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Escola Politécnica da Universidade de São Paulo
PCC-5726 – Princípios da Ciência dos Materiais Aplicados aos Materiais de
Construção Civil
Prof. Dr. Antonio Domingues de Figueiredo
Prof. Dr. Vahan Agopyan
POLÍMEROS – PROPRIEDADES, APLICAÇÕES E
SUSTENTABILIDADE NA CONSTRUÇÃO CIVIL
ALUNOS
Michel Haddad
Reinaldo de A. Sampaio
MAIO / 2006
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Polímeros – Propriedades, Aplicações e Sustentabilidade na Construção Civil
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SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO
1.1 Histórico
1.2 Definição de polímeros
1.3 Classificações
1.3.1 Quanto à estrutura molecular
1.3.2 Quanto ao comportamento térmico
1.4 Fontes de matéria prima
1.4.1 Produtos naturais
1.4.2 Hulha ou carvão natural
1.4.3 Petróleo
1.5 Transições térmicas dos polímeros
1.5.1 Temperatura de transição vítrea (Tg ou Tv)
1.5.2 Temperatura de fusão cristalina (Tm ou Tf)
2. PROPRIEDADES DOS POLÍMEROS
2.1 Propriedades Mecânicas
2.2 Propriedades Térmicas
2.3 Propriedades Óticas
2.4 Resistência a Intempéries e Ações Químicas
3. APLICAÇÃO DOS POLÍMEROS NA CONSTRUÇÃO CIVIL
3.1 Instalações Hidráulicas Prediais
3.2 Instalações Elétricas
3.3 Fechamento de Fachadas – Esquadrias
3.4 Fechamentos de Coberturas – Telhas
3.5 Pisos, Revestimentos e Forros
3.6 Revestimentos
3.7 Selantes
3.8 Tintas e Vernizes
4. SUSTENTABILIDADE DOS POLÍMEROS NA CONSTRUÇÃO CIVIL
5. CONCLUSÕES
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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1. INTRODUÇÃO
1.1 Histórico
O primeiro contato do homem com materiais resinosos e graxas extraídas e/ou refinadas
se deu na Antigüidade, com os egípcios e os romanos, que os usaram para carimbar, colar
documentos e vedar vasilhames. No século XVI, espanhóis e portugueses tiveram o primeiro
contato com o produto extraído da seringueira. Esse extrato, produto da coagulação e secagem
do látex, apresentava características de alta elasticidade e flexibilidade desconhecidas até então
que recebeu o nome de borracha pela sua capacidade de apagar marcas de lápis. Sua utilização
foi bastante restrita até a descoberta da vulcanização por Charles Goodyear, em 1839 que confere
à borracha as características de elasticidade, não-pegajosidade e durabilidade. Em 1846,
Christian Schónbien, químico alemão, tratou o algodão com ácido nítrico, dando origem à
nitrocelulose, primeiro polímero semi-sintético. Em 1862, o inglês Alexander Parker dominou
completamente essa técnica, patenteando a nitrocelulose (ainda é comum a cera Parquetina,
nome derivado de Parker). Em 1897, Krishe e Spittller, na Alemanha, conseguiram um produto
endurecido por meio da reação de formaldeído e caseína, uma proteína constituinte do leite
desnatado (Canevarolo, 2002).
No início do século XX, ficou provado que alguns materiais, produzidos pela Química
incipiente do final do século e que até então eram considerados como colóides, consistiam na
verdade de moléculas gigantescas, que podiam resultar do encadeamento de 10.000 ou mais
átomos de carbono. Quando suas estruturas químicas não apresentavam unidades estruturais
regularmente repetidas, essas moléculas foram chamadas macromoléculas. Os memoráveis
trabalhos de Staudinger, considerado pai dos polímeros, corroborados pelas investigações de
outros pesquisadores, como Mark e Marvel, comprovaram que a natureza dessas
macromoléculas era semelhante à das moléculas pequenas, já conhecidas, e possibilitaram o
desenvolvimento dos materiais poliméricos de modo muito acentuado (Mano, 2000).
O primeiro polímero sintético foi produzido por Leo Baekeland em 1912, obtido pela
reação entre fenol e formaldeído. Essa reação produzia um produto sólido (resina fenólica), hoje
conhecido por baquelite, termo derivado do nome de seu inventor (Canevarolo, 2002). Muitos
dos plásticos, borrachas e materiais fibrosos que nos são úteis nos dias de hoje consitem em
polímeros sintéticos. De fato, desde o fim da Segunda Guerra Mundial, o campo dos materiais
foi virtualmente revolucionado pelo advento dos polímeros sintéticos. Os materiais sintéticos
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podem ser produzidos de maneira barata, e as suas propriedades podem ser administradas num
nível em que muitas delas são superiores às suas contrapartes naturais (Callister, 2002).
Tabela 1 - Primeira ocorrência e primeira produção industrial de alguns polímeros comerciais (Canevarolo, 2002).
Polímero 1ª ocorrência 1ª produção industrial
PVC 1915 1933
PS 1900 1936/7
PEBD (LDPE) 1933 1939
NYLON 1930 1940
PEAD (HDPE) 1953 1955
PP 1954 1959
PC 1953 1958
1.2 Definição de Polímeros
A palavra polímero origina-se do grego poli (muitos) e mero (unidade de repetição).
Assim, um polímero é uma macromolécula composta por muitas (dezenas de milhares) de
unidades de repetição denominadas meros, ligados por ligação covalente. A matéria-prima para a
produção de um polímero é o monômero, isto é, uma molécula com uma (mono) unidade de
repetição (Canevarolo, 2002).
1.3 Classificações
Dependendo do tipo de monômero (estrutura química), do número médio de meros por
cadeia e do tipo de ligação covalente, poderemos dividir os polímeros em três grandes classes:
Plásticos, Borrachas (ou Elastômeros) e Fibras (Canevarolo, 2002). Uma classificação mais
abrangente cita ainda os Revestimentos, os Adesivos, as Espumas e as Películas (Callister,
2002). Muitos polímeros são variações e/ou desenvolvimentos sobre moléculas já conhecidas
podendo ser divididos em quatro diferentes classificações (Canevarolo, 2002):
• Quanto à estrutura química;
• Quanto ao método de preparação;
• Quanto ao comportamento mecânico;
• Quanto ao desempenho mecânico.
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No entanto, para melhor compreensão da relação entre suas características e o efeito
sobre o desempenho dos materiais compostos por polímeros, quando empregados na construção
civil, será abordada a classificação de Callister (2002) quanto à estrutura molecular e quanto à
sua resposta mecânica a temperaturas elevadas, ou seja, quanto ao comportamento térmico.
1.3.1 Quanto à estrutura molecular
Polímeros Lineares: as unidades mero estão unidas ponta a ponta em cadeias únicas. São
cadeias flexíveis em que podem existir grandes quantidades de ligações de van der Waals entre
si. Ex: Polietileno, Cloreto de Polivinila, Poliestireno, Polimetil Metacrilato, Nylon e
Fluorocarbonos.
Polímeros Ramificados: cadeias de ramificações laterais encontram-se conectadas às cadeias
principais, sendo consideradas parte das mesmas, sendo que a compactação da cadeia é reduzida,
resultando em polímeros de baixa densidade. Polímeros lineares também podem ser ramificados.
Polímeros com Ligações Cruzadas: cadeias lineares adjacentes ligadas umas às outras, em
várias posições por ligações covalentes. Estas ligações, não reversíveis, são obtidas durante a
síntese do polímero a altas temperaturas e são encontradas em muitos dos materiais elásticos
com características de borracha.
Polímeros em Rede: unidades mero com três ligações covalentes ativas, formando redes
tridimensionais. Polímeros com muitas ligações cruzadas podem ser caracterizados como
polímeros em rede e possuem propriedades mecânicas e térmicas distintas. Ex: Materiais de base
epóxi e fenolformaldeído.
Homopolímeros: quando todas as unidades repetidas dentro da cadeia constituem-se do mesmo
tipo de mero.
Copolímeros: quando as unidades repetidas dentro da cadeia constituem-se de dois ou mais tipos
de meros diferentes.
1.3.2 Quanto ao comportamento térmico
Polímeros Termoplásticos: Sob efeito de temperatura e pressão, amolecem assumindo a forma
do molde. Nova alteração de temperatura e pressão reinicia o processo, sendo, portanto,
recicláveis. Em nível molecular, à medida que a temperatura é elevada, as forças de ligação
secundárias são diminuídas (devido ao aumento do movimento molecular), de modo tal que o
movimento relativo de cadeias adjacentes é facilitado quando uma tensão é aplicada. Os
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termoplásticos são relativamente moles e dúcteis e compõem-se da maioria dos polímeros
lineares e aqueles que possuem algumas estruturas ramificadas com cadeias flexíveis. Ex: PE,
PP, PVC, etc.
Polímeros Termofixos: Ou termorrígidos, sob efeito de temperatura e pressão, amolecem
assumindo a forma do molde. Nova alteração de temperatura e pressão não faz efeito algum,
tornando-os materiais insolúveis, infusíveis e não-recicláveis. Durante o tratamento térmico
inicial, ligações cruzadas covalentes são formadas entre cadeias moleculares adjacentes; essas
ligações prendem as cadeias entre si para resistir aos movimentos vibracionais e rotacionais da
cadeia a temperaturas elevadas, sendo que o rompimento destas ligações só ocorrerá sob
temperatura muito elevadas. Os polímeros termofixos são geralmente mais duros, mais fortes e
mais frágeis do que os termopláticos, e possuem melhor estabilidade dimensional. Ex: Baquelite
(resina de fenol-formaldeído), epóxi (araldite), algumas resinas de poliéster, etc.
1.4 Fontes de matéria prima
O custo de um polímero depende basicamente de seu processo de polimerização e
disponibilidade de monômero, dos quais os principais fornecedores de matéria-prima podem ser
divididos em três grupos (Canevarolo, 2002):
1.4.1 Produtos naturais
Citam-se, como mais importantes, a celulose, carboidrato que está presente em quase
todos os vegetais e a borracha natural, encontrada no látex da seringueira, como uma emulsão
de borracha em água. Outros produtos de menor importância também podem produzir polímeros,
como por exemplo, o óleo de mamona (na produção de Nylon 11 e poliuretano) e o óleo de soja
(Nylon 9).
1.4.2 Hulha ou carvão mineral
O esquema a seguir demonstra a obtenção de alguns polímeros a partir da destilação do
carvão mineral.
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Figura 1 - Obtenção de alguns polímeros a partir do carvão mineral (Canevarolo, 2002)
1.4.3 Petróleo
O esquema a seguir demonstra a obtenção de alguns polímeros a partir da destilação do
óleo cru.
Figura 2 - Obtenção dos principais monômeros a partir do petróleo (Canevarolo, 2002).
1.5 Transições Térmicas dos Polímeros
1.5.1 Temperatura de transição vítrea (Tg ou Tv)
A temperatura na qual o polímero experimenta a transição do estado no qual apresenta
características de uma borracha para o estado rígido é chamada de temperatura de transição
vítrea (Callister, 2002) ou, na situação inversa, no estado vítreo caracterizado por se apresentar
duro, rígido e quebradiço, abaixo desta temperatura, o polímero não tem energia interna
suficiente para permitir o deslocamento de uma cadeia com relação à outra por mudanças na
conformação (Canevarolo, 2002).
ÓLEO CRU
etilenoetano
gasolina
propano
queroseneGLP NAFTA asfaltoóleo diesel
propileno butadieno isobutileno
GÁS DE HULHA
AMÔNIO
ALCATRÃO
COQUE
etileno
metano
uréia e
aminas
benzeno
etileno
cloreto de vinila
acetileno
formaldeído
fenol
polietileno resinas
fenólicas
agente de cura
poliuretano e PS
polietileno
PVC
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1.5.2 Temperatura de fusão cristalina (Tm ou Tf)
A fusão de um cristal de polímero corresponde à transformação de um material sólido, contendo
uma estrutura ordenada de cadeias moleculares ordenadas, para uma estrutura altamente aleatória
(Callister, 2002). Neste ponto a energia do sistema atinge o nível necessário para vencer as
forças intermoleculares secundárias entre as cadeias da fase cristalina, destruindo a estrutura
regular de empacotamento, mudando do estado borrachoso para o estado viscoso, ou seja,
fundido (Canevarolo, 2002)
Tabela 2 - Temperaturas de Fusão e Transição Vítrea para alguns materiais poliméricos mais comuns (Callister, 2002).
