menor tensão
(t3) para obter a mesma deformação (d). Neste caso, o módulo é
menor. No caso dos plásticos, a tensão necessária para promover a
deformação d será intermediária (t2).
Através da curva tensão x deformação (em unidade de distância e
não percentual) é possível avaliar a TENACIDADE, que é a medida
de energia que uma amostra pode absorver antes de romper.
Graficamente, a tenacidade é a ÁREA SOB A CURVA TENSÃO
X DEFORMAÇÃO. Um material resistente (tensão) não é
necessariamente tenaz (energia).
Figura 21: Diagrama tensão xdeformação para (a) fibras; (b) plástico;(c) elastômero
Figura 22: Diagrama tensão xdeformação para (a) fibras; (b) plástico;(c) elastômero
deformação
Área de Mecânica - POLÍMEROS
50
3.2.4 OUTRAS PROPRIEDADES
Além das propriedades citadas acima, existem outras que também
tem sua importância: propriedades elétricas, propriedades ópticas,
dureza, ductilidade, resistência a produtos químicos, resistência ao
tensofissuramento, inflamabilidade, toxicidade e resistência ao
aquecimento, permeabilidade a gases, entre outras.
NOTA:As diferentes propriedades dos plásticos podem ser avaliadas durante o desenvolvimento damatéria-prima, para verificar sua aplicação e condições de processamento. Outra aplicaçãocomum é a avaliação após o processamento (no produto final) que serve como ferramentapara o controle de qualidade..
Área de Mecânica - POLÍMEROS
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EXERCÍCIOS PROPOSTOS
Nas questões abaixo, assinale a alternativa correta.
1) Um polímero de cadeia linear, quando comparado a umpolímero de cadeia ramificada apresenta
a) menor densidade
b) maior quantidade de regiões amorfas
c) maior quantidade de regiões cristalinas
d) maior transparência
2) O poliestireno e o polipropileno podem apresentartaticidade. Relacionando a regularidade da estrutura com amorfologia do polímero, é correto afirmar que opoliestireno
a) atático e o polipropileno isotático são amorfos.
b) atático e o polipropileno atático são cristalinos.
c) sindiotático e o polipropileno isotático são amorfos.
d) sindiotático e o polipropileno isotático são cristalinos.
3) Um polímero cristalino, quando resfriado rapidamente,apresentará
a) maior cristalinidade que um polímero resfriado lentamente.
b) maior transparência que um polímero resfriado lentamente
EExxeerrccíícciiooss
Área de Mecânica - POLÍMEROS
52
c) igual cristalinidade que um polímero resfriado lentamente
d) menor resistência ao impacto
e) igual transparência que um polímero resfriado lentamente
4) Uma peça é injetada e resfriada a uma velocidade, deforma que as moléculas ficam orientadas, mas nãocristalizam. A resistência ao estiramento será
a) maior no sentido da orientação das cadeias.
b) maior no sentido transversal a orientação das cadeias.
c) igual tanto no sentido da orientação quanto no sentido transversal.
d) menor no sentido da orientação das cadeias.
e) igual a resistência à compressão no sentido transversal.
Responda as questões abaixo.
1) Comparando o poliestireno sindiotático com opoliestireno atático, qual deles apresenta maior resistênciaao impacto?
2) Desenhe um gráfico de tensão x deformação para doispolímeros que tenham módulos diferentes.
a) Indique qual dos polímeros apresenta maiormódulo.
b) Indique qual dos polímeros apresenta maiortenacidade.
Verifique através de uma pesquisa na empresa quaisensaios são feitos na matéria-prima e/ou no produtofinal. Elabore uma tabela relacionando aspropriedades e seus respectivos valores. (no caso denão serem realizados testes na empresa, avalie asfichas técnicas dos plásticos)
4TTeerrmmoopplláássttiiccooss eeTTeerrmmooffiixxooss4.1 Termoplásticos
4.2 Termofixos
Área de Mecânica - POLÍMEROS
54
Conforme as características de fusibilidade, os plásticos podem compor
dois grupos diferentes: os termoplásticos e termofixos. Neste capítulo
serão apresentadas as propriedades específicas dos principais
termoplásticos (4.1) e termofixos (4.2), assim como sua aplicação.
4.1 TERMOPLÁSTICOS
Os termoplásticos são moldados de forma reversível. Entre os
principais polímeros termoplásticos estão as poliolefinas, entre elas
PE, PP, PS, PVC e EVA; os poliésteres, entre eles PET e PBT; os
fluoroplásticos, entre eles PTFE; os plásticos de engenharia, entre
eles PC, POM e PA; e o celulósicos, entre eles CN e CA.
4TTeerrmmoopplláássttiiccooss eeTTeerrmmooffiixxooss
Área de Mecânica - POLÍMEROS
55
4.1.1 POLIETILENO
Símbolo
Estrutura
Grades e Tipos
Principais
aplicações
Principais
propriedades
Principais
processos de
transformação
PE
-(CH2-CH2)-n
Homopolímeros, copolímeros
polietileno de baixa densidade (PEBD), polietileno de alta
densidade (PEAD), polietileno linear de baixa densidade
(PELBD), polietileno de média densidade (PEMD), polietileno de
ultra alta densidade (PEUAD)
PEBD, PEAD, PELBD, PEMD:
embalagens, alguns frascos de
uso doméstico e brinquedos.
