Introdução aula

1. Materiais Poliméricos
Prof. Dr. Clodoaldo Saron

2. Definições
Poli = muitos
Meros ou monômeros = unidades
Polímeros Plásticos
Polímeros
monômeros
(meros)
reação de
polimerização polímero

3. Histórico
1000 A.C Os chineses descobrem o verniz extraído de uma árvore
(Rhus vernicflua), aplicado na forma de revestimentos
impermeáveis e duráveis. Ele seria usado em móveis
domésticos até a década de 1950.
0 A.C Descoberta do chifre como material conformável. Ele se
comporta como uma chapa de material termoplástico,
podendo ser cortado e moldado após ter sido aquecido
em água quente.
1550 Primeira menção à borracha natural feita por Valdes
após uma expedição à Central América. Os nativos
usavam esse material como artigos esportivos e
impermeáveis há milhares de anos.
1839 Charles Goodyear (E.U.A.) descobre a vulcanização
- Descorberta em laboratório do poliestireno.

4. Histórico
1840 Alexander Parkes (Inglaterra) desenvolve a Parkesina, um
resina moldável a base de nitrato de celulose, material
extremamente inflamável.
1845 Robert William Thompson inventa o pneu de borracha
1876 Sementes de seringueiras do Brasil são contrabandeadas por
Sir Henry Wickham e mandadas posteriormente à Ásia, onde
constituíram a base da indústria mundial de borracha.
1880 Uma gravadora berlinense começou a usar goma-laca para a
fabricação de discos fonográficos, devido à capacidade desse
material em reproduzir detalhes finos de formato. De fato, a
goma-laca foi usada até 1952 na fabricação de discos
fonográficos, quando foi substituído pelo P.V.C.

5. Histórico
1928 Ziegler inicia seus trabalhos sobre química organometálica e lança
os fundamentos para a catálise na polimerização do polietileno e
polipropileno
1965 Surgem os copolímeros em bloco de estireno-butadieno, dando
origem aos elastômeros termoplásticos.
1973 A produção mundial de plásticos supera a de aço, tomando como
base o volume de material fabricado.
2000 Novas tendências no desenvolvimento de polímeros. O
desenvolvimento de resinas a partir do zero se torna bem mais raro.
A ênfase atual está na formulação de polímeros já existentes de
forma a se obter materiais com propriedades otimizadas.
A preocupação com a reciclagem dos polímeros torna-se assunto
de máxima importância, uma vez que seu desenvolvimento e uso
serão inviáveis caso esse problema não seja adequadamente
resolvido. Começa a reciclagem em larga escala de garrafas de
poliéster e PEAD.

6. Matéria-Prima

7. Matéria-Prima

8. Matéria-Prima

9. Matéria-Prima

10. Síntese de monômeros
CH4
+
H2O
CO + H2
CH3OH
CO
Cl2
H2O
Cl
C
Cl
O
CO2
fosgeno
H2
N2
CO
CH3OH
NH3
NH3
CO2
O2, CH4
HCN
H2N
C
NH2
O
uréia
N
N
N
NH2
NH2
H2N
melanina
H3C
C
CH3
O
H3C C CN
OH
CH3
HO C C CH3
CH3
OH O
C
CH2
C
CH3
O CH3
O
metil-metacrilato
CO , H2
CH3OH
- H2 H
C
H
O
CH2
CH3 OH
CO HO CH2 CH2 OH
etilenoglicol
-H2O CH2
CH2
C
CH3
O
OH
CH
CH2
O
C CH3
O
acetato de vinila
C
CH3
O
H3C
O
acetato de metila

11. Síntese de monômeros

12. Síntese de monômeros

13. Compostos orgânicos
Número de
carbonos na
cadeia
Estado de
agregação
Aplicação
1-4 gás GNV e gás de
cozinha
5-12 líquido gasolina
12-16 líquido de média
viscosidade
querosene
16-25 líquido viscoso óleos
lubrificantes
26-35 sólido ceras
1000-3000 sólido polietileno

14. Síntese de Polímeros
Polímeros de adição:
H
C
H
C
H
H
H
C
H
C
H
H
R
etileno molécula excitada
espécie radicalar
luz UV

15. Síntese de Polímeros
Polímeros de adição:
C
O
O O C
O
calor ou luz UV
2 C
O
O
C
O
O C C
H
H
H
C
O
O C C
H
H
H
C C
H
H
H
C
O
O C C
H
H
H
C C
H
H
H
C C
H
H
H
C
O
O
C C
H
H
H
C C
H
H
H
C
O
O C C
H
H
H
C C
H
H
H
C C
H
H
H
C
O
O C C
H
H
H
C C
H
H
H
C C
H
H
H
C
O
O C C
H
H
H
C C
H
H
H
m C C
H
H
H
C
O
O
n
ou
n
C C
H
H
H
Peróxido de Benzoíla
(iniciador)
Radical Peroxílico
Radical Peroxílico
Estireno (monômero) Iniciador + Estireno
Iniciador + Estireno Estireno
Estireno
Dímero
Trímero
Poliestireno (polímero)

