HDT e Vicat: Temperaturas que determinam o uso do produto!

Temperaturas: Deflexão Térmica e Amolecimento Vicat

Mas o que são essas temperaturas?!    

A temperatura de deflexão térmica é aquela na qual um material apresenta um decréscimo de suas propriedades mecânicas. Os ensaios que possibilitam a determinação dessa temperatura permitem que seja estabelecido um intervalo de aplicação no qual o polímero pode ser utilizado como um material rígido. A temperatura de amolecimento de um polímero está intimamente relacionada com transição vítrea para polímeros amorfos e semicristalinos, e com a temperatura de fusão, para polímeros cristalinos. A temperatura na qual o amolecimento é observado encontra-se, em geral, entre Tg e Tm, variando de acordo com o grau de cristalização de polímero.

Como determiná-las?

Os ensaios utilizados para estabelecer o limite superior de operação para produtos poliméricos são os ensaios de Temperatura de Deflexão Térmica (HDT) e o de Temperatura de Amolecimento Vicat. Em ambos os ensaios uma tensão constante é imposta ao material com o aumento linear da temperatura, controlada com o uso de um banho de óleo de silicone aquecido.

Ensaios Térmicos Temperatura-de-Deflexão-Térmica-(HDT)

Figura: Equipamento da AFINKO de Ensaios de HDT e Temperatura Vicat

O ensaio de HDT permite a obtenção da temperatura necessária para defletir uma barra polimérica quando uma tensão de flexão é imposta. Este ensaio é realizado sob tensões padronizadas por normas, que podem ser de 0,46 MPa ou 1,8 MPa e seu resultado permite a definição da temperatura máxima na qual um material pode ser utilizado quando tensionado em flexão. Alguns fatores como cargas ou plastificantes podem elevar o valor de HDT de um material.

O ensaio de temperatura de amolecimento Vicat difere do HDT na forma em que a amostra é solicitada. Neste ensaio um indentador de ponta plana com carga pré-definida deve penetrar a superfície da amostra até uma profundidade padronizada. Quando o indentador atinge a profundidade de 1mm, a temperatura é registrada. Neste ensaio, assim como no HDT, o aumento da temperatura é linear e as cargas utilizadas podem ser de 10N ou 50N, como especificado por normas. O ensaio permite a definição da temperatura de trabalho máxima que um material pode ser submetido quando solicitado sob compressão.

 

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M. AKAY – Introduction to polymer science and technology. v. 19.

M. BIRON – Thermoplastics and Thermoplastic composites – Technical Information for Plastics Users.

Transições Térmicas: Temperatura de Transição Vítrea (Tg)

A temperatura de transição vítrea está associada unicamente com a fase amorfa e é observada apenas em polímeros amorfos e semicristalinos.

 

No contexto dos polímeros e suas aplicações, o conceito de temperatura de transição vítrea (Tg) é uma das propriedades térmicas fundamentais e pode ser usada para distinguir duas categorias de polímeros: os plásticos e os elastômeros (borrachas). A temperatura de transição vítrea está associada unicamente com a fase amorfa dos polímeros e, portanto, é observada apenas em polímeros amorfos e semicristalinos.

Devido à complexidade estrutural dos poliméricos, a Tg não constitui uma temperatura única, mas sim um conjunto de temperaturas. Uma temperatura representativa deste conjunto é selecionada conforme a norma ASTM E1142-15, abaixo da qual um polímero se torna duro e frágil (estado vítreo) e acima da qual o mesmo polímero é macio (estado “borrachoso”).

Em termos experimentais, é acima da transição vítrea que o material se torna um líquido viscoso e escoa. É, por isso, essencial conhecer a temperatura de transição vítrea quando se pretende selecionar um polímero para uma determinada aplicação.

O que ocorre na Tg?

Para entender o que ocorre na temperatura de transição vítrea deve-se ter em mente que as propriedades físicas nos materiais poliméricos dependem da mobilidade da cadeia polimérica, ou seja, estão associadas a restrições nos graus de liberdade translacionais, rotacionais e vibracionais. Dessa forma, a medida que a temperatura diminui restringe-se a energia fornecida e consequentemente os movimentos moleculares.

