Aditivação para polímeros: introdução

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Apresentação sobre a Introdução para Aditivação de Materiais Poliméricos.

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Aditivação para polímeros: introdução

  1. 1. Introdução Aditivação de Polímeros Prof. Dr. Hamilton Viana
  2. 2. 2 O curso - Conteúdo • Introdução • Estabilizantes • Plastificantes • Lubrificantes e auxiliares correlatos • Modificadores de impacto • Antiestático • Retardantes de chama • Colorantes • Agentes nucleantes • Cargas
  3. 3. 3 O curso • Conteúdo  Relacionar as propriedades físicas dos aditivos e suas aplicações;  Relacionar as principais dificuldades no processamento e de aplicação relacionando os aditivos para cada finalidade.  Estudar formas de “descoberta” de aditivos “escondidos” nas formulações
  4. 4. 4 O curso • Critérios de Avaliação  Média = 0,9P + 0,1A • Onde P = média das provas P1 e P2; • A = média das atividades que serão feitas individualmente e em grupos de pesquisa. – P2 = seminário
  5. 5. 5 O curso • Disciplina(s) que fornece(m) subsídios para essa disciplina:  Química Orgânica  Materiais poliméricos  Processamento de termoplásticos  Processamento de termofixos e elastômeros • Disciplina para a(s) qual(is) essa disciplina fornece subsídios:  Degradação de Polímeros,  Estágio Curricular e  Trabalho de Conclusão de Curso (TCC).
  6. 6. 6 O curso - Bibliografia • Básica:  De Paoli M. A., Degradação e Estabilização de Polímeros, São Paulo: Artliber Editora, 2009. • Complementar:  RABELO, M., Aditivação de polímeros, São Paulo: Editora Artliber S.A. 2000.  Clough R. L., Billingham N. C., Gillen K. T. (editors), Polymer Durability – Degradation, stabilization, and lifetime prediction, Washington DC: American Chemical Society, 1993.  GÄECHTER, R. MÜLLER, H (editors) Plastics additives Handbook, New York: Hansen Publishers, 1985.
  7. 7. 7 Introdução • Para atingir uma meta de proteção para os polímeros deve-se conhecer os mecanismos de degradação a que esses materiais estão sujeitos! • A degradação destes materiais pode ser extremamente complexa, por conta da diversidade de reações químicas que podem ocorrer associadas com :  Morfologia  Química complexa dos estabilizantes  Processos de difusão reativa  Interação de cargas e outros componentes  Alterações complexas entre massas molares e propriedades mecânicas
  8. 8. 8 Importância e requisitos • A II Guerra Mundial provocou um grande avanço da indústria de Polímeros; • Os polímeos vêm substituindo com sucesso metais e cerâmicas em diversas aplicações; • Novas aplicações de polímeros:  Copolímeros,  Blendas  Compósitos  Aditivos • Os aditivos permitem que um mesmo polímero possa ser aplicado em diferentes finalidades;
  9. 9. 9 • Em geral, o aditivo deve apresentar as seguintes características:  Apresentar grande eficiência na sua função;  Ser estável na condição do processamento;  Apresentar fácil dispersão;  Apresentar estabilidade nas condições de serviço;  Não migrar para a superfície do polímero  Ser atóxico e não provocar gosto ou odor  Não afetar negativamente as propriedades do polímero;  Ser de baixo custo Importância e requisitos
  10. 10. 10 Tipos de aditivos • Todos os polímeros comerciais apresentam aditivos em sua formulação:  Plastificantes  Estabilizantes  Cargas  Antiestáticos  Nucleantes  Lubrificantes  Pigmentos  Espumantes  Retardantes de chama  Modificadores de impacto • Os tipos e quantidades dependem do tipo do polímero, do processo de transformação e da aplicação final da peça pronta.
  11. 11. 11 • Motivos para aditivação Necessiadade de alteração de propriedades do material: • Mais rígido • Mais flexível • Redução de custo  Conferir maior estabilidade ao material • Durante o processamento • Durante o serviço Tipos de aditivos
  12. 12. 12 • Classificação geral para os aditivos  Aditivos protetores • Estabilizantes • Lubrificantes • Antiestáticos  Aditivos modificadores • Os demais Tipos de aditivos
  13. 13. 13 • Outra classificação geral para os aditivos  Auxiliares de polimerização • Catalisadores • Iniciadores • Agentes de reticulação • Outros auxiliares: – Solventes – Agentes de transferência – emulsificantes Tipos de aditivos
  14. 14. 14 • Outra classificação geral para os aditivos (cont.)  Auxiliares de processamento • Lubrificantes • Auxiliares de fluxo polimérico • solventes Tipos de aditivos
  15. 15. 15 • Outra classificação geral para os aditivos (cont.)  Estabilizantes • Antioxidantes • Estabilizantes térmicos • Desativadores de metais • Estabilizantes de ultravioleta • Preservativos Tipos de aditivos
  16. 16. 16 • Outra classificação geral para os aditivos (cont.)  Modificadores de propriedades • Antiestáticos • Retardantes de chama • Pigmentos • Plastificantes • CArgas • Agentesde reticulação • Agentes de expansão • nucleantes Tipos de aditivos
  17. 17. 17 Consumo de aditivos
  18. 18. 18 Algumas aplicações de aditivos para polímeros
  19. 19. 19 Aspectos toxicológicos • Aditivos são compostos de baixa massa molecular • Em alguns casos: baixa miscibilidade com os polímeros • Podem ser observados problemas de migração! • Três ramos industriais onde a toxidade é crítica:  Indústria de brinquedos  Aplicações médicas  Indústria alimentícia • Além do contato entre o polímero e o produto final, • Deve-se considerar o contato entre o produto e o técnico responsável pelo processamento do material!