16. Síntese de Polímeros
Polímeros de condensação:
C C
O
O
O
O CH3
H3C
O CH2 CH2 O H
H
OH
CH3
O CH2 CH2 O
H
C C
O
O
O CH3
O CH2 CH2 O
H
C C
O
O
O CH3
O CH2 CH2 O H
H
OH
CH3
O CH2 CH2 O H
O CH2 CH2 O
H
C C
O
O
O CH2 CH2 O H
O CH2 CH2 O
H
C C
O
O
C C
O
O
O
O CH3
H3C
OH
CH3
O CH2 CH2 O
O CH2 CH2 O
H
C C
O
O
C C
O
O
O CH3
C C
O
O
O CH3
O CH2 CH2 O
O CH2 CH2 O
H
C C
O
O
O CH2 CH2 O H
H
C C
O
O
O
O CH3
H3C
m m
reação 1
reação 2
reação 3
m reações
OH
CH3 OH
CH3
O CH3
O CH2 CH2 O
H
C C
O
O
n
Polietilenotereftalato (PET)

17. Síntese de Polímeros
Polímeros de condensação:
HO C
CH3
CH3
OH
Bisfenol A
Cl
C
Cl
O
Fosgeno
O
C
O
O
Difenilcarbonato
C
CH3
CH3
O
C
O
O
n
n
C
CH3
CH3
O
C
O
O
Policarbonato
Policarbonato
HCl
(Ácido clorídrico)
OH
(Fenol)

18. Síntese de Polímeros
Polímeros de condensação:
CH2 CH CH2 OH
HO
OH
C
C
O
O
O
C
C OH
O
O
O
CH2 CH CH2
OH
HO
CH2 CH CH2 OH
HO
OH
H2O
C
C
O
O
O
CH2 CH CH2
OH
HO CH2 CH CH2 OH
OH
O
C
C
O
O
O
C
C
O
O
O
C
C
O
O
O
C
C
O
O
O
CH2 CH CH2 OH
HO
OH
CH2 CH CH2 OH
HO
OH
CH2 CH CH2 OH
HO
OH
CH2 CH CH2 OH
HO
OH
H2O
H2O
H2O
H2O
O CH2 CH
O
CH2
C
C
O
O
O
CH2 CH CH2
O
O CH2 CH CH2 O
O
O
C
C
C
C
O
C
O
O
CH2
CH
CH2
O
O
O
C
O
O
CH2
CH
CH2
O
O
O
C O
O
CH2
CH
CH2
O
O
O C
O
O
Resina ftálica

19. Síntese de Polímeros
Biossíntese:
O
C
CH3
H
CH2
C
O
n
3HB
PHB
H C C
OH
H
H H
H
H+
C
C
H
H
H
H
H2O
Etanol Etileno

20. Síntese de Polímeros
Polímeros de condensação:
O C
H C
H
H
O
OH
Ácido glicólico
+ O C
H C
H
H
O
OH
H2O
O C
H C
H
H
O
O C C
H
H
O
OH
O C
H C
H
H
O
O C C
H
H
O
OH + O C
H C
H
H
O
OH
H2O
O C
H C
H
H
O
O C C
H
H
O
O C C
H
H
O
OH
O C
H C
H
H
O
O C C
H
H
O
O C C
H
H
O
OH + O C
H C
H
H
O
OH
m H2O
m
O C
H C
H
H
O
OH
n
Poliácido glicólico (PGA)
Reação 1
Reação 2
m Reações

21. Classificação dos Polímeros
• Termoplásticos (passíveis de conformação com aquecimento)
Estrutura

22. Classificação dos Polímeros
• Termofixos (não são conformáveis pela ação do calor)
Estrutura Exemplo
OH
Fenol
H
C
H
O
Formaldeído
OH
CH2
CH2
OH
OH
OH
CH2
OH
OH
CH2
H2C OH
HO
OH
CH2
OH
OH
CH2
OH
CH2
HO
OH
CH2
HO
OH
OH
CH2
OH
CH2
CH2
CH2
OH
H2C
HO
CH2
OH
Resina Fenólica

23. Classificação dos Polímeros
• Elastômeros (apresentam alta capacidade elástica)
Estrutura
Na maioria dos casos.
Vulcanização

24. Classificação dos Polímeros
• Compósitos poliméricos (são compostos por uma matriz
polimérica e cargas do tipo particuladas ou fibrosas)
• Blendas Poliméricas (mistura física de um ou mais
polímeros)
• Biopolímeros ou Polímeros Biocompatíveis
(utilizados em organismos vivos para corrigir funções, substituir
órgãos, com função estética, etc. EX: PMMA, PTFE, Silicone,
policaprolactona, etc.)
• Polímeros Biodegradáveis (se degradam no meio
ambiente sob a ação de fungos, bactérias, algas).