Material Temperatura de transição
vítrea [ºC (ºF)]
Temperatura de Fusão
[ºC (ºF)]
Polietileno (baixa densidade) -110 (-165) 115 (240)
Politetrafluoroetileno -97 (-140) 327 (620)
Polietileno (alta densidade) -90 (-130) 137 (279)
Polipropileno -18 (0) 175 (347)
Nylon 6,6 57 (135) 265 (510)
Poliéster (PET) 69 (155) 265 (510)
Cloreto de Polivinila 87 (190) 212 (415)
Poliestireno 100 (212) 240 (465)
Policarbonato 150 (300) 265 (510)
2. PROPRIEDADES DOS POLÍMEROS
2.1 Propriedades Mecânicas
As propriedades mecânicas dos polímeros são especificadas através de muitos dos
mesmos parâmetros usados para os metais, isto é, o módulo de elasticidade, o limite de
resistência à tração e as resistências ao impacto e à fadiga, sendo que para muitos polímeros,
utiliza-se de gráficos tensão-deformação para a caracterização de alguns destes parâmetros
mecânicos. Os comportamentos típicos tensão-deformação dos polímeros são mostrados na
figura 3. A curva A ilustra o comportamento de polímeros frágeis, que apresentam ruptura no
trecho elástico. A curva B apresenta comportamento semelhante a aquele encontrado em
materiais metálicos e caracteriza o trecho inicial elástico, seguido por escoamento (limite de
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escoamento σ1) e por uma região de deformação plástica até a ruptura à tração (limite de
resistência à tração LRT) que pode obter valores maiores ou menores que o limite de
escoamento. A curva C é totalmente elástica, típica da borracha (grandes deformações
recuperáveis mesmo sob pequenos níveis de tensão) e é característica da classe dos Elastômeros
(Callister, 2002).
Figura 3 - Comportamento tensão-deformação para polímeros (Callister, 2002).
Apesar do comportamento mecânico parecido, os polímeros podem ser, em alguns
aspectos, mecanicamente diferentes dos metais, como por exemplo, em relação ao módulo de
elasticidade, limite de resistência à tração e alongamento, sendo que as diferenças encontram-se
expressas na tabela 3 a seguir (Callister, 2002).
Tabela 3 - Comportamento mecânico Metais x Polímeros.
Propriedade Metais Polímeros
Módulo de Elasticidade 7 MPa a 4 GPa 48 a 410 GPa
Limite de resistência à tração 100 MPa 4,1 GPa
Alongamento 100% 1000%
0 1 2 3 4 5 6 7
10
20
30
40
50
60
A
B
C
Tensão (MPa)
Deformação
σσσσ1
LRT
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2.2 Propriedades Térmicas
Além das propriedades térmicas que caracterizam os polímeros como termopláticos ou
termofixos e das transições térmicas dos polímeros, pontos importantíssimos na escolha dos
materiais adequados para a aplicação como materiais de engenharia, citados nos itens anteriores,
destacam-se a baixa condutividade térmica e altos coeficientes de dilatação térmica linear
quando comparados a materiais não poliméricos, quatro a cinco vezes maiores, da ordem de 0,2
a 2,3x10-4
ºC-1
(Mano, 2000).
2.3 Propriedades Óticas
A principal propriedade ótica a ser considerada neste trabalho é a transparência,
apresentada por polímeros amorfos ou com muito baixo grau de cristalinidade, quantitativamente
expressa pela transmitância (razão entre a quantidade de luz que atravessa o meio e a quantidade
de luz que incide perpendicularmente à superfície, podendo alcançar até 92% nos plásticos
comuns). Materiais poliméricos muito cristalinos tornam-se translúcidos ou semitransparentes,
ou mesmo opacos.
2.4 Resistência a Intempéries e Ações Químicas
As características mecânicas dos polímeros são muito sensíveis à natureza química do
ambiente, ou seja, na presença de água, oxigênio, solventes orgânicos, etc. (Callister, 2002).
Dentre as propriedades químicas mais importantes estão a resistência à oxidação, ao calor, às
radiações ultra-violeta, à água, a ácidos e bases, a solventes e reagentes (Mano, 2000), conforme
descrito a seguir:
Oxidação: Resistência aumenta em macromoléculas apenas com ligações simples entre átomos
de carbono. Ex: PE, PP. Resistência é menor particularmente em borrachas rompendo as cadeias
e na presença de ozônio. Ex: devido a centelhas elétricas nas imediações de tomadas se forma
ozônio.
Calor: Resistência é maior abaixo da temperatura de transição vítrea. Resistência é menor
frequentemente com a presença de oxigênio pela ruptura das ligações covalentes dos átomos nas
cadeias macromoleculares. Ex: PVC.
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Raios Ultra-Violeta: Resistência é menor em macromoléculas com dupla ligação entre átomos
de carbono. Ex: Fissuras e rachaduras com a fragmentação do PP ou LDPE, expostos à luz do
sol.
Umidade: Polímeros que absorvem água sofrem alteração de volume, podendo aumentar o peso
do material. Resinas fenólicas, por exemplo, no caso de cura incompleta dos laminados, incham,
mudam de tamanho e sofrem delaminação.
Ácidos: O contato com ácidos em geral, em meio aquoso, pode causar a parcial destruição das
moléculas poliméricas. Ex: Resinas melamínicas e produtos celulósicos sofrem alteração em
meio ácido mesmo diluído.
Bases: Soluções alcalinas, usualmente aquosas, em maior ou menor concentração, são bastante
agressivas a polímeros cuja estrutura apresente certos agrupamentos como carboxila, hidroxila,
fenólica e éster. Ex: Resinas fenólicas e epoxídicas.
Solventes e Reagentes: Quando as moléculas do solvente são mais afins com as do polímero do
que com elas próprias, podem penetrar entre as cadeias macromoleculares, gerando interações
físico-químicas. Forças inter-moleculares como pontes de hidrogênio, ligações dipolo-dipolo ou
mesmo forças de Van der Waals, permitem a dispersão, a nível molecular, dos polímeros, isto é,
sua dispersão.
3. PRINCIPAIS APLICAÇÕES DOS POLÍMEROS NA CONSTRUÇÃO CIVIL
Nas últimas décadas, os polímeros têm sido cada vez mais solicitados na Construção
Civil, e de forma concomitante, a eficiência desses materiais está invadindo os projetos de
edifícios, buscando substituir materiais considerados até então, de maior nobreza como o aço, a
madeira, o barro e o concreto na execução das obras.
Para ter-se idéia da importância dos polímeros (plásticos) na construção civil, estes
materiais detêm seu segundo maior mercado neste setor, perdendo apenas para o de embalagens,
quanto à utilização como matéria-prima.
Neste capítulo são apresentados os componentes construtivos e seus subsistemas,
acentuando-se as características e propriedades dos mesmos e dos polímeros com os quais foram
obtidos e suas reações de polimerização.
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3.1 Instalações hidráulicas prediais
A qualidade das instalações hidráulicas prediais, no seu conceito mais amplo, é
fundamental para a qualidade da edificação como um todo. O usuário final deseja que a
instalação hidráulica predial possa suprir as suas necessidades com baixo custo, durabilidade,
manutenção fácil e barata. Por outro lado, o construtor ou o empreendedor de uma edificação
deve procurar componentes e sistemas com qualidade, baixo custo, facilidade de execução e
também de manutenção. (Manual OPP/TRIKEM, 1998, p. 08).
Os polímeros podem ser usados para instalações prediais de água, esgoto sanitário e
captação e condução de águas pluviais.
Em instalações hidráulicas prediais de água, há uma utilização cada vez maior dos seus
componentes produzidos em polímeros. No caso do PVC (poli cloreto de vinila), segundo o
manual TRIKEM (1988), é utilizado basicamente para a condução ou manuseio de água à
temperatura ambiente e no caso da condução de água quente são indicadas às tubulações de
CPVC (poli cloreto de vinila clorado), semelhante ao PVC, porém com maior estabilidade em
relação à água quente.
As tubulações baseadas em PVC são indicadas para aplicações em edificações
residenciais, comerciais e industriais.
Segundo ACETOZE (1996), e VANDERGORIN (1987) as características dos
componentes, em PVC, são que estes possuem juntas estanques (soldadas ou rosqueadas), tem
menor custo de material e de mão-de-obra em relação aos materiais tradicionalmente utilizados,
são resistentes à corrosão, a lisura das paredes internas resulta em maior velocidade do fluxo e
menos formação de depósito, não são condutores de eletricidade, coeficiente de expansão
térmica muito maior que outros matérias, são praticamente imunes ao ataque de bactérias e
fungos, possuem densidade menor que materiais tradicionais como cerâmica e ferro galvanizado.
3.2 Instalações elétricas
Dentre os componentes elétricos, podem ser citados os eletrodutos para a passagem de
fios e cabos, internamente às paredes das construções; perfis para instalações elétricas aparentes;
fios e cabos com isolamento; e componentes terminais da instalação (caixas, espelhos, tomadas,
interruptores e outros). Estes componentes elétricos são bastante difundidos por permitir um bom
isolamento elétrico e por minimizar os efeitos de curto circuito originados dos fios descascados.
Há ainda, os dutos e subdutos responsáveis pela passagem de calor.
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Os polímeros mais largamente empregados para confecção destes materiais são: PVC
(poli cloreto de vinila), PS (poliestireno), PE (polietileno), PP (polipropileno), PPO
(polióxifenileno) e o PCTFE (politrifluorcloroetileno). O PVC é o único polímero aplicado na
produção de todos os componentes elétricos; enquanto que o OS é aplicado com maior
constância em cabos elétricos; o PE e PP em isolamento de cabos elétricos; o PPO em relés e
interruptores e o PCTFE em diversos componentes para equipamentos elétricos.
Os fios são filamentos formados por um condutor e os cabos, formados por vários
condutores. No caso destes componentes em PVC, podem ser utilizados em instalações elétricas,
telefônicas, antenas de televisão e FM, localizados em edificações residenciais, comerciais e
industriais e subestações transformadoras.
Os eletrodutos poliméricos são destinados ao alojamento e proteção dos fios elétricos e
podem ser rígidos ou flexíveis e possuem em comum a elevada resistência à compressão, o que
permite que sejam embutidos em lajes, paredes e pisos.
Os dutos e subdutos de PVC são utilizados em instalações subterrâneas de redes elétricas
e de telefonia, ou seja, têm a função de proteger cabos e fibras óticas.
Conforme já mencionado existem ainda outros componentes como os relés e interruptores
normalmente confeccionados em PPO.
Dentre as características dos polímeros empregados na confecção dos diferentes materiais
apresentados podemos destacar segundo ACETOZE (1996) que são auto-extinguíveis, ou seja, se
não houver presença de chama externa, o fogo se apaga naturalmente, em alguns casos o PVC
pode ser tratado com aditivos resistentes a ação da luz solar para instalações de fiação externa,
não sofrem corrosão e são imunes às composições das argamassas e concretos no caso dos
eletrodutos, possuem baixa densidade, são bons isolantes elétricos, acompanham as
acomodações do solo no caso dos dutos e subdutos.
3.3 Fechamento de fachadas – Esquadrias e portas
Os perfis de esquadrias de PVC foram lançados na Alemanha entre 1955 e 1960 e
atualmente representam uma parcela significativa das esquadrias vendidas nos mercados europeu
e americano.
As primeiras tentativas de produção e comercialização de esquadrias sintéticas, no Brasil,
datam de meados da década de setenta quando ainda se importava o PVC, e a partir de 1979
inicia-se no Brasil a produção, em maior escala, das esquadrias de PVC, basicamente com
tecnologia alemã e austríaca.
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Atualmente o PVC domina 50% do mercado de esquadrias da Europa e supera os 30%
nos EUA, sendo que no Brasil permanece estacionado na casa dos 5%. Segundo os fabricantes
de esquadria de PVC a construção, em geral, vai demorar mais alguns anos até assimilar os
benefícios desta tecnologia por dois motivos básicos: excesso de tradicionalismo e
desconhecimento quanto à redução no consumo de energia elétrica, proporcionado pelo uso do
PVC.