PEUAD: fabricação de fibras
muito resistentes
Baixa densidade, quando comparado com outros plásticos;
alta tenacidade e elongação; muito boas propriedades
elétricas e dielétricas; muito baixa absorção de água; baixa
permeabilidade a vapor de água; alta resistência ao ataque
de produtos químicos; resistência a tensão por fadiga, que
aumenta com o peso molecular (copolímeros são mais
resistentes que homopolímeros); boa processabilidade.
Sopro, extrusão de filmes e injeção
"GRADES"
Dois polietilenos (PE) podem apresentar características diferentes, tais como, densidade, distribuição de massa molecular, índicede fluidez, a presença de aditivos, e outras. Estes dois polímeros são chamados PE, porém diz-se que eles são de "GRADES"diferentes. O mesmo ocorre para os outros tipos de polímeros.
Área de Mecânica - POLÍMEROS
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Símbolo
Estrutura
Grades e Tipos
Principais
aplicações
Principais
propriedades
Principais
processos de
transformação
PP
Homopolímeros, polímeros em bloco, estatístico, copolímeros,blendas
Componentes para máquina de lavar,armários domésticos, utensílios de cozinha,
embalagens, ventiladores, mangueiras,acessórios para antenas, partes de móveis,seringas descartáveis, caixas, brinquedos e
potes.
Elevada resistência química; ótima capacidade depigmentação; excepcional resistência a ruptura por flexão ou
fadiga; boa resistência ao impacto (T > 15°C); boaestabilidade térmica; boa processabilidade.
Injeção, Extrusão de filmes e fibras
4.1.2 POLIPROPILENO
Área de Mecânica - POLÍMEROS
57
Símbolo
Estrutura
Grades e Tipos
Principais
aplicações
Principais
propriedades
Principais
processos de
transformação
PS
PS homopolímeros, PS expandido (EPS), Alto impacto (HIPS)
Embalagens de alimentos, de fármacos e decosméticos; os filmes; as carcaças para rádios e
televisores; os acessórios fotográficos;
as sinaleiras de automóveis;brinquedos; instrumentos de desenho;escovas; copos; armário de refrigeradores; copos
de café; e armações de relógios.
PS homopolímero: elevada transparência, alto brilho,propriedade isolante elétrica e térmica
EPS: baixa densidade e boa capacidade de isolamento térmicoAlto impacto (HIPS): alta absorção de impacto
Extrusão de filmes, injeção e termoformagem
4.1.3 POLIESTIRENO
Área de Mecânica - POLÍMEROS
58
Símbolo
Estrutura
Grades e Tipos
Principais
aplicações
Principais
propriedades
PVC
PVC rígido e PVC flexível
PVC rígido: canos, tubos, portas, janelas,utensílios domésticos.
PVC flexível: mangueiras, filmes, revestimentode fios e cabos e em tintas
Alta resistência mecânica, alta rigidez, alta dureza, boaspropriedades elétricas em baixa voltagem e freqüência, altaresistência química, além da capacidade da auto-extinção da
chama após a remoção da fonte
4.1.4 POLI (CLORETO DE VINILA)
Área de Mecânica - POLÍMEROS
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Símbolo
Estrutura
Grades e Tipos
Principais
aplicações
Principais
propriedades
Principais
processos de
transformação
EVA
Diferentes teores de acetado de vinila
Filmes de embalagens e potes para freezer, como selantes eanéis de vedação, adesivos e recobrimento,podem ser reticulados para utilização em
cabos isolantes, manufatura de tintas, tubosextrudados flexíveis, perfis flexíveis
EVA com baixo teor de acetato de vinila: mais rígido, maisopaco, mais quebradiço
EVA com alto teor de acetato de vinila: baixa resistência àtemperatura, resistência a impacto, flexibilidade,
transparência, aumento da densidade, diminuição da dureza,diminuição da rigidez, diminuição da temperatura de fusão,
diminuição da resistência química
Extrusão, moldagem por compressão
4.1.5 POLI (ETILENO-ACETATO DE VINILA)
Área de Mecânica - POLÍMEROS
60
Símbolo
Estrutura
Grades e Tipos
Principais
aplicações
Principais
propriedades
Principais
processos de
transformação
PET
PET cristalino, PET amorfo
Garrafas para bebidas carbonatadas, chapas paratermoformagem (embalagens de alimentos), fios têxteis,
componentes de precisão resistentesao desgaste (engre-nagens, mancais, conectores), caixas de instrumentos,acessórios de equipamentos têxteis,filmes isolantes, filmes magnéticos
para cassetes e substrato para filmefotográfico.
O PET parcialmente cristalino: elevada resistência e rigidez,superfície dura, resistência ao desgaste, grande estabilidade
dimensional, boas propriedades elétricas e elevada resistênciaquímica
PET amorfo: alta transparência, alta dureza, resistência aodesgaste, resistência à quebra sob tensão, baixo
encolhimento e estabilidade dimensional.