Abaixo da Tg o material encontra-se em um estado vítreo em que sua energia interna não é suficiente para que ocorra o deslizamento de uma cadeia em relação à outra e, portanto, as cadeias moleculares não apresentam mobilidade e o material torna-se rígido. Com o aumento da temperatura, a energia fornecida ao material torna-se suficiente para que as cadeias da fase amorfa adquiram mobilidade. A transição vítrea se reflete macroscopicamente através de mudanças em vários tipos de propriedades, como por exemplo: capacidade calorífica, coeficiente de expansividade térmica e propriedades viscoelásticas.

Como medir a Tg?

As temperaturas de transição vítrea podem ser medidas por meio das técnicas de Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC) ou Análise Térmica Dinâmico-Mecânica (DMTA). A análise de DSC é a técnica mais utilizada devido à facilidade de preparação de amostras e rapidez de realização, além de ser aplicável à materiais sólidos e líquidos. Este ensaio consiste em medir a quantidade de energia necessária para estabelecer o equilíbrio térmico entre uma amostra e um material inerte de referência.

Curva típica de DSC

Figura: Curva típica de DSC

A análise térmica dinâmico-mecânica baseia-se na medição do comportamento mecânico de um material em função da temperatura, frequência, tempo, tensão ou combinação desses parâmetros, para uma gama de temperaturas. Esse método apresenta bastante precisão, mas, devido à as diversas formas de ensaio possíveis (tração, flexão, etc), o valor de Tg obtido irá ser diferente para cada ensaio.

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Sebastião V. Canevarolo – Ciência dos polímeros.

Leni Akcelrud – Fundamentos da ciência dos polímeros.

Donald R. Askeland e Pradeep Prabhakar Phulé – The science and engineering of materials.

Anil Kumar e Rakesh K. Gupta – Fundamentals of polymer engineering, revised and expanded.

A cadeia produtiva dos polímeros em números

Saiba como gira a cadeia produtiva dos plásticos em números.

Agora que você já sabe como o produto plástico nasce – se não sabe, confere aqui – nós vamos mostrar em números as quantidades e valores dessa produção.

Para resumir e facilitar o entendimento, a cadeia será dividida entre a matéria prima, que são as resinas, e os setores consumidores de polímeros.

O quanto é parte das resinas poliméricas?

As resinas mais utilizadas em 2017 foram: polipropileno (PP), polietileno de alta densidade (PEAD) e o policloreto de vinila (PVC). Em termos de porcentagem são 21,6%, 13,6% e 13,6% respectivamente. Essas resinas estão presentes em diversos produtos do nosso dia dia como embalagens, encanamentos, sacolas plásticas, etc.

Além dessas temos também o polietileno de baixa densidade linear (PEBDL – 10,4%), o politereftalato de etileno (PET – 8,1%). Completando as 10 primeiras: Polietileno de baixa densidade (PEBD – 7,9%); plásticos reciclados (7,8%); plásticos de engenharia (6,6%); poliestireno (PS – 6,5%); Poliestireno expandido (EPS –  2,6%).

Dessas resinas tem-se que aproximadamente US$1,8 bilhões são provenientes de exportação de resinas termoplásticas. De importação, são US$1,6 bilhões. Para a produção de transformados de plástico nacional tem-se R$66,8 bilhões, sendo 5,8% (US$1,2 bilhão) para exportação.

Infográfico resinas de polímeros mais consumidas

Infográfico resinas mais consumidas – Fonte: Perfil 2017 ABIPLAST

 

Números dos setores consumidores de polímeros

O maior setor consumidor de plástico é o da construção civil com 25,2%, seguido dos alimentos com 18,6%. Artigos de comércio em atacado e varejo são 10%, seguidos se automóveis e autopeças com 7,7% e bebidas com 5,9%. Os dados ainda contam com produtos de metal (5,7%), Máquinas e equipamentos (5,7%), Móveis (4,6%), Perfumaria, higiene e limpeza (3,1%). Para finalizar a lista segue com: Papel, Celulose e impressão, agricultura, químicos, eletrônicos, têxteis e vestuários, farmacêutico e outros. Essa produção, em 2017, foi de 6,13 milhões de toneladas.