A janela é um componente construtivo que pode ser discutido sob diversos pontos de
vista, ou seja, para o arquiteto e projetista ela representa um elemento que corta a fachada,
interrompe sistemas de divisórias ou tetos e requer detalhamento especial de suas interfaces em
conjunto com estes sistemas. Na opinião do construtor, a janela é um elemento onde o
funcionamento de vários matérias e componentes devem estar em harmonia, ou então, na opinião
do usuário, a janela traz luz natural, ar fresco e uma vista do exterior. Em suma, independente de
qualquer ponto de vista, a janela é um componente de fachada que filtra as condições externas
para as internas e, ainda tem possibilidades de ser operável e oferecer certo grau de transparência
à luz natural.
Os parâmetros básicos para o comportamento das janelas são o bom desempenho durante
o uso e a durabilidade ao longo do tempo. Estes fatores devem ser garantidos por um sistemático
controle de qualidade, iniciado ainda na fase do projeto através da tipologia e do material que
constituem a janela.
A implantação de janelas de PVC no projeto e construção de edifícios tem sido realizada
obedecendo a certas exigências da qualidade como segurança, habitabilidade, durabilidade e
qualidade dos dispositivos complementares. Ao se comparar o custo de esquadrias fabricadas
com materiais distintos, no caso o PVC e o alumínio, deve-se considerar determinados aspectos
como o desempenho da esquadria; se a esquadria é fornecida com vidro e persiana; o custo de
instalação da esquadria e do vidro, entre outros aspectos.
A fabricação das portas de PVC baseia-se na mesma formulação utilizada para a
fabricação de janelas em PVC rígido. Atualmente a porta sanfonada em PVC rígido é um
produto bem sucedido devido à sua facilidade de limpeza, instalação e funcionamento, cujas
funções são dividir e decorar os ambientes. Quando recolhidas ocupam pouco espaço e podem
ser instaladas em paredes que já receberam acabamento.
Ainda podemos citar as persianas e venezianas que são perfis que formam um sistema par
escurecimento, proteção e resguardo dos ambientes que possuem caixilhos. As persianas são
constituídas de cortinas rígidas ou semi-rígidas de PVC, que podem ser recolhidas. As
venezianas são elementos fixados em perfis de janelas ou porta-balcão, fazendo parte integrante
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do caixilho. É muito comum mesclar o uso de PVC com outros materiais nas venezianas como o
alumínio.
3.4 Fechamento de coberturas – Telhas
As telhas plásticas utilizadas atualmente, são as telhas de PVC rígido, aplicadas em
combinação com outros tipos de telhas; além das telhas de policarbonato, fibra de vidro e
plipropileno, fabricadas no Brasil.
No caso das telhas de PVC, podem ser utilizadas em edificações residenciais, comerciais
e industriais, mas são especialmente indicadas para locais onde se deseja a passagem de luz
natural, diminuindo assim a necessidade de luz artificial, durante o período diurno. Essa
aplicação só é possível graças às propriedades do PVC neste caso de apresentarem-se
translúcidos ou opacos, com grande resistência química e apresentarem boa absorção acústica e
térmica.
As telhas de fibra de vidro, também chamadas de fiberglass ou vitrofibra, e com sigla
GRP ou RP, é na verdade um material que combina fibras de vidro e resina, ou seja, as fibras de
vidro reforçam um laminado de poliéster conferindo-lhe ótimas propriedades. As características
das telhas de fibra de vidro são baixo peso, permitindo fácil manuseio na aplicação e economia
no transporte; alta resistência mecânica; boa resistência química; menor custo de acabamento;
boa resistência a fortes intempéries, dispensa manutenções e oferece facilidade de reparos, no
caso de danificação de uma estrutura. Essas telhas são caracterizadas por serem totalmente
translúcidas, sendo projetadas para diversas funções como iluminação zenital, cobertura, divisão,
decoração ou fechamento de ambientes.
As telhas de polipropileno (PP) fazem parte de uma nova tecnologia que está sendo
produzida em coberturas a partir de polímeros, e que consiste num sistema de módulos com
encaixes, formadas por agrupamentos de até seis telhas de PP, reproduzidas com o mesmo
design de telhas tradicionais.
O acrílico (polimetacrilado de metila) apresenta grandes vantagens em suas
características como a excelente transparência (transmite 90% da luz incidente), boa resistência a
intempéries, mesmo sem estabilizantes, funcionamento contínuo até 75°C, não estilhaça, é
brilhante e apresenta coeficiente de dilatação elevado. Entretanto o acrílico apresenta
combustibilidade. Entre os grandes projetos de coberturas acrílicas podemos citar a cobertura da
Expo Mundial do Canadá, e a cobertura da Estação Rodoviária de São Paulo.
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O PC (policarbonato) apresenta uma séria de vantagens como ótima resistência mecânica
a fluência e ao impacto (250 vezes maior que o vidro e 30 vezes maior que o acrílico) boa
resistência à deformação, mesmo com altas temperaturas (até 140°C), bom isolamento elétrico,
não propaga chama, e boa resistência química. Graças a estas propriedades, o PC tem ganhado
destaque nos últimos anos dentro do setor de construção civil.
3.5 Pisos, Revestimentos e Forros
Os pisos vinílicos são materiais produzidos a partir do PVC e apresentados no mercado
através de placas, pisos semiflexíveis ou mantas que são adaptados para aplicação em qualquer
ambiente interno como residências.
De acordo com SIMÕES E LEITE (1997), o piso vinílico é composto por resina de PVC
ou de copolímeros de cloreto de vinila ou ambos, plastificantes, estabilizantes, aditivos, cargas
inertes e pigmentos. No caso das mantas flexíveis pode haver a associação das mesmas a uma
manta de fibra de vidro, que aumenta a estabilidade dimensional do produto. Na categoria dos
pisos semiflexíveis, há ainda ladrilhos que podem ser constituídos por fibra de amianto. Os pisos
vinílicos podem apresentar as características interessantes, tais como: oferecem facilidade,
economia e rapidez na sua aplicação, são versáteis, podendo ser aplicados em diferentes
ambientes, resistência comprovada com relação à dureza e impacto, boa resistência a agentes
químicos com bases, sais e ácidos.
Podemos ainda mencionar os papéis de parede confeccionados em PVC. As
características mais importantes de um papel de parede em PVC na opinião de ACETOZE
(1995) são: a capacidade de suportar a lavabilidade, a estabilidade da cor, e a instalação fácil,
rápida e econômica.
Existem ainda com menos freqüência às telas em vinil, confeccionadas a partir de uma
base de tela de algodão recoberto com película de PVC, com espessura de 0,10 mm e gramatura
de 175 g/m2. São produtos de última geração e apresentam boa resistência à ação mecânica, são
laváveis e mantêm-se inalterados com o passar do tempo.
O forro pode ser descrito como uma barreira utilizada no interior das edificações, entre a
cobertura e os ambientes, com uma diversidade de funções como acabamento interior,
isolamento térmico, absorções sonoras, delimitação espacial e ocultação de redes de instalação.
Os painéis mais utilizados são os de gesso, fibras vegetais, resinas sintéticas
(principalmente PVC e acrílico), de madeira e de metal. Entre as propriedades dos polímeros
utilizados na confecção de painéis para forro de teto podemos destacar a instalação mais limpa e
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eficiente, a facilidade de limpeza, a baixa densidade, o ótimo isolamento acústico e elétrico, e um
bom desempenho térmico devido às cavidades internas que formam vazios de ar.
3.6 Tintas e vernizes
Por muitos séculos as tintas foram usadas apenas por seu aspecto estético. Mais tarde
quando foram introduzidas em paises onde as condições climáticas eram mais severas, passaram
a ser elaboradas dando importância ao aspecto proteção.
De maneira simplista podemos afirmar que as tintas são uma composição líquida,
geralmente viscosa, constituída de um ou mais pigmentos dispersos em um aglomerante líquido,
que ao sofrer um processo de cura, quando estendida em película fina, forma um filme opaco e
aderente ao substrato. Esse filme tem a finalidade de proteger e melhorar esteticamente às
superfícies. Sendo assim podemos isolar quatro componentes principais da tinta: resina,
pigmento, aditivo e solvente. A homogeneização destes componentes básicos resulta em um
líquido viscoso que ao ser aplicado nas superfícies atua como um sistema de proteção, após a
cura, contra o desgaste provocado por corrosão. No caso da construção, além de proteger as
superfícies de paredes, muros, tetos, pisos, clarabóias, esquadrias, entre outros, contra diversas
intempéries e ataques químicos, a tinta é também uma solução que envolve um acabamento
bonito, durável e de baixo custo.
As tintas base aquosa para alvenaria no Brasil são produzidas em sua grande maioria com
emulsões acrílicas-estirenadas. Existem as emulsões acrílicas puras, as vinilacrílicas e os PVAs
(poliacetato de vinila).
Como importantes propriedades das tintas podemos citar um baixo módulo de
elasticidade, uma grande resistência a intempéries, e ótima aderência ao substrato onde é
aplicada.
4. SUSTENTABILIDADE DOS POLÍMEROS NA CONSTRUÇÃO CIVIL
Atualmente está sendo dada muita ênfase à preservação e conservação do meio ambiente
como forma de garantir um desenvolvimento sustentável. Entre os diversos danos causados ao
meio ambiente, um está relacionado com os resíduos plásticos. Esses resíduos em geral, levam
muito tempo para sofrerem degradação espontânea e, quando queimados, produzem gases
tóxicos. Os polímeros correspondem a 8% em massa do resíduo sólido urbano e 20% em volume
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deste mesmo universo segundo Agnelli (1996). Os tipos de polímeros mais encontrados entre os
resíduos estão o poli(cloreto de vinila) (PVC), o poli(tereftalato de estireno) (PET), o polietileno
de alta e baixa densidade (PEAD), o poli(propileno) (PP), e o poli(estireno) (PS).
A fabricação de polímeros em 2002 foi destinada para: embalagens (39,73%), construção
civil (13,67%), descartáveis (11,55%), componentes técnicos (8,04%), agrícola (7,67%),
utilidades domésticas (4,72%), outros (14,62%). Sabemos que 16,5% dos plásticos rígidos e
filme, consumidos no Brasil, retornam à produção como matéria-prima, o que equivale a cerca
de 200 mil toneladas por ano. Deste total, 60% provêm de resíduos industriais e 40% do lixo
urbano, segundo estimativa da ABREMPLAST (Associação Brasileira de Recicladores de
Materiais Plásticos).
Embora a indústria de embalagem seja a maior produtora de resíduos poliméricos
encontrados dentro dos resíduos sólidos urbanos, a construção civil vem encontrando espaços
para reutilização de materiais poliméricos provenientes de outras indústrias. É o caso do (PET)
que depois das roupas, as garrafas usadas agora viram insumo para tintas, e até inusitado tubo
para esgoto predial, além de revestimento.
Variedade de plástico mais procurado para revalorização, o PET descobre novas vocações num
ritmo acelerado. Consolidado em diversos segmentos de mercado, o de vestuário inclusive, o
PET reciclado avança agora na fabricação de tintas, tubos, pisos e revestimentos. Estes estudos
ainda são recentes, e carentes de resultados comparativos entre materiais já consagrados no
mercado e utilizados para a mesma finalidade. Entretanto, no caso da produção de tubos para
esgoto predial, já existem empresas que detêm conhecimento e técnicas para fabricação deste
componente a partir de (PET) reciclado, e que atendam as exigências encontradas na norma
brasileira NBR 5688-99.
Outras oportunidades de reciclagem vêm sendo exploradas dentro da construção civil,
como a estudada pelo professor D’Abreu da Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro,
que pretende substituir a areia utilizada na construção civil pelo plástico triturado. Segundo o
professor D’Abreu, as primeiras experiências nesse sentido são promissoras. O principal motivo
para se adotar de vez a prática da reciclagem, na opinião de D’Abreu, é a causa ecológica. "O
plástico, por exemplo, vem do petróleo e a areia que pretendemos substituir é tirada dos leitos
dos rios. Com isso, a natureza é menos agredida", ensina.