0Injeção, Extrusão (filmes, chapas e tarugos), sopro
4.1.6 POLI (TEREFTALATO DE ETILENO)
Área de Mecânica - POLÍMEROS
61
Símbolo
Estrutura
Principais
aplicações
Principais
propriedades
Principais
processos de
transformação
PBT
Mancais, engrenagens, caixa de bombas, conectores, botõesde telefone, máquinas decafé, secadores de cabelo
Alta resistência, alta rigidez, alta dureza, resistência aodesgaste, baixa absorção de água, alta estabilidade
dimensional, alta resistência a óleos, combustíveis, graxas, esolventes, resistência a quebra por tensão e boa
processabilidade. No entanto, as propriedades mecânicas doPBT não são tão boas quanto as do PET
Injeção
4.1.7 POLI (TEREFTALATO DE BUTILENO)
Área de Mecânica - POLÍMEROS
62
Símbolo
Estrutura
Principais
aplicações
Principais
propriedades
PTFE
Vedantes estáticos e dinâmicos, componentes de válvulas ebombas para produtos químicos, filmes isolantes,
revestimentos antiaderentes e substratos de circuitosimpressos.
Alta resistência mecânica, alta rigidez, alta dureza, boaspropriedades elétricas em baixa voltagem e freqüência, altaresistência química, além da capacidade da auto-extinção da
chama após a remoção da fonte
4.1.8 POLI (TETRAFLUOR – ETILENO)
Área de Mecânica - POLÍMEROS
63
Símbolo
Estrutura
Grades e Tipos
Principais
aplicações
Principais
propriedades
PA
Alifáticas e aromáticas
Os grades de baixa viscosidade da PA 6 sãousados para a injeção de artigos de paredefina, entre eles pentes, carretéis, armações,
componentes de engenharia. Os grades de viscosidade padrão são usados
para a confecção de componentes deengenharia, tais como: engrenagens, rodas dentadas, roscas,
porcas, mancais, selos, partes de bombas, carretel,componentes automotivos como, componentes de fechaduras,
ventiladores, partes de refrigeradores, refletores, câmeras,telefones, plugs, protetor de lâmpadas e baterias, armações.
Os grades reforçados com fibra originam produtos dedimensões estáveis, peças de alta rigidez, pára-lamas de
motocicletas, componentes de máquinas com boa estabilidadedimensional.
Os grades padrão de PA – 6, 6 são usados para a injeção depeças submetidas a tensões mecânica e térmica, carretéis,mancais, engrenagens, guias e acoplamentos (engenharia
mecânica, elétrica e química). Os grades reforçados com fibrade vidro dão origem a componentes elétricos com alta rigidez
e sujeito a tensões térmicas permanentes e armações.
Alta resistência, rigidez e dureza; alta temperatura dedistorção pelo calor; alta resistência ao desgaste; boaspropriedades de deslizamento e rolamento a seco; boa
resistência a solventes, combustíveis e lubricantes; não étóxica; boa processabilidade
4.1.9 POLIAMIDAS
Nylon-6 Nylon-6,6
Área de Mecânica - POLÍMEROS
64
Símbolo
Estrutura
Grades e Tipos
Principais
aplicações
Principais
propriedades
Principais
Processos de
Tranformação
PC
Alifáticas e aromáticas
Em eletrotécnica e eletroeletrônica(cobertura de relés, componentes decomputador, deflectores, armação de
transformadores, telefones, relógios, caixascomutadoras, soquetes de lâmpadas
fluorescentes, plugs, conectores, botões. Grades de PC oticamente perfeitos são utilizados para a
confecção de CD (compact disk); em engenharia mecânica(componentes para controles pneumáticos de bombas, coposde filtros, óculos, capacetes de proteção,
filtros, válvulas, chassis, botões); emcomponentes fotográficos
(iluminação, corpos e outras partes decâmeras, projetores, lentes, caixas
comutadoras, microscópios e binóculos); em equipamentos deescritório (computadores, e componentes de digitação, ponta
e corpo de esferográfica, capas, filmes, réguas e outrosinstrumentos geométricos) e em transporte (caixas
transmissoras de sinal, sinais de tráfego, coberturas deesquis, refletores, sinaleiras de automóveis, caixa de fusíveis).
Baixa densidade; alta resistência, rigidez, dureza etenacidade; possui alta transparência, superfície altamente
lisa; pode ser colorido de todas as formas, transparente (85 a90 % na região da luz visível), translúcido ou opaco; boas
propriedades como isolante elétrico, que não sãoprejudicadas pela umidade; alta resistência à intempérie paraparedes espessas (>0,75mm); alta resistência à radiação deelevada energia; auto-extingue a chama após a remoção da
fonte de ignição.
Injeção, extrusão e sopro
4.1.10 Policarbonato
Área de Mecânica - POLÍMEROS
65
Símbolo
Estrutura
Principais
aplicações
Principais
propriedades
Principais
Processos de
Tranformação
POM
Partes de encanamentos, peças de carros, equipamentos deescritório, aplicações domésticas, engrenagens, mancais,
roscas, componentes de precisão, carretéis, peças paramáquinas têxteis, telefones, rádio, armação de TV e
aparelhos de som e recipientes para aerosóis.
Alta tenacidade; alta rigidez e dureza; resistência ao calor;alta temperatura de deformação por calor; alta estabilidadedimensional; boas propriedades elétricas; boa resistência a
solventes; resistência à quebra por tensão; boascaracterísticas de fricção e abrasão; fácil processabilidade.
Extrusão e Injeção
4.1.11 POLI (ÓXIDO DE METILENO)
Área de Mecânica - POLÍMEROS
66
Símbolo
Principais
aplicações
Principais
propriedades
Principais
Processos de
Tranformação
CA (acetato de celulose) CN (nitrato de celulose)
Partes de encanamentos, peças de carros, equipamentos deescritório, aplicações domésticas,
engrenagens, mancais, roscas,componentes de precisão, carretéis, peçaspara máquinas têxteis, telefones, rádio,
armação de TV e aparelhos de som erecipientes para aerosóis.