O consumo de transformados de plástico de todos os setores somados gira R$72,5 bilhões, sendo que 13,2% são de importação.

Além disso, estima-se que passam por reciclagem mecânica 550 toneladas por ano no Brasil, gerando em torno de 9820 empregos.

 

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ABIPLAST – Perfil 2017

Transições Térmicas: Temperatura de Fusão Cristalina (Tm)

A Temperatura de Fusão interfere diretamente no uso do material

A fusão acontece em uma faixa de temperatura

No contexto dos polímeros e suas aplicações, o conceito de temperatura de fusão cristalina (Tm) é a temperatura na qual ocorre a fusão dos cristalitos, em polímeros semicristalinos, ou seja, é o ponto médio de uma faixa de temperatura de aquecimento onde desaparecem as regiões cristalinas. Na prática, essa temperatura corresponde ao máximo da curva de calorimetria diferencial de varredura (DSC) na fusão do material polimérico.

De fato, a temperatura de fusão cristalina dos polímeros deve ser tratada como uma faixa de temperatura, uma vez que os polímeros semicristalinos são constituídos de cristais de diferentes tamanhos, ou seja, com o aumento da temperatura, esses cristais vão se fundindo gradativamente. Com o ensaio de DSC, é possível avaliar a faixa de temperatura de fusão cristalina, pois o volume específico irá aumentar rapidamente, definindo uma mudança termodinâmica de primeira ordem.

Ainda com o ensaio de DSC, é possível quantificar a fase cristalina dos polímeros, pois quanto maior a fração volumétrica de cristais presentes na amostra, mais a curva se difere da curva padrão de um polímero amorfo.

Curva típica de DSC tm Fusão

Figura: Curva típica de DSC

O que pode alterar a Tm?

Alguns fatores estruturais são capazes de afetar a temperatura de fusão dos cristais, tais como: a presença de grupos rígidos na molécula irá promover a rigidez do polímero, e consequentemente, sua Tm será maior. A presença de polaridade na molécula também irá aumentar a Tm. Isso acontece, devido ao fato de que ela aproxima as cadeias tornando as forças secundárias mais fortes.

Além disso, é muito importante conhecer as propriedades térmicas dos polímeros semicristalinos antes de selecioná-lo para uma determinada aplicação, pois a cristalinidade é alterada próxima à temperatura de fusão, e dessa forma, a resistência à tração, módulo elástico e rigidez do material diminuem, limitando a utilização do mesmo em altas temperaturas.

 

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Recomendamos:

Sebastião V. Canevarolo Júnior: Ciência dos polímeros.

Cristina T. Andrade: Dicionário de polímeros.

Silvio Manrich: Processamento de termoplásticos: rosca única, extrusão e matrizes, injeção e moldes.

Como é a Cadeia produtiva do plástico do começo ao fim?

Ou do petróleo ou de fontes alternativas para o nosso dia a dia. A incrível cadeia de produção dos plásticos de forma simples.

O que é uma cadeia produtiva?

Cadeia produtiva é uma sucessão de operações, ao longo das quais os produtos dessas sofrem algum tipo de transformação, até a formação do produto final.

Essas operações são integradas, com diversas unidades interligadas, desde a extração e manuseio da matéria-prima até a distribuição do produto.

Alguns autores adotam um conceito mais amplo, como Hélder Agostinho, da Association Française de Normalisation (AFNOR). Ele considera a cadeia produtiva como um encadeamento de modificações da matéria-prima, com finalidade econômica, que inclui desde a exploração dessa matéria-prima, em seu meio ambiente natural, até o seu retorno à natureza, passando pelos circuitos produtivos, de consumo, de recuperação, tratamento e eliminação de efluentes e resíduos sólidos.