25. Polímeros Termoplásticos

26. Polietilenos
PEBD
PEAD
PELBD PEUAMM

27. Polietilenos

28. Ramificações do polietileno

29. Principais polímeros termoplásticos
C
C
H
H
H
H
n
n
Etileno Polietileno (PE)
C C
H
H
H
H
Polipropileno (PP)
Propileno
n C
C
H
CH3
H
H
n
C C
H
H
H
CH3
n
C
C
H
Cl
H
H
n
Cloreto de
Vinila
Policloreto de
Vinila (PVC)
C C
H
H
H
Cl

30. Principais polímeros termoplásticos
Poliestireno (PS)
Estireno
n C
C
H
H
H
n
C C
H
H
H
HO C C OH
H H
H
H
HO C C OH
O O
O C C O
H H
H
H
C C O
O O
n
Etileno glicol ácido tereftálico Polietilenotereftalato (PET)

31. Classificação dos polímeros quanto
à cadeia
Em relação ao número de diferentes
meros
• Cadeia homogêneaapenas um único tipo de
mero(homopolímero)
• Cadeia heterogênea dois ou mais meros
(copolímero)

32. Tipos de Copolímeros
• Aleatórios (ou estatísticos) os meros estão dispostos de forma
desordenada
• Alternadosos meros estão dispostos de forma alternada
• Em blocoo copolímero é formado por sequênicia de meros iguais
de comprimentos variáveis
Ex: ~A-A-A-A-A-B-B-B-A-A-A-B-B-B-B~

33. Tipos de Copolímeros
• Grafitizados a cadeia principal do copolímero é formada por um
tipo de unidade repetida, enquanto o outro mero forma a cadeia
lateral.
Ex:~A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A~
B B B
B B B

34. Consumo
Produção mundial em 2011: 280 milhões de ton.

35. Propriedades Térmicas
Polímeros semicristalinos
Tg Tf
2 fases 2 fases 1 fase
rígido flexível fluido
Polímeros amorfos
Tg
1 fase 1 fase
rígido fluido

36. Propriedades Térmicas
SBR -100
Temperatura de
decomposição
400 ºC
Condução de
calor
baixa

37. Propriedades Reológicas
Efeito Weisenberg
a) Fluido Newtoniano
b) Polímero fundido

38. Propriedades Reológicas
Efeito Sifão
a) Fluido Newtoniano
b) Solução Polimérica

39. Processamento (termoplásticos)
Extrusão:

40. Propriedades Reológicas
Inchamento do Extrudado

41. Propriedades Reológicas
Inchamento do Extrudado

42. Propriedades Reológicas
Inchamento do Extrudado
(Razão L/D)

43. Propriedades Reológicas
Inchamento do Extrudado
(Perfis)

44. Propriedades Reológicas
Fratura do Fundido
Pele de Tubarão

45. Roscas de Extrusão
Rosca Padrão
monorosca

46. Dispersão e Distribuição

47. Elementos de mistura
cisalhante

48. Elementos de mistura

49. Roscas de Extrusão

50. Roscas de Extrusão

51. Roscas de Extrusão
Tipo Barr
Tipo
Maillefer

52. Roscas de Extrusão

53. Roscas para o PVC
n
C
C
H
Cl
H
H
n
Cloreto de
Vinila
Policloreto de
Vinila (PVC)
C C
H
H
H
Cl
Característica: fácil degradação

54. Roscas para PE e PP
Característica: alta viscoelasticidade
C
C
H
H
H
H
n
n
Etileno Polietileno (PE)
C C
H
H
H
H

55. Roscas para o PS
Característica: fácil processamento
Poliestireno (PS)
Estireno
n C
C
H
H
H
n
C C
H
H
H

56. Roscas para o Náilon
Característica: baixa viscosidade e difícil
controle de fluxo no estado fundido

57. Roscas para o PET (reciclado)
Característica: baixa viscosidade e difícil
controle de fluxo no estado fundido
Precauções: controle rigoroso de
umidade antes do processamento

58. Aditivos para polímeros
• Estabilizantes
• Plastificantes
• Retardantes de Chama
• Colorantes
• Antiestáticos
• Nucleantes
• Cargas
• Fungicidas, bactericidas e algicidas
• ETC

59. Reciclagem de Polímeros
http://www.demar.eel.usp.br/reciclagem/
Separação

60. Reciclagem de Polímeros
http://www.demar.eel.usp.br/reciclagem/
Moagem

61. Reciclagem de Polímeros
http://www.demar.eel.usp.br/reciclagem/
Lavagem

62. Reciclagem de Polímeros
http://www.demar.eel.usp.br/reciclagem/
Secagem

63. Reciclagem de Polímeros
http://www.demar.eel.usp.br/reciclagem/
Aglutinação

64. Reciclagem de Polímeros
http://www.demar.eel.usp.br/reciclagem/
Extrusão

65. Desafios
• Reciclagem

66. Linhas de Pesquisa
• Degradação, reciclagem e envelhecimento
acelerado de polímeros.
• Aditivação de polímeros
• Biomateriais
• Compósitos poliméricos