CN: boa estabilidade dimensional, boas propriedades ópticas,baixa absorção de umidade, resistência ao impacto e a
intempérie, facilidade de coloração.CA: resistência ao impacto, bom isolante elétrico, e
transparência. Suas propriedades dependem do grau deacetilação
Moldagem por compressão e processamento em solução
4.1.12 POLÍMEROS CELULÓSICOS
Área de Mecânica - POLÍMEROS
67
4.2 TERMOFIXOS
Os termofixos não são moldados de forma reversível. Entre os
principais polímeros termofixos estão os fenólicos, entre eles PF; os
amínicos, entre eles UF e MF; os poliésteres insaturados, entre eles
UP; os poliuretanos; e os epoxídicos, entre eles EP.
Símbolo
Estrutura
Principais
aplicações
Principais
propriedades
Principais
Processos de
Tranformação
PF
Isolamento de materiais elétricos como caixa de interruptores,caixas distribuidoras, revestimentos, pastilhas de freio,
moldes de fundição, engrenagens, dutos de ar para veículos.
Alta resistência, rigidez e dureza, alta tenacidade, boascaracterísticas de distorção pelo calor, baixo coeficiente de
expansão linear, alta resistência à incandescência, altaresistência a solventes orgânicos, e a produtos químicos
neutros, e a soluções fracas de álcalis e ácidos, não resistesoluções de ácidos e bases fortes, resistente a fadiga sobtensão, baixa inflamabilidade, origina somente produtos
escuros, não permite contato com alimentos.
Moldagem por transferência, injeção, extrusão
4.2.1 FENOL/FORMALDEÍDO
novolaca resol
Área de Mecânica - POLÍMEROS
68
Símbolo
Principais
aplicações
Principais
propriedades
Principais
Processos de
Tranformação
UF
Caixa para interruptores, conectores,carcaças para projetores, assentos debanheiro, carcaças de secadores de
cabelo.
Alta resistência mecânica, alta rigidez, alta dureza, superfíciesaltamente lisa, muito boas propriedades elétricas, sensíveis àalta umidade, altamente quebradiço (mais que as resinas PF),baixa estabilidade dimensional, não pode entrar em contato
com alimentos.
Compressão, transferência e injeção
Símbolo
Principais
aplicações
Principais
propriedades
Principais
Processos de
Tranformação
MF
Instalações elétricas, utensílios de cozinhae domésticos, laminados, vernizes.
Superfície altamente dura e resistente a riscos, superfíciealtamente lisa, resistência ao calor, resistência à umidade,
mas não pode ficar em contato contínuo com vapor d’água,alto encolhimento e tendência à quebra sob tensão. Somente"grades" especiais podem entrar em contato com alimentos.
Compressão, moldagem por transferência, e injeção
4.2.2 URÉIA/FORMALDEÍDO
4.2.3 MELAMINA/FORMALDEÍDO
Área de Mecânica - POLÍMEROS
69
Símbolo
Principais
aplicações
Principais
propriedades
Principais
Processos de
Tranformação
UP
Compostos reforçados com fibra de vidro para compressão,transferência, injeção, resina concreto, adesivo, selantes,
coberturas para proteção a corrosão, recobrimento eencapsulamento de materiais elétricos, tintas.
Alta resistência, alta rigidez e dureza, alta estabilidadedimensional, translucidez, bom isolamento elétrico, baixaabsorção de água, alta resistência ao envelhecimento. As
resinas sem cargas são duras, quebradiças e transparentes.
Compressão, injeção, recobrimento
4.2.4 POLIÉSTER INSATURADO
Símbolo
Principais
aplicações
Principais
propriedades
Principais
Processos de
Tranformação
UP
Compostos reforçados com fibra de vidro para compressão,transferência, injeção, resina concreto, adesivo, selantes,
coberturas para proteção a corrosão, recobrimento eencapsulamento de materiais elétricos, tintas.
Alta resistência, alta rigidez e dureza, alta estabilidadedimensional, translucidez, bom isolamento elétrico, baixaabsorção de água, alta resistência ao envelhecimento. As
resinas sem cargas são duras, quebradiças e transparentes.
Compressão, injeção, recobrimento
4.2.5 POLIURETANOS
Área de Mecânica - POLÍMEROS
70
Símbolo
GRADES E
TIPOS
Principais
aplicações
Principais
propriedades
Principais
Processos de
Tranformação
PU
Elastômeros, fibras e materiais expandidos.
Resinas para revestimento- de cabos, selantes, carcaças para transformadores,capacitores e recobrimento de pisos para
isolamento da água.
As resinas expandidas são utilizadas comobases e carcaças de TV, rádios, gravadores,
raquetes, esqui e móveis.
Resistência a água, resiliência, resistência a altatemperaturas, resistência a microorganismos e resistência à
luz ultravioleta.
Compressão, injeção, extrusão
4.2.6 RESINAS EPÓXI
5RReecciiccllaaggeemm5.1 Reciclagem Mecânica
5.2 Reciclagem Energética
5.3 Reciclagem Química
5.4 Plásticos biodegradáveis
Área de Mecânica - POLÍMEROS
72
A maioria dos plásticos, atualmente, não são produzidos para
serem biodegradados, portanto, eles podem permanecer sem se
degradar por décadas ou centenas de anos. Desta forma, a
reciclagem torna-se muito importante, pois possibilita a reutilização
desses materiais.