E para o plástico? Como é?

Pensando na capacidade de reutilização, reciclabilidade e remodelagem, o plástico tem clara sinergia com a economia circular. Assim, é possível dividir, junto com outros conceitos, essa cadeia em 6 partes. São elas: Refino, 1ª Geração, 2ª Geração, 3ª Geração, Mercado consumidor e 4ª Geração.

No refino é onde acontece o craqueamento e a extração dos insumos. Para a produção de plásticos, são utilizadas diversas matérias primas, tanto de fontes alternativas de insumos e do petróleo. Como fontes alternativas de insumos tem-se como exemplo: ácido lático, cana-de-açúcar, milho, batata, beterraba, amido e caseína. Do petróleo são extraídos a NAFTA e os aromáticos.

Estes produtos são transformados em monômeros que constituem a 1ª Geração da cadeia. Por exemplo, da batata, beterraba, milho e cana-de-açúcar, consegue-se produzir o etanol que dará origem ao etileno. A NAFTA gera o etileno, propileno e o butadieno. E os aromáticos: benzeno, ciclohexona, para-xileno, tolueno e bisfenol-A.

Cadeira Produtiva Simplificada. Fonte: Perfil ABIPLAST 2017

Figura: Cadeira Produtiva Simplificada. Fonte: Perfil ABIPLAST 2017

Os monômeros por sua vez, através de bombas e reatores, realizam a síntese dos polímeros, que constituem a 2º Geração. Eles geram as resinas commodities como o polietileno (PE), o polipropileno (PP), o poliestireno (PS), o policloreto de vinila (PVC) e o politereftalato de etileno (PET). Algumas das fontes alternativas de insumos geram polímeros também, que são as resinas biodegradáveis. Nestas estão o polihidroxibutirato (PHB), poliácido lático (PLA), polihidroxibutirato (PVH) e outros. Ainda, produz-se os conhecidos plásticos de engenharia como as poliamidas (PA), policarbonato (PC), poliuretano (PU), o Acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS), entre outros.

Da indústria para o consumidor

A 3ª Geração irá transformar estes polímeros que estão em , em pellet ou até em solução, nos produtos finais. Estes podem ser os ‘tradicionais’ e alguns mais ‘complexos’. Como tradicionais temos as embalagens, talheres, copos, recobrimento de fio e etc. Como mais complexos temos o kevlar do colete à prova de balas, o policarbonato do ‘vidro’ dos faróis automotivos, as borrachas, dentre outros.

Estes são os produtos que estão no mercado consumidor. Os setores que mais consomem artigos plásticos são construção civil (25,2%), alimentos (18,6%) e artigos de comércio em atacado e varejo (10%).

Por fim, a 4ª Geração parte do consumidor final, onde há a separação entre recicláveis e rejeitos. Os recicláveis serão retrabalhados e voltarão para o mercado consumidor. E os rejeitos deverão ter disposição final ambientalmente adequada.

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Lignina – Um biopolímero subestimado com diversas aplicações

Das 70 milhões de toneladas de lignina produzidas pelo processo de polpação, apenas 2% tem uso em alto valor agregado.

Devido a uma maior conscientização sobre os problemas socioambientais e econômicos associados à utilização desenfreada de materiais oriundos de matéria-prima petroquímica, um grande enfoque tem sido direcionado à identificação e utilização de recursos renováveis como substitutos. Como uma das formas mais acessíveis de carbono renovável, a biomassa lignocelulósica tem sido reconhecida como uma das matérias-primas mais promissoras para substituir fontes fósseis na obtenção de produtos de alto valor agregado como combustíveis, químicos de plataforma, polímeros, entre outros.