Existem ainda empresas que se preocupam com a reutilização dos resíduos gerados pelos
seus produtos no mercado, como é o caso da Tetra Pak, que recebeu o prêmio Valor Social do
ano de 2004 por um projeto chamado “Embalagens longa vida viram telhas para construção
civil”.
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O PVC, um dos polímeros mais utilizados dentro da construção civil, principalmente para
a fabricação de tubos e conexões hidráulicos para instalações prediais, também é passível de
reciclagem, embora este polímero não gere volumes grandes de resíduo. Os resíduos de PVC
representam em média 0,8% do peso total do lixo domiciliar. Isso ocorre porque o PVC é mais
utilizado em produtos de longa duração, como tubos e conexões, fios e cabos para a construção
civil segundo o Instituto do PVC. O PVC reciclado tem diversas aplicações. É utilizado na
camada central de tubos de esgoto, em reforços para calçados, juntas de dilatação para concreto,
perfis, cones de sinalização, etc.
Embora seja muito importante utilizarmos materiais reciclados dentro da construção civil,
um estudo de sustentabilidade do material envolve mais do que isto. Precisamos estar
preocupados com a durabilidade do material, os impactos causados pela sua extração do meio
ambiente, e sua industrialização. Podemos dizer que o ciclo de vida deste material é muito
importante quando pretendemos compara-lo a outros materiais.
Em algumas aplicações, a utilização dos polímeros apresenta enormes vantagens a
materiais mais tradicionais por sua durabilidade. Este é o caso do PVC. Segundo o Instituto do
PVC este polímero apresenta ciclos de vida útil longos, que estão associados às suas aplicações.
Podem ser divididos da seguinte forma: 12% dos produtos têm vida útil de até 2 anos, como as
embalagens; 24% de 2 a 15 anos, como produtos utilizados na indústria automobilística e 64%
de 15 a 100 anos, como produtos da construção civil. Quando aplicado em tubos e conexões,
apresenta uma vantagem em relação aos tubos de aço galvanizado, porque não são passíveis de
oxidação. Como se encontram normalmente protegidos pela estrutura dos imóveis, estão livres
das ações das intempéries o que prolonga suas características por muitos anos. Não podemos
esquecer que o PVC, dentre todos os materiais usados na fabricação de esquadrias e portas é o
único que não necessita de camada de proteção frente aos ambientes agressivos. O alumínio
necessita de uma camada de anodização, a madeira precisa ser envernizada e o ferro precisa de
pintura. Os sistemas de pintura aplicados na madeira e no metal para garantir sua preservação e
durabilidade são, em geral, à base de solvente, e levam para a atmosfera materiais voláteis,
prejudiciais a natureza e a nossa saúde, como é o caso do xileno ou da águarraz encontrados em
muitas formulações.
As tintas apresentam uma parcela de materiais poluentes em sua formulação, sendo os
principais os solventes, coalescentes, plastificantes, e os biocidas, que são os materiais lixiviados
para o ambiente com maior facilidade. Entretanto o polímero empregado na formação de filme
das tintas não é um potencial gerador de impacto ambiental, considerando somente a aplicação
do produto. Entretanto a aplicação da tinta gera um desperdício considerável nos canteiros de
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obra. Os valores encontrados em pesquisas são médios, porque as faixas de variação entre
canteiros são muito grandes. Entretanto a conscientização da mão de obra quanto à diminuição
do desperdício de materiais é muito importante para a diminuição destes valores.
Os materiais poliméricos aplicados em exterior podem ter sua durabilidade questionada.
Uma vez que estão expostos a intempéries, estes materiais podem ter suas características
estéticas afetadas, como brilho e cor, e também suas propriedades químicas e mecânicas como
resistência ao impacto no caso das telhas. Embora estes polímeros sejam aditivados com
estabilizantes, como é o caso do polipropileno empregado em telhas substitutivas às cerâmicas
ou concreto, sua durabilidade pode ser inferior aos materiais tradicionais neste caso. Sua
manutenção ou substituição mais constante pode gerar sérios impactos ambientais. Entretanto,
uma consideração mais profunda deve levar em conta que estas coberturas são mais leves que as
tradicionais e necessitam de uma estrutura mais esbelta o que gera menor extração de materiais
do ambiente para a confecção dos telhados.
Embora apresentadas diversas vantagens para utilização do polímero na construção civil,
em relação à sustentabilidade do ambiente construtivo, uma preocupação deve ser a origem dos
polímeros, que em sua grande maioria está no petróleo, uma fonte de matéria-prima não
renovável. Esta preocupação já tem orientado algumas pesquisas, para fontes alternativas ao
petróleo na geração de energia e obtenção de polímeros. Hoje em dia já existem tecnologias
desenvolvidas para produção de alguns monômeros importantes como o estireno e ácido acrílico
através de fontes renováveis como o álcool etílico, a sintetização do bagaço de cana e do óleo de
mamona. Esta preocupação aumenta à medida que o petróleo torna-se cada vez mais escasso no
mercado, as reservas mundiais diminuem, e o consumo aumenta. Entretanto o petróleo
continuará sendo a principal fonte de matéria-prima para geração de polímeros por muitos anos.
5. CONCLUSÕES
Desde as primeiras aplicações de materiais poliméricos pelo homem, o avanço no campo
da pesquisa e também das tecnologias de processamento dos mesmos, permitiu que os polímeros
fossem empregados em diversos segmentos da indústria, aproveitando-se de suas propriedades, e
adequando-as às necessidades de cada aplicação.
Na indústria da construção civil este avanço permitiu, entre outras coisas, a substituição
de materiais clássicos como o vidro e a madeira, exibindo, à primeira vista, a promessa de
diminuição do impacto ambiental gerado pela extração destes produtos naturais. Por outro lado,
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muitos polímeros são gerados a partir de outras fontes naturais, como o petróleo, que também
constitui uma fonte de matéria prima não renovável, sendo que a maioria dos produtos naturais,
desde que extraídos de forma sustentável, podem ser plenamente renováveis.
A possibilidade de pré-fabricação dos componentes produzidos com materiais
poliméricos permite a diminuição do desperdício e geração de resíduos no canteiro. No entanto,
na posição de segundo maior consumidor de materiais poliméricos no mundo, com
aproximadamente 13,5% desta quantidade destinada à construção civil, não se deve
desconsiderar a geração de resíduos, uma vez que não se tratam, em geral, de materiais
biodegradáveis.
Mesmo assim, demonstra-se que é completamente possível a reciclagem de boa parte
destes resíduos sem perda das características iniciais dos materiais poliméricos, ressaltando a
possibilidade de total reaproveitamento dos mesmos, entretanto, o processo de reciclagem dos
polímeros é o mais caro, pois envolve seleção do material.
Finalmente, conclui-se que os polímeros constituem uma fonte importantíssima de
materiais para a solução de problemas técnicos de projeto mas sua aplicação deve ser orientada
de forma sustentável, coexistindo com soluções a partir de materiais naturais de forma a permitir
o equilíbrio do meio ambiente.
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6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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Livros Técnicos e Científicos S.A. Rio de Janeiro, 2002.
CANEVAROLO Jr., Sebastião V. Ciência dos Polímeros – Um Texto Básico para Tecnólogos e
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CARASCHI, José Cláudio; LEÃO, Alcides Lopes. Avaliação das Propriedades Mecânicas dos
Plásticos Reciclados Provenientes de Resíduos Sólidos Urbanos. Botucatu, São Paulo, 2002.
Disponível em: www.ppg.uem.br/Docs/ctf/Tecnologia/2002/02_156_02_Jose%20Caraschi_
Avaliacao%20das%20propriedades%20Resumo.pdf. Acesso em 26/03/2006.
CHAVES, André Luiz de Oliveira. Os Polímeros Utilizados na Construção Civil e seus
Subsídios. EESC - Escola de Engenharia de São Carlos, Dissertação de Mestrado. São Carlos,
1998.
CONAMA - Conselho Nacional do Meio Ambiente. Disposições sobre resíduos na Construção
Civil.
HOLLAWAY, Leonard C. (Ed.). Polymers and Polymers Composites in Construction. London,
1990.
INSTITUTO DO PVC. O PVC e o Meio Ambiente. Disponível em:
http://www.institutodopvc.org/meioamb.htm . Acesso em 03/05/06.
MANO, Eloísa Biasotto. Polímeros como Materiais de Engenharia. Editora Edgard Blücher
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PUC – Pontifícia Universidade Católica. Concientização de trabalho através da reciclagem.
Jornal da PUC, n. 90, junho, 1999.
RETO, Maria Aparecida de Sino. O papel da reciclagem em tempos modernos. Revista Plástico
moderno. Editora QD Ltda. pg 22, n. 374, 2005.
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23
__________. PET abre o leque para novos usos. Revista Plástico Moderno. Editora QD Ltda. n.
372, 2004.
SAUNDERS, K. J. Organic Polymer Chemistry. Chapman and Hall. London, 1973.