Reciclagem é a revalorização dos resíduos domésticos e industriais,
mediante uma série de operações, que permite o reaproveitamento dos
materiais como matéria-prima para a obtenção de outros produtos.
Vantagens da reciclagem do plástico:
√menor consumo de energia na sua produção, uma vez que os gastos para fazer novamente a matéria-prima (a partir do petróleo, por exemplo) não existem; √redução do peso e volume do lixo; √não apresenta risco de manuseio, uma vez que é material inerte.√são quase que totalmente recicláveis.
A reciclagem de materiais compreende basicamente três etapas: a
coleta e separação, a revalorização e a transformação.
Na etapa de coleta e separação ocorre a seleção por tipos de
materiais, separando-se, por exemplo: papel, metal, plásticos e
madeiras. Nesta etapa, os diferentes tipos de plástico também
devem ser separados.
Na etapa de revalorização, os materiais separados são preparados
para serem transformados em novos produtos. Nesta etapa ocorre a
eliminação de sujeira, contaminantes, umidade, bem como a
peletização do plástico (transformação em grãos).
Na etapa de transformação, os materiais separados e preparados
são processados gerando novos produtos. Esta etapa usa os
processos de transformação de plástico usuais, entre eles, extrusão,
injeção e sopro.
5RReecciiccllaaggeemm
Área de Mecânica - POLÍMEROS
73
Os resíduos plásticos podem ser pós-industriais ou pós-consumo. Os
pós-industriais se originam, principalmente, de refugos de processos
de fabricação, aparas e rebarbas. Os pós-consumo são aqueles
provenientes do descarte de consumidores, na sua maioria,
provenientes de embalagens. Estes descartes são aqueles obtidos
pela coleta seletiva, que são classificados por catadores em galpões
de reciclagem. Infelizmente ainda temos pessoas separando
materiais em lixões, sendo esta também uma fonte de matéria-
prima. Salienta-se aqui a importância de programas que incentivem
e aumentem a quantidade de material obtido na coleta seletiva. É
necessário ampliar a conscientização da sociedade, de forma a
realizar a separação dos diferentes materiais dentro de suas
próprias casas.
Para auxiliar na identificação dos diferentes tipos de plásticos existe
uma norma da ABNT25 que estabelece um código de identificação, de
acordo com a composição de cada produto. Assim, o símbolo
utilizado para identificar um material reciclável é apresentado ao lado
Os diferentes tipos de plástico podem ser identificados por números
que são apresentados no produto. Os códigos de identificação dos
plásticos estão apresentados na figura 23.
Todos os termoplásticos são recicláveis, sendo que existem três formas
básicas de reciclá-los: a reciclagem mecânica, a reciclagem
energética e a reciclagem química.
25ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas) n° 13.230 – "SimbologiaIndicativa de Reciclabilidade e Identificação de Materiais Plásticos".
Figura 23: Códigos de identificação de plásticos.
Área de Mecânica - POLÍMEROS
74
5.1 RECICLAGEM MECÂNICA
A reciclagem mecânica consiste na conversão dos resíduos plásticos
pós-industriais e pós-consumo em grãos. Estes materiais normalmente
são reutilizados na obtenção de sacos de lixo, solados, pisos,
mangueiras, componentes de automóveis e fibras.
A mistura de vários tipos de plásticos, na confecção de um produto,
pode apresentar problemas. Por exemplo, na transformação de PET
contendo PVC, é observada a degradação deste último nas condições
de processamento do PET, provocando o amarelamento do produto
final (degradação). Ainda, plásticos diferentes podem ser pouco ou
completamente incompatíveis, fornecendo misturas não homogêneas.
Nestes casos, a reciclagem mecânica pode ser aplicada a uma
mistura de diferentes plásticos somente em proporções específicas.
Caso contrário, é impossível a obtenção do produto final. Os
polímeros PS e PE, por exemplo, são incompatíveis. As vezes é
possível contornar este problema pelo uso de agentes
compatibilizantes. Como informado anteriormente, é importante a
separação dos diferentes tipos de plásticos.
A reciclagem mecânica consiste, fundamentalmente, das
seguintes etapas: coleta; separação; moagem; lavagem;
aglutinação e granulação.
Um fluxograma genérico da reciclagem mecânica é apresentado
na figura 24.
Figura 24: Fluxograma da reciclagem mecânica
Área de Mecânica - POLÍMEROS
75
A separação manual pode ser feita de acordo com a identificação, o
aspecto visual ou ainda utilizando outros recursos (densidade e queima).
Após a separação, os diferentes tipos de plástico são colocados em
um moinho, que fragmenta o material em pequenas partes.
Após a moagem, os pedaços de plástico passam por uma etapa de
lavagem (geralmente com água) para a retirada de contaminantes
(poeira, restos de alimentos). Esta água de lavagem deve receber
um tratamento específico para que possa ser reutilizada ou liberada
ao meio ambiente. O material lavado deve ser seco.