A biomassa lignocelulósica possui três componentes principais: celulose, hemicelulose e lignina, em proporções variáveis de acordo com a espécie de planta. Os dois primeiros são polissacarídeos com estruturas e funções distintas e compõem entre 50-85% da massa. A lignina, sendo responsável por cerca de 15-30% da biomassa, é um heteropolímero reticulado e amorfo. Contém estrutura aromática com três monômeros fenilpropanoídicos (monolignóis) derivados do ácido cinâmico. Estes são conectados por ligações carbonos-carbono ou éter. As diferentes proporções de álcool cumarílico, coniferílico e sinapílico e das ligações produzidas entre eles determinam a estrutura final da macromolécula. Assim, existe uma enorme diversidade, o que torna a determinação da exata estrutura algo extremamente complicado. A figura apresenta os monômeros e uma estrutura parcial de lignina exemplificando os tipos de ligações possíveis dentro da estrutura.

Monômeros e Estrutura parcial de lignina

Figura: Monômeros e Estrutura parcial de lignina

 

Mais de 98% é queimado

A lignina é o segundo polímero natural mais abundante e é responsável por cerca de 30% da reserva de carbono na biosfera. Somado à isso, é uma das poucas, senão a única matéria-prima passível de escalonamento constituída de blocos de construção contendo unidades aromáticas, e mesmo assim, é altamente subutilizada. Estimativas apontam que dos 70 milhões de toneladas de lignina obtida nos processos de polpação, menos de 2% é isolada e utilizada em aplicações de alto valor agregado. Os outros 98% são queimados nas próprias usinas como combustível de baixo valor calórico.

Diversas possibilidades já foram estudadas para transformar as ligninas obtidas pelos processos industriais já existentes em produtos de valor agregado. Tentou-se a obtenção de lignosulfonatos para utilização como dispersantes e aditivos. Tentou-se também a obtenção de diversas moléculas pequenas como benzeno, xileno, cresol, fenol, vanilina, entre outros. Além de monômeros capazes de serem introduzidos na síntese de diversas classes de polímeros como poliuretanas, poliésteres, poliamidas aromáticas e resinas epóxi e fenólicas. Entretanto, atualmente a grande maioria dos processos conhecidos demanda muita energia. Além disso, é necessário também reagentes e condições reacionais que não permitem a obtenção destas moléculas de maneira viável.

Observando estes pontos, a Afinko Soluções em Polímeros desenvolve atualmente projetos relacionados à possibilidade de utilização destas ligninas obtidas junto aos processos de polpação, sem a necessidade de transformação posterior, como parte integrante de biocompósitos poliméricos. Isso permite o aproveitamento deste subproduto em uma aplicação mais nobre, e ao mesmo tempo incutindo diversos benefícios ao polímero como melhora em algumas propriedades mecânicas e térmicas, tornando-o mais ambientalmente amigável.

 


Nossas referências e indicações:

Berstis, L.  Radical Nature of C-Lignin

Nonaka, H. – Selective conversion of hardwood lignin into syringyl methyl benzofuran using p-cresol

Shuai L. – Formaldehyde stabilization facilitates lignin monomer production during biomass depolymerization.

Upton B.M. and Kasko A.M – Strategies for the Conversion of Lignin to High-Value Polymeric Materials: Review and Perspective

DSC: o que é e para que ela serve?

O que é DSC?

A técnica difundida como DSC (Differential Scanning Calorimetry), em português Calorimetria Exploratório Diferencial, pode ser definida como uma técnica que mede as temperaturas e o fluxo de calor associado com as transições dos materiais em função da temperatura e do tempo. Tais medidas fornecem informações qualitativas e quantitativas sobre mudanças físicas e químicas que envolvem processos endotérmicos (absorção de calor), exotérmicos (liberação de calor) ou mudanças de capacidade calorífica.

O método de ensaio consiste em aquecer ou arrefecer uma amostra a uma taxa controlada, sob ação de um gás de purga especifico com fluxo controlado, e monitoramento contínuo com dispositivo de detecção adequado para observar a diferença de entrada de calor entre o material de referência e um material de ensaio.

Para que serve?