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  • 1. Escola Politécnica da Universidade de São Paulo PCC-5726 – Princípios da Ciência dos Materiais Aplicados aos Materiais de Construção Civil Prof. Dr. Antonio Domingues de Figueiredo Prof. Dr. Vahan Agopyan POLÍMEROS – PROPRIEDADES, APLICAÇÕES E SUSTENTABILIDADE NA CONSTRUÇÃO CIVIL ALUNOS Michel Haddad Reinaldo de A. Sampaio MAIO / 2006
  • 2. Escola Politécnica da Universidade de São Paulo – PCC 5726 – Princípios da Ciência dos Materiais Aplicados aos Materiais de Construção Civil – Prof. Dr. Antonio Domingues de Figueiredo e Prof. Dr. Vahan Agopyan Polímeros – Propriedades, Aplicações e Sustentabilidade na Construção Civil 2 SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO 1.1 Histórico 1.2 Definição de polímeros 1.3 Classificações 1.3.1 Quanto à estrutura molecular 1.3.2 Quanto ao comportamento térmico 1.4 Fontes de matéria prima 1.4.1 Produtos naturais 1.4.2 Hulha ou carvão natural 1.4.3 Petróleo 1.5 Transições térmicas dos polímeros 1.5.1 Temperatura de transição vítrea (Tg ou Tv) 1.5.2 Temperatura de fusão cristalina (Tm ou Tf) 2. PROPRIEDADES DOS POLÍMEROS 2.1 Propriedades Mecânicas 2.2 Propriedades Térmicas 2.3 Propriedades Óticas 2.4 Resistência a Intempéries e Ações Químicas 3. APLICAÇÃO DOS POLÍMEROS NA CONSTRUÇÃO CIVIL 3.1 Instalações Hidráulicas Prediais 3.2 Instalações Elétricas 3.3 Fechamento de Fachadas – Esquadrias 3.4 Fechamentos de Coberturas – Telhas 3.5 Pisos, Revestimentos e Forros 3.6 Revestimentos 3.7 Selantes 3.8 Tintas e Vernizes 4. SUSTENTABILIDADE DOS POLÍMEROS NA CONSTRUÇÃO CIVIL 5. CONCLUSÕES 6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
  • 3. Escola Politécnica da Universidade de São Paulo – PCC 5726 – Princípios da Ciência dos Materiais Aplicados aos Materiais de Construção Civil – Prof. Dr. Antonio Domingues de Figueiredo e Prof. Dr. Vahan Agopyan Polímeros – Propriedades, Aplicações e Sustentabilidade na Construção Civil 3 1. INTRODUÇÃO 1.1 Histórico O primeiro contato do homem com materiais resinosos e graxas extraídas e/ou refinadas se deu na Antigüidade, com os egípcios e os romanos, que os usaram para carimbar, colar documentos e vedar vasilhames. No século XVI, espanhóis e portugueses tiveram o primeiro contato com o produto extraído da seringueira. Esse extrato, produto da coagulação e secagem do látex, apresentava características de alta elasticidade e flexibilidade desconhecidas até então que recebeu o nome de borracha pela sua capacidade de apagar marcas de lápis. Sua utilização foi bastante restrita até a descoberta da vulcanização por Charles Goodyear, em 1839 que confere à borracha as características de elasticidade, não-pegajosidade e durabilidade. Em 1846, Christian Schónbien, químico alemão, tratou o algodão com ácido nítrico, dando origem à nitrocelulose, primeiro polímero semi-sintético. Em 1862, o inglês Alexander Parker dominou completamente essa técnica, patenteando a nitrocelulose (ainda é comum a cera Parquetina, nome derivado de Parker). Em 1897, Krishe e Spittller, na Alemanha, conseguiram um produto endurecido por meio da reação de formaldeído e caseína, uma proteína constituinte do leite desnatado (Canevarolo, 2002). No início do século XX, ficou provado que alguns materiais, produzidos pela Química incipiente do final do século e que até então eram considerados como colóides, consistiam na verdade de moléculas gigantescas, que podiam resultar do encadeamento de 10.000 ou mais átomos de carbono. Quando suas estruturas químicas não apresentavam unidades estruturais regularmente repetidas, essas moléculas foram chamadas macromoléculas. Os memoráveis trabalhos de Staudinger, considerado pai dos polímeros, corroborados pelas investigações de outros pesquisadores, como Mark e Marvel, comprovaram que a natureza dessas macromoléculas era semelhante à das moléculas pequenas, já conhecidas, e possibilitaram o desenvolvimento dos materiais poliméricos de modo muito acentuado (Mano, 2000). O primeiro polímero sintético foi produzido por Leo Baekeland em 1912, obtido pela reação entre fenol e formaldeído. Essa reação produzia um produto sólido (resina fenólica), hoje conhecido por baquelite, termo derivado do nome de seu inventor (Canevarolo, 2002). Muitos dos plásticos, borrachas e materiais fibrosos que nos são úteis nos dias de hoje consitem em polímeros sintéticos. De fato, desde o fim da Segunda Guerra Mundial, o campo dos materiais foi virtualmente revolucionado pelo advento dos polímeros sintéticos. Os materiais sintéticos
  • 4. Escola Politécnica da Universidade de São Paulo – PCC 5726 – Princípios da Ciência dos Materiais Aplicados aos Materiais de Construção Civil – Prof. Dr. Antonio Domingues de Figueiredo e Prof. Dr. Vahan Agopyan Polímeros – Propriedades, Aplicações e Sustentabilidade na Construção Civil 4 podem ser produzidos de maneira barata, e as suas propriedades podem ser administradas num nível em que muitas delas são superiores às suas contrapartes naturais (Callister, 2002). Tabela 1 - Primeira ocorrência e primeira produção industrial de alguns polímeros comerciais (Canevarolo, 2002). Polímero 1ª ocorrência 1ª produção industrial PVC 1915 1933 PS 1900 1936/7 PEBD (LDPE) 1933 1939 NYLON 1930 1940 PEAD (HDPE) 1953 1955 PP 1954 1959 PC 1953 1958 1.2 Definição de Polímeros A palavra polímero origina-se do grego poli (muitos) e mero (unidade de repetição). Assim, um polímero é uma macromolécula composta por muitas (dezenas de milhares) de unidades de repetição denominadas meros, ligados por ligação covalente. A matéria-prima para a produção de um polímero é o monômero, isto é, uma molécula com uma (mono) unidade de repetição (Canevarolo, 2002). 1.3 Classificações Dependendo do tipo de monômero (estrutura química), do número médio de meros por cadeia e do tipo de ligação covalente, poderemos dividir os polímeros em três grandes classes: Plásticos, Borrachas (ou Elastômeros) e Fibras (Canevarolo, 2002). Uma classificação mais abrangente cita ainda os Revestimentos, os Adesivos, as Espumas e as Películas (Callister, 2002). Muitos polímeros são variações e/ou desenvolvimentos sobre moléculas já conhecidas podendo ser divididos em quatro diferentes classificações (Canevarolo, 2002): • Quanto à estrutura química; • Quanto ao método de preparação; • Quanto ao comportamento mecânico; • Quanto ao desempenho mecânico.
  • 5. Escola Politécnica da Universidade de São Paulo – PCC 5726 – Princípios da Ciência dos Materiais Aplicados aos Materiais de Construção Civil – Prof. Dr. Antonio Domingues de Figueiredo e Prof. Dr. Vahan Agopyan Polímeros – Propriedades, Aplicações e Sustentabilidade na Construção Civil 5 No entanto, para melhor compreensão da relação entre suas características e o efeito sobre o desempenho dos materiais compostos por polímeros, quando empregados na construção civil, será abordada a classificação de Callister (2002) quanto à estrutura molecular e quanto à sua resposta mecânica a temperaturas elevadas, ou seja, quanto ao comportamento térmico. 1.3.1 Quanto à estrutura molecular Polímeros Lineares: as unidades mero estão unidas ponta a ponta em cadeias únicas. São cadeias flexíveis em que podem existir grandes quantidades de ligações de van der Waals entre si. Ex: Polietileno, Cloreto de Polivinila, Poliestireno, Polimetil Metacrilato, Nylon e Fluorocarbonos. Polímeros Ramificados: cadeias de ramificações laterais encontram-se conectadas às cadeias principais, sendo consideradas parte das mesmas, sendo que a compactação da cadeia é reduzida, resultando em polímeros de baixa densidade. Polímeros lineares também podem ser ramificados. Polímeros com Ligações Cruzadas: cadeias lineares adjacentes ligadas umas às outras, em várias posições por ligações covalentes. Estas ligações, não reversíveis, são obtidas durante a síntese do polímero a altas temperaturas e são encontradas em muitos dos materiais elásticos com características de borracha. Polímeros em Rede: unidades mero com três ligações covalentes ativas, formando redes tridimensionais. Polímeros com muitas ligações cruzadas podem ser caracterizados como polímeros em rede e possuem propriedades mecânicas e térmicas distintas. Ex: Materiais de base epóxi e fenolformaldeído. Homopolímeros: quando todas as unidades repetidas dentro da cadeia constituem-se do mesmo tipo de mero. Copolímeros: quando as unidades repetidas dentro da cadeia constituem-se de dois ou mais tipos de meros diferentes. 1.3.2 Quanto ao comportamento térmico Polímeros Termoplásticos: Sob efeito de temperatura e pressão, amolecem assumindo a forma do molde. Nova alteração de temperatura e pressão reinicia o processo, sendo, portanto, recicláveis. Em nível molecular, à medida que a temperatura é elevada, as forças de ligação secundárias são diminuídas (devido ao aumento do movimento molecular), de modo tal que o movimento relativo de cadeias adjacentes é facilitado quando uma tensão é aplicada. Os
  • 6. Escola Politécnica da Universidade de São Paulo – PCC 5726 – Princípios da Ciência dos Materiais Aplicados aos Materiais de Construção Civil – Prof. Dr. Antonio Domingues de Figueiredo e Prof. Dr. Vahan Agopyan Polímeros – Propriedades, Aplicações e Sustentabilidade na Construção Civil 6 termoplásticos são relativamente moles e dúcteis e compõem-se da maioria dos polímeros lineares e aqueles que possuem algumas estruturas ramificadas com cadeias flexíveis. Ex: PE, PP, PVC, etc. Polímeros Termofixos: Ou termorrígidos, sob efeito de temperatura e pressão, amolecem assumindo a forma do molde. Nova alteração de temperatura e pressão não faz efeito algum, tornando-os materiais insolúveis, infusíveis e não-recicláveis. Durante o tratamento térmico inicial, ligações cruzadas covalentes são formadas entre cadeias moleculares adjacentes; essas ligações prendem as cadeias entre si para resistir aos movimentos vibracionais e rotacionais da cadeia a temperaturas elevadas, sendo que o rompimento destas ligações só ocorrerá sob temperatura muito elevadas. Os polímeros termofixos são geralmente mais duros, mais fortes e mais frágeis do que os termopláticos, e possuem melhor estabilidade dimensional. Ex: Baquelite (resina de fenol-formaldeído), epóxi (araldite), algumas resinas de poliéster, etc. 1.4 Fontes de matéria prima O custo de um polímero depende basicamente de seu processo de polimerização e disponibilidade de monômero, dos quais os principais fornecedores de matéria-prima podem ser divididos em três grupos (Canevarolo, 2002): 1.4.1 Produtos naturais Citam-se, como mais importantes, a celulose, carboidrato que está presente em quase todos os vegetais e a borracha natural, encontrada no látex da seringueira, como uma emulsão de borracha em água. Outros produtos de menor importância também podem produzir polímeros, como por exemplo, o óleo de mamona (na produção de Nylon 11 e poliuretano) e o óleo de soja (Nylon 9). 1.4.2 Hulha ou carvão mineral O esquema a seguir demonstra a obtenção de alguns polímeros a partir da destilação do carvão mineral.