Após a secagem o material é compactado em um aglutinador. Esta
etapa é necessária somente para materiais que apresentem baixa
densidade aparente (partículas muito finas ou mistura de partículas
de diferentes tamanhos), uma vez que a alimentação na extrusora
desses materiais é difícil ou até mesmo impossível. Após
compactação (aglutinação), torna-se possível realizar uma
alimentação eficiente na extrusora. Ainda, na etapa de
compactação podem ser incorporados alguns aditivos.
A última etapa consiste na granulação (peletização) que ocorre na
extrusora. Esta etapa permite a obtenção de um material com
granulometria homogênea, o que facilita o processamento posterior.
Algumas vezes não é realizada a etapa de granulação e o material
moído, lavado e seco passa direto ao processo de fabricação, que
dará origem ao novo produto. O fato do material sofrer vários
processamentos (sequência de aquecimento, fusão, conformação e
resfriamento), resulta na degradação do polímero, que em outras
palavras é a quebra das cadeias poliméricas, originando um
material com propriedades mecânicas inferiores. Quanto maior o
número de processos térmicos, maior a degradação e, por
conseqüência, piores as propriedades mecânicas. Quando possível,
é importante evitar a etapa de granulação.
No caso da reciclagem de filmes, a etapa de lavagem é efetuada antes da etapa demoagem/aglutinação, que é feita em um único equipamento. Isto evita quedurante a aglutinação as impurezas fiquem encapsuladas (presas), contaminandopermanentemente o material.
Área de Mecânica - POLÍMEROS
76
5.1.1 SEPARAÇÃO E IDENTIFICAÇÃO DE MATERIAIS
Os materiais podem ser separados por diferentes técnicas, entre
elas: por densidade (com água ou ar), micronização, separação
eletrostática E filtração do fundido.
A técnica que utiliza a densidade, além de permitir a separação dos
diferentes materiais, auxilia no processo de identificação dos mesmos.
PRÁTICA DEMONSTRATIVA III – ENSAIO DE DENSIDADE
√Objetivo: Separar os materiais PEAD, PS, PET usando como
princípio suas densidades.
√Materiais: pedaços pequenos de PEAD, PS e PET; 2
copos; água; sal de cozinha; bastão de vidro (ou colher)
√Procedimento:
Etapa 1: Em um dos copos coloque água até completar 2/3 do
mesmo. Tenha as amostras de PEAD, PS e PET identificadas e
separadas. Pegue uma amostra de PEAD e coloque dentro do copo
que contém água. Assegure-se que toda a superfície da amostra
esteja molhada. Observe o que acontece. Retire a amostra do copo.
Repita o procedimento para as amostras de PS e PET.
Etapa 2: No outro copo, coloque água até completar 2/3 e
adicione sal. Misture com o auxílio do bastão de vidro. Adicione sal
até que não seja mais possível solubilizá-lo e que permaneçam
alguns cristais no fundo do copo. Pegue uma amostra de PEAD e
coloque dentro do copo que contém água e sal. Assegure-se que
toda a superfície da amostra esteja molhada. Observe o que
NOTA
Algumas vezes as etapas de separação e moagem podem ocorrer na ordem inversa.Nestes casos, o material é primeiro fragmentado, depois lavado e separado. Umexemplo pode ser o reaproveitamento de uma mistura de PE com PS, que não sãocompatíveis. A lavagem com água, após a moagem, provoca a separação dosmateriais. Uma vez que o PE tem densidade inferior a da água, ele flutua. O PS,por sua vez, apresenta densidade superior a da água e, portanto, afunda. Obtém-seassim, em uma única etapa a lavagem e a separação dos materiais. A possibilidadede reunir várias etapas em uma só (desde que não afete a qualidade do produto)deve sempre ser considerada. Desta maneira é possível realizar o ciclo dereciclagem mais rápido e a um menor custo.
Área de Mecânica - POLÍMEROS
77
acontece. Retire a amostra do copo. Repita o procedimento para as
amostras de PS e PET.
Etapa 3: Pegue uma amostra de cada um dos materiais e coloque-
as no copo que contém somente água. Observe o que acontece.
Não esqueça de se assegurar que todas as amostras sejam
completamente molhadas. Retire a amostra que flutua. Deixe-a
separada e identificada como a amostra que flutuou em água (A).
Agora, retire do copo as duas amostras que afundaram e coloque-
as no copo que contém água e sal. Observe o que acontece. Retire
as amostras do copo, separando e identificando-as como: a amostra
que flutuou em água e sal (B) e a amostra que afundou em água e
sal (C).
√Discussão:
A densidade da água é igual a 1 g/cm3 e a densidade da solução
saturada de água e sal é aproximadamente 1,1 g/cm3 (se possível
verifique a densidade das soluções usando um densímetro).
Sabe-se que a densidade do PEAD situa-se na faixa de 0,94 –
0,98 g/cm3. Na etapa 1, quando este material foi colocado no
copo que contém água ele flutuou. Isto é explicado, uma vez que sua
densidade é menor que a densidade da água.
Quando o PS e o PET foram colocados na água eles afundaram. Isto
se explica pelo fato das densidades do PS (1,04 -1,08g/cm3) e
do PET(1,38 – 1,41g/cm3) serem maiores do que a densidade
da água.
Área de Mecânica - POLÍMEROS
78
ATIVIDADES PROPOSTAS
Na etapa 2 da Prática Demonstrativa III, quando o experimento foi
executado no copo que contém água e sal, observou-se que o PEAD e
o PS flutuaram, enquanto o PET afundou. Qual a explicação para isso?