Se trata de uma das técnicas mais importantes, utilizadas e difundidas para caracterização e identificação de Polímeros. Numa análise de DSC podem ser obtidas propriedades como:

Temperatura de transição vítrea (Tg)

Calor de fusão e de reação

Temperatura de fusão (Tm)

Capacidade calorífica (Cp)

Temperatura de ebulição (Te)

Estabilidade térmica e oxidativa

Temperatura (Tk) e tempo de cristalização

Grau de reticulação

Grau de cristalinidade

Cinética de reações

A técnica de DSC também pode ser utilizada para detecção de tensões congeladas em peças acabadas, contaminação e ou mistura de material, tempo de oxidação (OIT e OOT), algumas quantificações para mistura de materiais, etc.

Alguns fatores podem interferir diretamente no resultado final da análise são: taxa de aquecimento e resfriamento, gás utilizado, tipo de porta amostra, massa e forma da amostra, etc.

Uma curva típica de DSC pode ser observada a seguir:

Gráfico de uma análise DSC

Figura: Gráfico de uma análise DSC

 

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Para saber mais sobre outras análises ou sobre polímeros, acesse nosso bloghttp://afinkopolimeros.com.br/blog/

 


Nossas referências:

  • Análise térmica de materiais – Cheila Gonçalves Mothé e Aline Damico de Azevedo
  • ASTM D3418 -2105: “Standard Test Method for Transition Temperatures and Enthalpies of Fusion and Crystallization of Polymers by Differential Scanning Calorimetry”

Bioplásticos: Entenda de uma vez por todas!

Plásticos verdes, biopolímeros, bioplásticos, polímeros biodegradáveis e biobasedos…Entenda de uma vez por todas!

Tecnologias recentes têm sido direcionadas para a produção de materiais poliméricos menos agressivos ao meio ambiente. Hoje em dia o mercado de polímeros encontra uma situação de pleno crescimento, impulsionado pelas evoluções no mercado de “bioplásticos”. Todavia esta terminologia é um tanto quanto subjetiva, podendo ser interpretada muitas vezes de forma ambígua, sendo atrelada a duas classes de materiais com características distintas sendo:

  1.  Polímeros biodegradáveis;
  2.  Polímeros biobaseados, plásticos “verdes” ou mesmo bioplásticos.

Para garantir uma utilização correta destes termos, a União Internacional de Química Pura e Aplicada (IUPAC) publicou uma recomendação de terminologias para a área, sendo as mais importantes para a compressão deste tema destacadas na tabela abaixo.

 

Tabela – Recomendação da IUPAC sobre terminologias relacionadas a polímeros e suas aplicações.

Termo

Significado

Macromolécula

Molécula de alta massa molar feita com múltiplas repetições de pequenas moléculas

Biomacromolécula

Macromoléculas produzidas por organismos vivos

Polímero

Substância composta de macromoléculas

Biopolímero

Substância composta de biomacromoléculas

Biopolímero Sintético

Cópia de um biopolímero, feita pelo homem por rotas abióticas

Polímero Artificial

Polímero feito pelo homem que não seja um biopolímero

Biomassa

Sistemas vivos e coleções de substâncias orgânicas produzidas por sistemas vivos, exploráveis como materiais aplicados

Polímero Biobaseado

Composto ou derivado, total ou em parte, de produtos biotecnológicos derivados de biomassa

Bioplástico

Polímero biobasedo que pode ser moldado em alguma parte do processo

Polímero Biodegradável

Polímero que pode ser degradado pela ação do ambiente, como ar, luz, calor ou micro-organismos