  • 7. Escola Politécnica da Universidade de São Paulo – PCC 5726 – Princípios da Ciência dos Materiais Aplicados aos Materiais de Construção Civil – Prof. Dr. Antonio Domingues de Figueiredo e Prof. Dr. Vahan Agopyan Polímeros – Propriedades, Aplicações e Sustentabilidade na Construção Civil 7 Figura 1 - Obtenção de alguns polímeros a partir do carvão mineral (Canevarolo, 2002) 1.4.3 Petróleo O esquema a seguir demonstra a obtenção de alguns polímeros a partir da destilação do óleo cru. Figura 2 - Obtenção dos principais monômeros a partir do petróleo (Canevarolo, 2002). 1.5 Transições Térmicas dos Polímeros 1.5.1 Temperatura de transição vítrea (Tg ou Tv) A temperatura na qual o polímero experimenta a transição do estado no qual apresenta características de uma borracha para o estado rígido é chamada de temperatura de transição vítrea (Callister, 2002) ou, na situação inversa, no estado vítreo caracterizado por se apresentar duro, rígido e quebradiço, abaixo desta temperatura, o polímero não tem energia interna suficiente para permitir o deslocamento de uma cadeia com relação à outra por mudanças na conformação (Canevarolo, 2002). ÓLEO CRU etilenoetano gasolina propano queroseneGLP NAFTA asfaltoóleo diesel propileno butadieno isobutileno GÁS DE HULHA AMÔNIO ALCATRÃO COQUE etileno metano uréia e aminas benzeno etileno cloreto de vinila acetileno formaldeído fenol polietileno resinas fenólicas agente de cura poliuretano e PS polietileno PVC
  • 8. Escola Politécnica da Universidade de São Paulo – PCC 5726 – Princípios da Ciência dos Materiais Aplicados aos Materiais de Construção Civil – Prof. Dr. Antonio Domingues de Figueiredo e Prof. Dr. Vahan Agopyan Polímeros – Propriedades, Aplicações e Sustentabilidade na Construção Civil 8 1.5.2 Temperatura de fusão cristalina (Tm ou Tf) A fusão de um cristal de polímero corresponde à transformação de um material sólido, contendo uma estrutura ordenada de cadeias moleculares ordenadas, para uma estrutura altamente aleatória (Callister, 2002). Neste ponto a energia do sistema atinge o nível necessário para vencer as forças intermoleculares secundárias entre as cadeias da fase cristalina, destruindo a estrutura regular de empacotamento, mudando do estado borrachoso para o estado viscoso, ou seja, fundido (Canevarolo, 2002) Tabela 2 - Temperaturas de Fusão e Transição Vítrea para alguns materiais poliméricos mais comuns (Callister, 2002). Material Temperatura de transição vítrea [ºC (ºF)] Temperatura de Fusão [ºC (ºF)] Polietileno (baixa densidade) -110 (-165) 115 (240) Politetrafluoroetileno -97 (-140) 327 (620) Polietileno (alta densidade) -90 (-130) 137 (279) Polipropileno -18 (0) 175 (347) Nylon 6,6 57 (135) 265 (510) Poliéster (PET) 69 (155) 265 (510) Cloreto de Polivinila 87 (190) 212 (415) Poliestireno 100 (212) 240 (465) Policarbonato 150 (300) 265 (510) 2. PROPRIEDADES DOS POLÍMEROS 2.1 Propriedades Mecânicas As propriedades mecânicas dos polímeros são especificadas através de muitos dos mesmos parâmetros usados para os metais, isto é, o módulo de elasticidade, o limite de resistência à tração e as resistências ao impacto e à fadiga, sendo que para muitos polímeros, utiliza-se de gráficos tensão-deformação para a caracterização de alguns destes parâmetros mecânicos. Os comportamentos típicos tensão-deformação dos polímeros são mostrados na figura 3. A curva A ilustra o comportamento de polímeros frágeis, que apresentam ruptura no trecho elástico. A curva B apresenta comportamento semelhante a aquele encontrado em materiais metálicos e caracteriza o trecho inicial elástico, seguido por escoamento (limite de
  • 9. Escola Politécnica da Universidade de São Paulo – PCC 5726 – Princípios da Ciência dos Materiais Aplicados aos Materiais de Construção Civil – Prof. Dr. Antonio Domingues de Figueiredo e Prof. Dr. Vahan Agopyan Polímeros – Propriedades, Aplicações e Sustentabilidade na Construção Civil 9 escoamento σ1) e por uma região de deformação plástica até a ruptura à tração (limite de resistência à tração LRT) que pode obter valores maiores ou menores que o limite de escoamento. A curva C é totalmente elástica, típica da borracha (grandes deformações recuperáveis mesmo sob pequenos níveis de tensão) e é característica da classe dos Elastômeros (Callister, 2002). Figura 3 - Comportamento tensão-deformação para polímeros (Callister, 2002). Apesar do comportamento mecânico parecido, os polímeros podem ser, em alguns aspectos, mecanicamente diferentes dos metais, como por exemplo, em relação ao módulo de elasticidade, limite de resistência à tração e alongamento, sendo que as diferenças encontram-se expressas na tabela 3 a seguir (Callister, 2002). Tabela 3 - Comportamento mecânico Metais x Polímeros. Propriedade Metais Polímeros Módulo de Elasticidade 7 MPa a 4 GPa 48 a 410 GPa Limite de resistência à tração 100 MPa 4,1 GPa Alongamento 100% 1000% 0 1 2 3 4 5 6 7 10 20 30 40 50 60 A B C Tensão (MPa) Deformação σσσσ1 LRT
  • 10. Escola Politécnica da Universidade de São Paulo – PCC 5726 – Princípios da Ciência dos Materiais Aplicados aos Materiais de Construção Civil – Prof. Dr. Antonio Domingues de Figueiredo e Prof. Dr. Vahan Agopyan Polímeros – Propriedades, Aplicações e Sustentabilidade na Construção Civil 10 2.2 Propriedades Térmicas Além das propriedades térmicas que caracterizam os polímeros como termopláticos ou termofixos e das transições térmicas dos polímeros, pontos importantíssimos na escolha dos materiais adequados para a aplicação como materiais de engenharia, citados nos itens anteriores, destacam-se a baixa condutividade térmica e altos coeficientes de dilatação térmica linear quando comparados a materiais não poliméricos, quatro a cinco vezes maiores, da ordem de 0,2 a 2,3x10-4 ºC-1 (Mano, 2000). 2.3 Propriedades Óticas A principal propriedade ótica a ser considerada neste trabalho é a transparência, apresentada por polímeros amorfos ou com muito baixo grau de cristalinidade, quantitativamente expressa pela transmitância (razão entre a quantidade de luz que atravessa o meio e a quantidade de luz que incide perpendicularmente à superfície, podendo alcançar até 92% nos plásticos comuns). Materiais poliméricos muito cristalinos tornam-se translúcidos ou semitransparentes, ou mesmo opacos. 2.4 Resistência a Intempéries e Ações Químicas As características mecânicas dos polímeros são muito sensíveis à natureza química do ambiente, ou seja, na presença de água, oxigênio, solventes orgânicos, etc. (Callister, 2002). Dentre as propriedades químicas mais importantes estão a resistência à oxidação, ao calor, às radiações ultra-violeta, à água, a ácidos e bases, a solventes e reagentes (Mano, 2000), conforme descrito a seguir: Oxidação: Resistência aumenta em macromoléculas apenas com ligações simples entre átomos de carbono. Ex: PE, PP. Resistência é menor particularmente em borrachas rompendo as cadeias e na presença de ozônio. Ex: devido a centelhas elétricas nas imediações de tomadas se forma ozônio. Calor: Resistência é maior abaixo da temperatura de transição vítrea. Resistência é menor frequentemente com a presença de oxigênio pela ruptura das ligações covalentes dos átomos nas cadeias macromoleculares. Ex: PVC.
  • 11. Escola Politécnica da Universidade de São Paulo – PCC 5726 – Princípios da Ciência dos Materiais Aplicados aos Materiais de Construção Civil – Prof. Dr. Antonio Domingues de Figueiredo e Prof. Dr. Vahan Agopyan Polímeros – Propriedades, Aplicações e Sustentabilidade na Construção Civil 11 Raios Ultra-Violeta: Resistência é menor em macromoléculas com dupla ligação entre átomos de carbono. Ex: Fissuras e rachaduras com a fragmentação do PP ou LDPE, expostos à luz do sol. Umidade: Polímeros que absorvem água sofrem alteração de volume, podendo aumentar o peso do material. Resinas fenólicas, por exemplo, no caso de cura incompleta dos laminados, incham, mudam de tamanho e sofrem delaminação. Ácidos: O contato com ácidos em geral, em meio aquoso, pode causar a parcial destruição das moléculas poliméricas. Ex: Resinas melamínicas e produtos celulósicos sofrem alteração em meio ácido mesmo diluído. Bases: Soluções alcalinas, usualmente aquosas, em maior ou menor concentração, são bastante agressivas a polímeros cuja estrutura apresente certos agrupamentos como carboxila, hidroxila, fenólica e éster. Ex: Resinas fenólicas e epoxídicas. Solventes e Reagentes: Quando as moléculas do solvente são mais afins com as do polímero do que com elas próprias, podem penetrar entre as cadeias macromoleculares, gerando interações físico-químicas. Forças inter-moleculares como pontes de hidrogênio, ligações dipolo-dipolo ou mesmo forças de Van der Waals, permitem a dispersão, a nível molecular, dos polímeros, isto é, sua dispersão. 3. PRINCIPAIS APLICAÇÕES DOS POLÍMEROS NA CONSTRUÇÃO CIVIL Nas últimas décadas, os polímeros têm sido cada vez mais solicitados na Construção Civil, e de forma concomitante, a eficiência desses materiais está invadindo os projetos de edifícios, buscando substituir materiais considerados até então, de maior nobreza como o aço, a madeira, o barro e o concreto na execução das obras. Para ter-se idéia da importância dos polímeros (plásticos) na construção civil, estes materiais detêm seu segundo maior mercado neste setor, perdendo apenas para o de embalagens, quanto à utilização como matéria-prima. Neste capítulo são apresentados os componentes construtivos e seus subsistemas, acentuando-se as características e propriedades dos mesmos e dos polímeros com os quais foram obtidos e suas reações de polimerização.
  • 12. Escola Politécnica da Universidade de São Paulo – PCC 5726 – Princípios da Ciência dos Materiais Aplicados aos Materiais de Construção Civil – Prof. Dr. Antonio Domingues de Figueiredo e Prof. Dr. Vahan Agopyan Polímeros – Propriedades, Aplicações e Sustentabilidade na Construção Civil 12 3.1 Instalações hidráulicas prediais A qualidade das instalações hidráulicas prediais, no seu conceito mais amplo, é fundamental para a qualidade da edificação como um todo. O usuário final deseja que a instalação hidráulica predial possa suprir as suas necessidades com baixo custo, durabilidade, manutenção fácil e barata. Por outro lado, o construtor ou o empreendedor de uma edificação deve procurar componentes e sistemas com qualidade, baixo custo, facilidade de execução e também de manutenção. (Manual OPP/TRIKEM, 1998, p. 08). Os polímeros podem ser usados para instalações prediais de água, esgoto sanitário e captação e condução de águas pluviais. Em instalações hidráulicas prediais de água, há uma utilização cada vez maior dos seus componentes produzidos em polímeros. No caso do PVC (poli cloreto de vinila), segundo o manual TRIKEM (1988), é utilizado basicamente para a condução ou manuseio de água à temperatura ambiente e no caso da condução de água quente são indicadas às tubulações de CPVC (poli cloreto de vinila clorado), semelhante ao PVC, porém com maior estabilidade em relação à água quente. As tubulações baseadas em PVC são indicadas para aplicações em edificações residenciais, comerciais e industriais. Segundo ACETOZE (1996), e VANDERGORIN (1987) as características dos componentes, em PVC, são que estes possuem juntas estanques (soldadas ou rosqueadas), tem menor custo de material e de mão-de-obra em relação aos materiais tradicionalmente utilizados, são resistentes à corrosão, a lisura das paredes internas resulta em maior velocidade do fluxo e menos formação de depósito, não são condutores de eletricidade, coeficiente de expansão térmica muito maior que outros matérias, são praticamente imunes ao ataque de bactérias e fungos, possuem densidade menor que materiais tradicionais como cerâmica e ferro galvanizado. 3.2 Instalações elétricas Dentre os componentes elétricos, podem ser citados os eletrodutos para a passagem de fios e cabos, internamente às paredes das construções; perfis para instalações elétricas aparentes; fios e cabos com isolamento; e componentes terminais da instalação (caixas, espelhos, tomadas, interruptores e outros). Estes componentes elétricos são bastante difundidos por permitir um bom isolamento elétrico e por minimizar os efeitos de curto circuito originados dos fios descascados. Há ainda, os dutos e subdutos responsáveis pela passagem de calor.
  • 13. Escola Politécnica da Universidade de São Paulo – PCC 5726 – Princípios da Ciência dos Materiais Aplicados aos Materiais de Construção Civil – Prof. Dr. Antonio Domingues de Figueiredo e Prof. Dr. Vahan Agopyan Polímeros – Propriedades, Aplicações e Sustentabilidade na Construção Civil 13 Os polímeros mais largamente empregados para confecção destes materiais são: PVC (poli cloreto de vinila), PS (poliestireno), PE (polietileno), PP (polipropileno), PPO (polióxifenileno) e o PCTFE (politrifluorcloroetileno). O PVC é o único polímero aplicado na produção de todos os componentes elétricos; enquanto que o OS é aplicado com maior constância em cabos elétricos; o PE e PP em isolamento de cabos elétricos; o PPO em relés e interruptores e o PCTFE em diversos componentes para equipamentos elétricos. Os fios são filamentos formados por um condutor e os cabos, formados por vários condutores. No caso destes componentes em PVC, podem ser utilizados em instalações elétricas, telefônicas, antenas de televisão e FM, localizados em edificações residenciais, comerciais e industriais e subestações transformadoras. Os eletrodutos poliméricos são destinados ao alojamento e proteção dos fios elétricos e podem ser rígidos ou flexíveis e possuem em comum a elevada resistência à compressão, o que permite que sejam embutidos em lajes, paredes e pisos. Os dutos e subdutos de PVC são utilizados em instalações subterrâneas de redes elétricas e de telefonia, ou seja, têm a função de proteger cabos e fibras óticas. Conforme já mencionado existem ainda outros componentes como os relés e interruptores normalmente confeccionados em PPO. Dentre as características dos polímeros empregados na confecção dos diferentes materiais apresentados podemos destacar segundo ACETOZE (1996) que são auto-extinguíveis, ou seja, se não houver presença de chama externa, o fogo se apaga naturalmente, em alguns casos o PVC pode ser tratado com aditivos resistentes a ação da luz solar para instalações de fiação externa, não sofrem corrosão e são imunes às composições das argamassas e concretos no caso dos eletrodutos, possuem baixa densidade, são bons isolantes elétricos, acompanham as acomodações do solo no caso dos dutos e subdutos. 3.3 Fechamento de fachadas – Esquadrias e portas Os perfis de esquadrias de PVC foram lançados na Alemanha entre 1955 e 1960 e atualmente representam uma parcela significativa das esquadrias vendidas nos mercados europeu e americano. As primeiras tentativas de produção e comercialização de esquadrias sintéticas, no Brasil, datam de meados da década de setenta quando ainda se importava o PVC, e a partir de 1979 inicia-se no Brasil a produção, em maior escala, das esquadrias de PVC, basicamente com tecnologia alemã e austríaca.