  20. 20. 20 Aspectos toxicológicos • A forma de pó apresenta maior potencial de contaminação por inalação; • As alternativas são:  Misturas com óleo  Master batch
  21. 21. 21 Aspectos toxicológicos
  22. 22. 22 Aspectos toxicológicos
  23. 23. 23 Aspectos toxicológicos • A migração do aditivo depende de :  Tipo do polímero  Solubilidade e difusividade  Natureza do ambiente  Tempo de contato  Temperatura
  24. 24. 24 Aspectos toxicológicos
  25. 25. 25 Aspectos toxicológicos
  26. 26. 26 Tendências futuras • Antioxidantes primários ou bloqueadores de cadeia • Aminas e fenóis • Apresentam átomos de H mais reativos com os grupos peróxi / alcóxi • Os fenóis apresentam menor tendência à descoloração e perdem eficiência em temperaturas mais elevadas • Os produtos de degradação dos fenóis podem funcionar como cromóforo para reações de fotodegradação! • As aminas apresentam menor custo e são mais aplicadas nas borrachas por conta da sua maior afinidade
  27. 27. 27 Antioxidantes Figura 2 : Mecanismo de atuação de um antioxidante fenólico (2,6-di-tbutil-p-cresol)
  28. 28. 28 Antioxidantes Figura 3 : Atuação genérica de um antioxidante primário (AH)
  29. 29. 29 Antioxidantes • Antioxidantes secundários • Sulfitos e fosfitos • Não são instáveis e não formam hidroperóxidos (como os antioxidantes primários) • Fosfitos (triésteres de ácido fosfórico) • R1O – P – O – R2 • l R1O • Sulfitos (tioésteres e ésteres do ácido tiodipropiônico)
  30. 30. 30 Antioxidantes
  31. 31. 31 Antioxidantes
  32. 32. 32 Antioxidantes Figura 2.15. Efeito da combinação de antioxidantes primários e secundários no índice de fluidez do PP após várias extrusões a 260°C (Schwarzenbach, 1985).
  33. 33. 33 Desativadores de metais • Por que os desativadores de metais são importantes? os íons metálicos presentes catalisam as reações de degradação; O estabilizante um "agente quelante" que forma um complexo com o metal, desativando-o;
  34. 34. 34 Desativadores de metais • Principal uso de desativadores: formulações de polímero para revestimento de fios e cabos, • o metal (cobre, alumínio) do substrato catalisa a degradação durante e após a aplicação do revestimento; Polímeros obtidos com catalisadores de Ziegler-Natta, (como PEAD e PP)também merecem atenção especial devido ao resíduo dos catalisadores presentes (contendo titânio). • Os desativadores de metais normalmente são insolúveis no polímero; • sua boa dispersão é fator crítico na eficiência da estabilização
  35. 35. 35 Desativadores de metais • Esquema de desativação do metal pelo quelante:
  36. 36. 36 Desativadores de metais • Outro exemplo do efeito da desativação do metal pelo quelante: Tabela 2.17. Efeito de antioxidante e desativador de metal (derivado de hidrazina) na estabilidade térmica do PE aplicado sobre fio de cobre (Muller, 1993).
  37. 37. 37 Desativadores de metais • Os desativadores de metais também são muito utilizados em: • Composições contendo cargas minerais, onde existe freqüentemente uma concentração elevada de íons metálicos como  cobre,  ferro e  manganês.
  38. 38. 38 Desativadores de metais Figura 2.17. Efeito de desativadores de metais (baseado na concentração de PP) no tempo de fragilização de compósitos de PP com atapulgita expostos em estufa a 110°C (Sousa et al., 1998).
  39. 39. 39 Desativadores de metais • A aceleração da degradação da matriz pela presença de cargas minerais é preocupante!!!! • A utilização de cargas em polímeros termoplásticos é possibilitar a utilização do produto em temperaturas mais elevadas, mantendo-se a estabilidade dimensional.
  40. 40. 40 Desativadores de metais • O aumento da degradação do polímero pela presença de cargas depende:  da composição da mesma e dos processos de purificação a que estas cargas foram sujeitas. • Outra explicação: as partículas de carga podem absorver os aditivos estabilizantes.
  41. 41. 41 Fotoestabilizantes • Existem vários tipos de aditivos para proteger os polímeros contra os efeitos da radiação ultravioleta: absorvedores de UV; desativadores de estados excitados; antioxidantes primários; antioxidantes secundários; desativadores de metais; bloqueadores de UV. • Dos estabilizantes listados, os antioxidantes secundários (d) e os desativadores de metais (e) são basicamente os mesmos da termooxidação descritos anteriormente.
  42. 42. 42 1. Absorvedores de UV • Atuam absorvendo preferencialmente a radiação na faixa do ultravioleta, • não permitem que o polímero ou suas impurezas o façam. • Cada polímero apresenta maior sensibilidade a um determinado comprimento de onda o estabilizante de ultravioleta é específico absorve preferencialmente radiação na faixa mais prejudicial ao polímero. • É comum a utilização de misturas de absorvedores a fim de se ter um aditivo com uma faixa mais abrangente de aplicação.
  43. 43. 43 1. Absorvedores de UV • As principais classes dos absorvedores de UV são: as benzofenonas e As benzotriazolas.
  44. 44. 44 1. Absorvedores de UV •
  45. 45. 45 1. Absorvedores de UV • Figura 2.19. Efeito do tipo de absorvedor no índice de amarelamento do PVC após a exposição natural no Arizona (Gugumus. 1993c).

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