Conforme o executado na terceira etapa do experimento, quem são
os polímeros "A", "B" e "C"? Justifique sua resposta.
O teste de queima é uma importante ferramenta na identificação dos
materiais. Cada material apresenta características de queima
diferentes e estas estão resumidas na tabela 5.
POLÍMERO
PEBD
PEAD
PP
PS
ABS
POM
PET
PVC rígido
PC
nylon – 6
TESTE DE CHAMA
chama azul, vértice
amarelo
chama azul, vértice
amarelo
chama azul, vértice
amarelo
chama amarela, crepita
ao queimar, fumaça
fuliginosa escura
chama amarela, crepita
ao queimar, fumaça
fuliginosa escura
chama azul, sem
fumaça, com centelha
chama amarela,
fumaça com centelha
chama amarela, vértice
verde (com fio de cobre)
decompõem-se, fumaça
fuliginosa com brilho
chama azul, vértice
amarelo, centelhas,
difícil de queimar
OBSERVAÇÃO
pinga como vela
pinga como vela
pinga como vela
amolece e pinga
amolece e pinga
cuidado ao cheirar
forma fibra
chama auto-extingüível
formam fibras, formam
bolinhas na ponta
CHEIRO
vela
vela
cheiro agressivo
adocicado, característico
de monômero de
estireno
adocicado, característico
de monômero de
estireno
formaldeído
cloro
cheiro ácido
pena, cabelo
queimado
DENSIDADE (g/cm3)
0,89 – 0,93
0,94 – 0,98
0,85 – 0,92
1,04 – 1,08
1,04 – 1,06
1,42 – 1,43
1,38 – 1,41
1,38 – 1,45
1,20 – 1,22
1,12 – 1,16
Área de Mecânica - POLÍMEROS
79
PRÁTICA DEMONSTRATIVA IV – ENSAIO DE CHAMA
√Objetivo: Identificar os materiais PEAD, PS, PET usando como princípio as propriedades de queima dos mesmos.
√ Materiais: pedaços pequenos de PEAD, PS e PET; pinça; bico de bunsen.
√Procedimento:
Pegue a amostra de PEAD com pinça e coloque-a na chama do bico de
bunsen. Deixe por menos de um minuto e retire-a da chama. Observe
o comportamento de queima da amostra. Visualize a cor da chama, a
presença de fumaça e a presença de cheiro característico. Ao gotejar
o polímero, tente fazer um fio com o mesmo. Para isso, encoste o
material ainda fundido (mas sem chama) num pedaço de madeira e
afaste-o lentamente. Observe se o polímero forma um fio. Repita o
mesmo procedimento para o PS e o PET.
√Discussão:
No caso do PEAD observa-se que ele fornece uma chama azul com
vértice amarelo. Além disso, apresenta fumaça branca, pinga como
vela e possui cheiro de vela. Este material é capaz de formar fio.
No caso do PS observa-se que ele fornece uma chama amarela que
crepita. Além disso, apresenta fumaça escura e fuliginosa.
Observa-se ainda, que o mesmo amolece, pinga e tem cheiro
característico ("adocicado"). Este cheiro é característico de
polímeros que tenham estireno.
No caso do PET, observa-se que ele fornece uma chama amarela que
crepita. Além disso, apresenta fumaça escura, sem odor característico.
Este polímero tem grande tendência a formar fios (melhor do que o
PEAD).
OBSERVAÇÃO:A queima de plásticos pode originar fumos (fumaças) tóxicas. Para a quantidadeusada no ensaio não há perigo de intoxicação. No entanto, é recomendável o usode um sistema de exaustão, ou na falta dele, que o ensaio seja realizado emambiente bem arejado (salas amplas com janelas e portas que favoreçam acirculação de ar).
Área de Mecânica - POLÍMEROS
80
5.2 RECICLAGEM ENERGÉTICA
A reciclagem energética promove a recuperação da energia contida
nos plásticos através de processos térmicos.
A reciclagem energética é diferente da incineração, uma vez que
utiliza o material como combustível na geração de energia elétrica
e/ou térmica. A energia contida em 1kg de plástico é equivalente à
energia contida em 1kg de óleo combustível. A incineração, por sua
vez, não reaproveita a energia contida nos materiais. Além da
economia e recuperação de energia, a reciclagem energética resulta
em redução de volume (70 a 90%), originando um resíduo inerte e
esterilizado. O fluxograma de como é feita a reciclagem energética
é apresentado na figura 25.
No caso da reciclagem energética, além dos sistemas que
reaproveitam a energia na forma elétrica ou térmica, é necessário
dispositivos que evitem a emissão de gases para a atmosfera, o que
poderia provocar a poluição da mesma.
Neste tipo de reciclagem, a mistura de diferentes materiais não
influencia significativamente no propósito final.
Figura 25: Fluxograma da reciclagem energética.
Área de Mecânica - POLÍMEROS
81
5.3 RECICLAGEM QUÍMICA
A reciclagem química transforma os plásticos em petroquímicos
básicos, que servem como matéria-prima para as refinarias e para
a indústria de primeira geração petroquímica. Esses petroquímicos
consistem de monômeros e/ou mistura de hidrocarbonetos, sendo
produtos nobres e de elevada qualidade que podem ser reutilizadas
como tal ou na produção de novos plásticos. Os novos plásticos
produzidos apresentam a mesma característica e propriedades dos
plásticos virgens.