  • 14. Escola Politécnica da Universidade de São Paulo – PCC 5726 – Princípios da Ciência dos Materiais Aplicados aos Materiais de Construção Civil – Prof. Dr. Antonio Domingues de Figueiredo e Prof. Dr. Vahan Agopyan Polímeros – Propriedades, Aplicações e Sustentabilidade na Construção Civil 14 Atualmente o PVC domina 50% do mercado de esquadrias da Europa e supera os 30% nos EUA, sendo que no Brasil permanece estacionado na casa dos 5%. Segundo os fabricantes de esquadria de PVC a construção, em geral, vai demorar mais alguns anos até assimilar os benefícios desta tecnologia por dois motivos básicos: excesso de tradicionalismo e desconhecimento quanto à redução no consumo de energia elétrica, proporcionado pelo uso do PVC. A janela é um componente construtivo que pode ser discutido sob diversos pontos de vista, ou seja, para o arquiteto e projetista ela representa um elemento que corta a fachada, interrompe sistemas de divisórias ou tetos e requer detalhamento especial de suas interfaces em conjunto com estes sistemas. Na opinião do construtor, a janela é um elemento onde o funcionamento de vários matérias e componentes devem estar em harmonia, ou então, na opinião do usuário, a janela traz luz natural, ar fresco e uma vista do exterior. Em suma, independente de qualquer ponto de vista, a janela é um componente de fachada que filtra as condições externas para as internas e, ainda tem possibilidades de ser operável e oferecer certo grau de transparência à luz natural. Os parâmetros básicos para o comportamento das janelas são o bom desempenho durante o uso e a durabilidade ao longo do tempo. Estes fatores devem ser garantidos por um sistemático controle de qualidade, iniciado ainda na fase do projeto através da tipologia e do material que constituem a janela. A implantação de janelas de PVC no projeto e construção de edifícios tem sido realizada obedecendo a certas exigências da qualidade como segurança, habitabilidade, durabilidade e qualidade dos dispositivos complementares. Ao se comparar o custo de esquadrias fabricadas com materiais distintos, no caso o PVC e o alumínio, deve-se considerar determinados aspectos como o desempenho da esquadria; se a esquadria é fornecida com vidro e persiana; o custo de instalação da esquadria e do vidro, entre outros aspectos. A fabricação das portas de PVC baseia-se na mesma formulação utilizada para a fabricação de janelas em PVC rígido. Atualmente a porta sanfonada em PVC rígido é um produto bem sucedido devido à sua facilidade de limpeza, instalação e funcionamento, cujas funções são dividir e decorar os ambientes. Quando recolhidas ocupam pouco espaço e podem ser instaladas em paredes que já receberam acabamento. Ainda podemos citar as persianas e venezianas que são perfis que formam um sistema par escurecimento, proteção e resguardo dos ambientes que possuem caixilhos. As persianas são constituídas de cortinas rígidas ou semi-rígidas de PVC, que podem ser recolhidas. As venezianas são elementos fixados em perfis de janelas ou porta-balcão, fazendo parte integrante
  • 15. Escola Politécnica da Universidade de São Paulo – PCC 5726 – Princípios da Ciência dos Materiais Aplicados aos Materiais de Construção Civil – Prof. Dr. Antonio Domingues de Figueiredo e Prof. Dr. Vahan Agopyan Polímeros – Propriedades, Aplicações e Sustentabilidade na Construção Civil 15 do caixilho. É muito comum mesclar o uso de PVC com outros materiais nas venezianas como o alumínio. 3.4 Fechamento de coberturas – Telhas As telhas plásticas utilizadas atualmente, são as telhas de PVC rígido, aplicadas em combinação com outros tipos de telhas; além das telhas de policarbonato, fibra de vidro e plipropileno, fabricadas no Brasil. No caso das telhas de PVC, podem ser utilizadas em edificações residenciais, comerciais e industriais, mas são especialmente indicadas para locais onde se deseja a passagem de luz natural, diminuindo assim a necessidade de luz artificial, durante o período diurno. Essa aplicação só é possível graças às propriedades do PVC neste caso de apresentarem-se translúcidos ou opacos, com grande resistência química e apresentarem boa absorção acústica e térmica. As telhas de fibra de vidro, também chamadas de fiberglass ou vitrofibra, e com sigla GRP ou RP, é na verdade um material que combina fibras de vidro e resina, ou seja, as fibras de vidro reforçam um laminado de poliéster conferindo-lhe ótimas propriedades. As características das telhas de fibra de vidro são baixo peso, permitindo fácil manuseio na aplicação e economia no transporte; alta resistência mecânica; boa resistência química; menor custo de acabamento; boa resistência a fortes intempéries, dispensa manutenções e oferece facilidade de reparos, no caso de danificação de uma estrutura. Essas telhas são caracterizadas por serem totalmente translúcidas, sendo projetadas para diversas funções como iluminação zenital, cobertura, divisão, decoração ou fechamento de ambientes. As telhas de polipropileno (PP) fazem parte de uma nova tecnologia que está sendo produzida em coberturas a partir de polímeros, e que consiste num sistema de módulos com encaixes, formadas por agrupamentos de até seis telhas de PP, reproduzidas com o mesmo design de telhas tradicionais. O acrílico (polimetacrilado de metila) apresenta grandes vantagens em suas características como a excelente transparência (transmite 90% da luz incidente), boa resistência a intempéries, mesmo sem estabilizantes, funcionamento contínuo até 75°C, não estilhaça, é brilhante e apresenta coeficiente de dilatação elevado. Entretanto o acrílico apresenta combustibilidade. Entre os grandes projetos de coberturas acrílicas podemos citar a cobertura da Expo Mundial do Canadá, e a cobertura da Estação Rodoviária de São Paulo.
  • 16. Escola Politécnica da Universidade de São Paulo – PCC 5726 – Princípios da Ciência dos Materiais Aplicados aos Materiais de Construção Civil – Prof. Dr. Antonio Domingues de Figueiredo e Prof. Dr. Vahan Agopyan Polímeros – Propriedades, Aplicações e Sustentabilidade na Construção Civil 16 O PC (policarbonato) apresenta uma séria de vantagens como ótima resistência mecânica a fluência e ao impacto (250 vezes maior que o vidro e 30 vezes maior que o acrílico) boa resistência à deformação, mesmo com altas temperaturas (até 140°C), bom isolamento elétrico, não propaga chama, e boa resistência química. Graças a estas propriedades, o PC tem ganhado destaque nos últimos anos dentro do setor de construção civil. 3.5 Pisos, Revestimentos e Forros Os pisos vinílicos são materiais produzidos a partir do PVC e apresentados no mercado através de placas, pisos semiflexíveis ou mantas que são adaptados para aplicação em qualquer ambiente interno como residências. De acordo com SIMÕES E LEITE (1997), o piso vinílico é composto por resina de PVC ou de copolímeros de cloreto de vinila ou ambos, plastificantes, estabilizantes, aditivos, cargas inertes e pigmentos. No caso das mantas flexíveis pode haver a associação das mesmas a uma manta de fibra de vidro, que aumenta a estabilidade dimensional do produto. Na categoria dos pisos semiflexíveis, há ainda ladrilhos que podem ser constituídos por fibra de amianto. Os pisos vinílicos podem apresentar as características interessantes, tais como: oferecem facilidade, economia e rapidez na sua aplicação, são versáteis, podendo ser aplicados em diferentes ambientes, resistência comprovada com relação à dureza e impacto, boa resistência a agentes químicos com bases, sais e ácidos. Podemos ainda mencionar os papéis de parede confeccionados em PVC. As características mais importantes de um papel de parede em PVC na opinião de ACETOZE (1995) são: a capacidade de suportar a lavabilidade, a estabilidade da cor, e a instalação fácil, rápida e econômica. Existem ainda com menos freqüência às telas em vinil, confeccionadas a partir de uma base de tela de algodão recoberto com película de PVC, com espessura de 0,10 mm e gramatura de 175 g/m2. São produtos de última geração e apresentam boa resistência à ação mecânica, são laváveis e mantêm-se inalterados com o passar do tempo. O forro pode ser descrito como uma barreira utilizada no interior das edificações, entre a cobertura e os ambientes, com uma diversidade de funções como acabamento interior, isolamento térmico, absorções sonoras, delimitação espacial e ocultação de redes de instalação. Os painéis mais utilizados são os de gesso, fibras vegetais, resinas sintéticas (principalmente PVC e acrílico), de madeira e de metal. Entre as propriedades dos polímeros utilizados na confecção de painéis para forro de teto podemos destacar a instalação mais limpa e
  • 17. Escola Politécnica da Universidade de São Paulo – PCC 5726 – Princípios da Ciência dos Materiais Aplicados aos Materiais de Construção Civil – Prof. Dr. Antonio Domingues de Figueiredo e Prof. Dr. Vahan Agopyan Polímeros – Propriedades, Aplicações e Sustentabilidade na Construção Civil 17 eficiente, a facilidade de limpeza, a baixa densidade, o ótimo isolamento acústico e elétrico, e um bom desempenho térmico devido às cavidades internas que formam vazios de ar. 3.6 Tintas e vernizes Por muitos séculos as tintas foram usadas apenas por seu aspecto estético. Mais tarde quando foram introduzidas em paises onde as condições climáticas eram mais severas, passaram a ser elaboradas dando importância ao aspecto proteção. De maneira simplista podemos afirmar que as tintas são uma composição líquida, geralmente viscosa, constituída de um ou mais pigmentos dispersos em um aglomerante líquido, que ao sofrer um processo de cura, quando estendida em película fina, forma um filme opaco e aderente ao substrato. Esse filme tem a finalidade de proteger e melhorar esteticamente às superfícies. Sendo assim podemos isolar quatro componentes principais da tinta: resina, pigmento, aditivo e solvente. A homogeneização destes componentes básicos resulta em um líquido viscoso que ao ser aplicado nas superfícies atua como um sistema de proteção, após a cura, contra o desgaste provocado por corrosão. No caso da construção, além de proteger as superfícies de paredes, muros, tetos, pisos, clarabóias, esquadrias, entre outros, contra diversas intempéries e ataques químicos, a tinta é também uma solução que envolve um acabamento bonito, durável e de baixo custo. As tintas base aquosa para alvenaria no Brasil são produzidas em sua grande maioria com emulsões acrílicas-estirenadas. Existem as emulsões acrílicas puras, as vinilacrílicas e os PVAs (poliacetato de vinila). Como importantes propriedades das tintas podemos citar um baixo módulo de elasticidade, uma grande resistência a intempéries, e ótima aderência ao substrato onde é aplicada. 4. SUSTENTABILIDADE DOS POLÍMEROS NA CONSTRUÇÃO CIVIL Atualmente está sendo dada muita ênfase à preservação e conservação do meio ambiente como forma de garantir um desenvolvimento sustentável. Entre os diversos danos causados ao meio ambiente, um está relacionado com os resíduos plásticos. Esses resíduos em geral, levam muito tempo para sofrerem degradação espontânea e, quando queimados, produzem gases tóxicos. Os polímeros correspondem a 8% em massa do resíduo sólido urbano e 20% em volume
  • 18. Escola Politécnica da Universidade de São Paulo – PCC 5726 – Princípios da Ciência dos Materiais Aplicados aos Materiais de Construção Civil – Prof. Dr. Antonio Domingues de Figueiredo e Prof. Dr. Vahan Agopyan Polímeros – Propriedades, Aplicações e Sustentabilidade na Construção Civil 18 deste mesmo universo segundo Agnelli (1996). Os tipos de polímeros mais encontrados entre os resíduos estão o poli(cloreto de vinila) (PVC), o poli(tereftalato de estireno) (PET), o polietileno de alta e baixa densidade (PEAD), o poli(propileno) (PP), e o poli(estireno) (PS). A fabricação de polímeros em 2002 foi destinada para: embalagens (39,73%), construção civil (13,67%), descartáveis (11,55%), componentes técnicos (8,04%), agrícola (7,67%), utilidades domésticas (4,72%), outros (14,62%). Sabemos que 16,5% dos plásticos rígidos e filme, consumidos no Brasil, retornam à produção como matéria-prima, o que equivale a cerca de 200 mil toneladas por ano. Deste total, 60% provêm de resíduos industriais e 40% do lixo urbano, segundo estimativa da ABREMPLAST (Associação Brasileira de Recicladores de Materiais Plásticos). Embora a indústria de embalagem seja a maior produtora de resíduos poliméricos encontrados dentro dos resíduos sólidos urbanos, a construção civil vem encontrando espaços para reutilização de materiais poliméricos provenientes de outras indústrias. É o caso do (PET) que depois das roupas, as garrafas usadas agora viram insumo para tintas, e até inusitado tubo para esgoto predial, além de revestimento. Variedade de plástico mais procurado para revalorização, o PET descobre novas vocações num ritmo acelerado. Consolidado em diversos segmentos de mercado, o de vestuário inclusive, o PET reciclado avança agora na fabricação de tintas, tubos, pisos e revestimentos. Estes estudos ainda são recentes, e carentes de resultados comparativos entre materiais já consagrados no mercado e utilizados para a mesma finalidade. Entretanto, no caso da produção de tubos para esgoto predial, já existem empresas que detêm conhecimento e técnicas para fabricação deste componente a partir de (PET) reciclado, e que atendam as exigências encontradas na norma brasileira NBR 5688-99. Outras oportunidades de reciclagem vêm sendo exploradas dentro da construção civil, como a estudada pelo professor D’Abreu da Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro, que pretende substituir a areia utilizada na construção civil pelo plástico triturado. Segundo o professor D’Abreu, as primeiras experiências nesse sentido são promissoras. O principal motivo para se adotar de vez a prática da reciclagem, na opinião de D’Abreu, é a causa ecológica. "O plástico, por exemplo, vem do petróleo e a areia que pretendemos substituir é tirada dos leitos dos rios. Com isso, a natureza é menos agredida", ensina. Existem ainda empresas que se preocupam com a reutilização dos resíduos gerados pelos seus produtos no mercado, como é o caso da Tetra Pak, que recebeu o prêmio Valor Social do ano de 2004 por um projeto chamado “Embalagens longa vida viram telhas para construção civil”.
  • 19. Escola Politécnica da Universidade de São Paulo – PCC 5726 – Princípios da Ciência dos Materiais Aplicados aos Materiais de Construção Civil – Prof. Dr. Antonio Domingues de Figueiredo e Prof. Dr. Vahan Agopyan Polímeros – Propriedades, Aplicações e Sustentabilidade na Construção Civil 19 O PVC, um dos polímeros mais utilizados dentro da construção civil, principalmente para a fabricação de tubos e conexões hidráulicos para instalações prediais, também é passível de reciclagem, embora este polímero não gere volumes grandes de resíduo. Os resíduos de PVC representam em média 0,8% do peso total do lixo domiciliar. Isso ocorre porque o PVC é mais utilizado em produtos de longa duração, como tubos e conexões, fios e cabos para a construção civil segundo o Instituto do PVC. O PVC reciclado tem diversas aplicações. É utilizado na camada central de tubos de esgoto, em reforços para calçados, juntas de dilatação para concreto, perfis, cones de sinalização, etc. Embora seja muito importante utilizarmos materiais reciclados dentro da construção civil, um estudo de sustentabilidade do material envolve mais do que isto. Precisamos estar preocupados com a durabilidade do material, os impactos causados pela sua extração do meio ambiente, e sua industrialização. Podemos dizer que o ciclo de vida deste material é muito importante quando pretendemos compara-lo a outros materiais. Em algumas aplicações, a utilização dos polímeros apresenta enormes vantagens a materiais mais tradicionais por sua durabilidade. Este é o caso do PVC. Segundo o Instituto do PVC este polímero apresenta ciclos de vida útil longos, que estão associados às suas aplicações. Podem ser divididos da seguinte forma: 12% dos produtos têm vida útil de até 2 anos, como as embalagens; 24% de 2 a 15 anos, como produtos utilizados na indústria automobilística e 64% de 15 a 100 anos, como produtos da construção civil. Quando aplicado em tubos e conexões, apresenta uma vantagem em relação aos tubos de aço galvanizado, porque não são passíveis de oxidação. Como se encontram normalmente protegidos pela estrutura dos imóveis, estão livres das ações das intempéries o que prolonga suas características por muitos anos. Não podemos esquecer que o PVC, dentre todos os materiais usados na fabricação de esquadrias e portas é o único que não necessita de camada de proteção frente aos ambientes agressivos. O alumínio necessita de uma camada de anodização, a madeira precisa ser envernizada e o ferro precisa de pintura. Os sistemas de pintura aplicados na madeira e no metal para garantir sua preservação e durabilidade são, em geral, à base de solvente, e levam para a atmosfera materiais voláteis, prejudiciais a natureza e a nossa saúde, como é o caso do xileno ou da águarraz encontrados em muitas formulações. As tintas apresentam uma parcela de materiais poluentes em sua formulação, sendo os principais os solventes, coalescentes, plastificantes, e os biocidas, que são os materiais lixiviados para o ambiente com maior facilidade. Entretanto o polímero empregado na formação de filme das tintas não é um potencial gerador de impacto ambiental, considerando somente a aplicação do produto. Entretanto a aplicação da tinta gera um desperdício considerável nos canteiros de
  • 20. Escola Politécnica da Universidade de São Paulo – PCC 5726 – Princípios da Ciência dos Materiais Aplicados aos Materiais de Construção Civil – Prof. Dr. Antonio Domingues de Figueiredo e Prof. Dr. Vahan Agopyan Polímeros – Propriedades, Aplicações e Sustentabilidade na Construção Civil 20 obra. Os valores encontrados em pesquisas são médios, porque as faixas de variação entre canteiros são muito grandes. Entretanto a conscientização da mão de obra quanto à diminuição do desperdício de materiais é muito importante para a diminuição destes valores. Os materiais poliméricos aplicados em exterior podem ter sua durabilidade questionada. Uma vez que estão expostos a intempéries, estes materiais podem ter suas características estéticas afetadas, como brilho e cor, e também suas propriedades químicas e mecânicas como resistência ao impacto no caso das telhas. Embora estes polímeros sejam aditivados com estabilizantes, como é o caso do polipropileno empregado em telhas substitutivas às cerâmicas ou concreto, sua durabilidade pode ser inferior aos materiais tradicionais neste caso. Sua manutenção ou substituição mais constante pode gerar sérios impactos ambientais. Entretanto, uma consideração mais profunda deve levar em conta que estas coberturas são mais leves que as tradicionais e necessitam de uma estrutura mais esbelta o que gera menor extração de materiais do ambiente para a confecção dos telhados. Embora apresentadas diversas vantagens para utilização do polímero na construção civil, em relação à sustentabilidade do ambiente construtivo, uma preocupação deve ser a origem dos polímeros, que em sua grande maioria está no petróleo, uma fonte de matéria-prima não renovável. Esta preocupação já tem orientado algumas pesquisas, para fontes alternativas ao petróleo na geração de energia e obtenção de polímeros. Hoje em dia já existem tecnologias desenvolvidas para produção de alguns monômeros importantes como o estireno e ácido acrílico através de fontes renováveis como o álcool etílico, a sintetização do bagaço de cana e do óleo de mamona. Esta preocupação aumenta à medida que o petróleo torna-se cada vez mais escasso no mercado, as reservas mundiais diminuem, e o consumo aumenta. Entretanto o petróleo continuará sendo a principal fonte de matéria-prima para geração de polímeros por muitos anos. 5. CONCLUSÕES Desde as primeiras aplicações de materiais poliméricos pelo homem, o avanço no campo da pesquisa e também das tecnologias de processamento dos mesmos, permitiu que os polímeros fossem empregados em diversos segmentos da indústria, aproveitando-se de suas propriedades, e adequando-as às necessidades de cada aplicação. Na indústria da construção civil este avanço permitiu, entre outras coisas, a substituição de materiais clássicos como o vidro e a madeira, exibindo, à primeira vista, a promessa de diminuição do impacto ambiental gerado pela extração destes produtos naturais. Por outro lado,
  • 21. Escola Politécnica da Universidade de São Paulo – PCC 5726 – Princípios da Ciência dos Materiais Aplicados aos Materiais de Construção Civil – Prof. Dr. Antonio Domingues de Figueiredo e Prof. Dr. Vahan Agopyan Polímeros – Propriedades, Aplicações e Sustentabilidade na Construção Civil 21 muitos polímeros são gerados a partir de outras fontes naturais, como o petróleo, que também constitui uma fonte de matéria prima não renovável, sendo que a maioria dos produtos naturais, desde que extraídos de forma sustentável, podem ser plenamente renováveis. A possibilidade de pré-fabricação dos componentes produzidos com materiais poliméricos permite a diminuição do desperdício e geração de resíduos no canteiro. No entanto, na posição de segundo maior consumidor de materiais poliméricos no mundo, com aproximadamente 13,5% desta quantidade destinada à construção civil, não se deve desconsiderar a geração de resíduos, uma vez que não se tratam, em geral, de materiais biodegradáveis. Mesmo assim, demonstra-se que é completamente possível a reciclagem de boa parte destes resíduos sem perda das características iniciais dos materiais poliméricos, ressaltando a possibilidade de total reaproveitamento dos mesmos, entretanto, o processo de reciclagem dos polímeros é o mais caro, pois envolve seleção do material. Finalmente, conclui-se que os polímeros constituem uma fonte importantíssima de materiais para a solução de problemas técnicos de projeto mas sua aplicação deve ser orientada de forma sustentável, coexistindo com soluções a partir de materiais naturais de forma a permitir o equilíbrio do meio ambiente.
  • 22. Escola Politécnica da Universidade de São Paulo – PCC 5726 – Princípios da Ciência dos Materiais Aplicados aos Materiais de Construção Civil – Prof. Dr. Antonio Domingues de Figueiredo e Prof. Dr. Vahan Agopyan Polímeros – Propriedades, Aplicações e Sustentabilidade na Construção Civil 22 6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS CALLISTER Jr., William D. Ciência e Engenharia dos Materiais – Uma Introdução. LTC – Livros Técnicos e Científicos S.A. Rio de Janeiro, 2002. CANEVAROLO Jr., Sebastião V. Ciência dos Polímeros – Um Texto Básico para Tecnólogos e Engenheiros. Artliber Editora. São Paulo, 2002. CARASCHI, José Cláudio; LEÃO, Alcides Lopes. Avaliação das Propriedades Mecânicas dos Plásticos Reciclados Provenientes de Resíduos Sólidos Urbanos. Botucatu, São Paulo, 2002. Disponível em: www.ppg.uem.br/Docs/ctf/Tecnologia/2002/02_156_02_Jose%20Caraschi_ Avaliacao%20das%20propriedades%20Resumo.pdf. Acesso em 26/03/2006. CHAVES, André Luiz de Oliveira. Os Polímeros Utilizados na Construção Civil e seus Subsídios. EESC - Escola de Engenharia de São Carlos, Dissertação de Mestrado. São Carlos, 1998. CONAMA - Conselho Nacional do Meio Ambiente. Disposições sobre resíduos na Construção Civil. HOLLAWAY, Leonard C. (Ed.). Polymers and Polymers Composites in Construction. London, 1990. INSTITUTO DO PVC. O PVC e o Meio Ambiente. Disponível em: http://www.institutodopvc.org/meioamb.htm . Acesso em 03/05/06. MANO, Eloísa Biasotto. Polímeros como Materiais de Engenharia. Editora Edgard Blücher Ltda. São Paulo, 2000. PUC – Pontifícia Universidade Católica. Concientização de trabalho através da reciclagem. Jornal da PUC, n. 90, junho, 1999. RETO, Maria Aparecida de Sino. O papel da reciclagem em tempos modernos. Revista Plástico moderno. Editora QD Ltda. pg 22, n. 374, 2005.
  • 23. Escola Politécnica da Universidade de São Paulo – PCC 5726 – Princípios da Ciência dos Materiais Aplicados aos Materiais de Construção Civil – Prof. Dr. Antonio Domingues de Figueiredo e Prof. Dr. Vahan Agopyan Polímeros – Propriedades, Aplicações e Sustentabilidade na Construção Civil 23 __________. PET abre o leque para novos usos. Revista Plástico Moderno. Editora QD Ltda. n. 372, 2004. SAUNDERS, K. J. Organic Polymer Chemistry. Chapman and Hall. London, 1973.