Em algumas circunstâncias, a reciclagem química admite o uso de
misturas de plásticos, reduzindo custos de pré-tratamento e seleção.
No entanto, sabe-se que a presença de contaminantes altera o curso
da despolimerização, o que resulta num rendimento menor na
obtenção das substâncias químicas finais (quando comparado ao
rendimento máximo possível).
Um fluxograma genérico da reciclagem química é apresentado na
figura 26.
Figura 26: Fluxograma da reciclagem química.
PARA LEMBRAR:De modo geral, o processo de reciclagem energética de um produto é o seguinte:ele é amassado e queimado, gerando energia, bem como resíduos sólidos egasosos. A energia gerada é utilizada para aquecimento de água e fornecimento deenergia elétrica. Os resíduos são tratados e filtrados.
Área de Mecânica - POLÍMEROS
82
Entre os vários processos de reciclagem química pode-se destacar:
a hidrogenação, a gaseificação, a quimólise e a pirólise.
Na hidrogenação, as cadeias são quebradas mediante o tratamento
com hidrogênio e calor, originando matéria-prima capaz de ser
processada em refinarias.
Na gaseificação, o material é aquecido na presença de oxigênio ou
ar, originando gás de síntese, além de monóxido de carbono (CO)
e hidrogênio (H2).
Na quimólise, ocorre a redução (parcial ou total) da cadeia
polimérica através de reações com etileno glicol (glicólise), metanol
(metanólise) ou água (hidrólise). Nestas reações são obtidos os
monômeros de origem. As tecnologias mais desenvolvidas neste tipo
de reciclagem são aplicadas ao PET, nylon – 6, nylon – 6,6 e PU.
A pirólise é a quebra das moléculas pela ação do calor na ausência
de oxigênio, originando frações de hidrocarbonetos que podem ser
processados em refinarias.
5.4 PLÁSTICOS BIODEGRADÁVEIS
Os plásticos biodegradáveis são aqueles que podem ser
degradados pela ação de organismos vivos. Este é um mercado que
tem se desenvolvido na última década. No entanto, as propriedades
dos polímeros sintéticos biodegradáveis estão, geralmente, muito
próximas da celulose, ou seja, que atende a um mercado muito
distante dos materiais plásticos, e mais próximos das aplicações
voltadas ao papel e papelão. Isto limita muito o campo de aplicação
dos plásticos biodegradáveis, sendo, atualmente, muito difícil que
estes venham a substituir os demais tipos de plásticos na sua
totalidade de aplicações.
No desenvolvimento e aplicação dos plásticos biodegradáveis é
importante levar em consideração alguns parâmetros, tais como:
temperatura, pressão, ação dos ventos, chuva, ação da luz,
composição da água, do ar e do solo, bem como a ação de
animais, vegetais e microorganismos. Dar aos plásticos
biodegradáveis o mesmo destino que é dado aos demais tipos de
Área de Mecânica - POLÍMEROS
83
plástico hoje (por exemplo, jogá-los ao meio ambiente), resultaria os
mesmos problemas encontrados atualmente (muito tempo para
degradação). Todos os parâmetros citados no início do parágrafo
são interdependentes e, assim, a biodegradação resulta da ação de
microorganismos e das condições nas quais eles atuam, que estão
relacionadas com as características do meio. Desta forma, é
necessário separar os plásticos biodegradáveis dos demais materiais
e dar a eles um tratamento adequado (condições específicas).
3R'sA diminuição do lixo e do impacto que este provoca ao meio ambiente está
diretamente relacionada a um processo de conscientização das pessoas, que podeser resumida no conceito dos 3R's.
Os 3R's significam Reduzir, Reutilizar e Reciclar.Reduzir consiste em diminuir a quantidade de lixo produzido, desperdiçar
menos e consumir somente o necessário.Reutilizar consiste em dar nova utilidade a produtos que, na maioria das vezes,
são colocados no lixo.Reciclar consiste em reutilizar a matéria-prima para fabricar novos produtos.
Área de Mecânica - POLÍMEROS
84
EXERCÍCIOS PROPOSTOS
Responda as questões abaixo:
1) O que é reciclagem e quais são as suas etapas?
2) Como pode ser identificado de forma prática o tipo deplástico que constitui um artefato?
3) Quais as etapas da reciclagem mecânica?
4) Explique como é feita a separação de diferentesplásticos através da densidade.
5) Qual a diferença entre a reciclagem energética eincineração?
6) Em equipe de no máximo quatro componentes fazeruma pesquisa na empresa e verificar se:
a) é utilizada a simbologia de identificação dos plásticos nos
produtos.
b) existe a reciclagem de materiais plásticos e de que forma ela é
feita. Em caso afirmativo, identifique quais os plásticos são
reciclados e em que quantidade.
c) Registrar os resultados em relatório escrito.
7) Existe coleta seletiva no seu bairro? Em caso afirmativo,na sua casa é feita a separação dos materiais para a coletaseletiva?
8) Você reutiliza (não é a mesma coisa que reciclar)materiais plásticos? (potes, sacolas,....) De que maneira
EExxeerrccíícciiooss
6BBiibblliiooggrraaffiiaa
Área de Mecânica - POLÍMEROS
86
MATHIAS,L.J. e outros. Macrogalleria. Uma cyber-introdução aos
materiais poliméricos. University of Southern Mississipi. 2000
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