Polímeros Biodegradáveis

Os polímeros biodegradáveis podem ser produzidos a partir de monômeros derivados tanto da indústria petroquímica como de materiais renováveis. Porém, apresentam uma estrutura passível de biodegradação, que pode ocorrer de maneira abiótica através da exposição à luz, umidade, vento e calor. Além disso, também pode ocorrer por rotas bióticas por ação de enzimas e micro-organismos, ou ambas. Esses materiais possuem uma estrutura química que permite uma rápida assimilação do material pelo meio ambiente, minimizando o impacto causado pelo descarte de plásticos. Quando exposto a agentes físicos e/ou comunidades microbianas de um determinado ambiente como, por exemplo, solo, lodo ou água, polímeros biodegradáveis e biopolímeros são biotransformados, podendo ser completamente mineralizados a CO2, H2O e outros compostos. Enzimas secretadas extracelularmente e/ou fenômenos como luz, calor e umidade atacam o esqueleto químico dos polímeros, levando a produtos de degradação de baixa massa molecular, que podem ser assimilados por células microbianas para serem usadas como fonte de carbono e energia. Pode-se correlacionar a capacidade de biodegradação com a existência de certos grupos funcionais de maior labilidade frente a hidrólise. Assim, de uma maneira geral poliésteres, poliamidas, poliuretanas, polianidridos, poliacetais e polímero com substituintes polares podem ser susceptíveis a processos de degradação, em diferentes faixas de tempo.

 

Bioplásticos

Os polímeros biobaseados, bioplásticos ou ainda “plásticos verdes” são aqueles que apresentam estrutura química similar aos compostos derivados de petróleo. Porém a matéria-prima utilizada para a fabricação deste material é total ou parcialmente proveniente de fontes renováveis, sendo o principal substrato a biomassa derivada de resíduos agroindustriais. A biomassa oferece uma fonte de carbono proveniente da biosfera como uma alternativa para o carbono fossilizado. Qualquer material biológico que cresça e esteja disponível pode ser classificado como biomassa, incluindo plantações, árvores, subprodutos animais e humanos, resíduos industriais e qualquer outro material biológico com capacidade de ser reabastecido em um curto espaço de tempo. Este material passa por uma ou mais etapas de transformação para a obtenção de pequenas “moléculas de plataforma”, que podem ser inseridas em processos industriais existentes sem necessidade de modificação da rota. O uso deste substrato como fonte de matéria-prima reduz a pegada de carbono e a emissão de gases nocivos, quando se considera que o material vegetal utilizado para obtenção do material de partida utilizou parte destes componentes, especialmente CO2, para seu desenvolvimento enquanto viva.

Entretanto, é importante salientar que uma vez produzido o polímeroverde”, eles apresentam os mesmos problemas relacionados com os polímeros petroquímicos convencionais no que tange a geração de resíduos e outros problemas. A própria definição de “biobaseado” (bio-based) da IUPAC ressalta que “um polímero biobaseado ou dispositivo polimérico não é necessariamente ambientalmente amigável, nem biocompatível, nem biodegradável, especialmente se possuir estrutura que remeta a polímeros baseados em petroquímicos”. Inclusive, o órgão recomenda a não utilização do termo bioplástico e sim o uso do termo biobaseado, uma vez que o nome bioplástico é uma terminologia enganosa pois sugere que qualquer polímero derivado de biomassa é ambientalmente amigável.

A figura abaixo ilustra as diferenças encontradas entre cada tipo de polímero, e seus principais representantes dentre os materiais conhecidos atualmente.

Tipos de polímeros produzidos industrialmente. Destaque biolplásticos

Figura: Tipos de polímeros produzidos industrialmente

 

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Os Plásticos no século XX: Uma breve história

A história dos plásticos começa substituindo materiais como marfim e a madeira.

 

Plásticos na primeira metade do século XX

Em 1900 surge a baquelite, o primeiro dos plásticos sintéticos comerciais, com o intuito de substituir o marfim dos elefantes, os cascos e os chifres bovinos. A baquelite está em uso até hoje, devido sua versatilidade e modernidade.

Durante os anos 30 houve dois desenvolvimentos impactantes para a indústria do plástico:

  • produção do Poliestireno (PS), polímeros acrílicos e o poli (cloreto de vinila) a partir do petróleo;
  • Moldagem por injeção tornou-se automática;

Com isso, os valores dos produtos foram reduzidos, tornando-os mais acessíveis para os consumidores e produtores. Um exemplo é o PMMA – Poli (metil metacrilato) (Acrílico) que começou a ser utilizado na produção de cabines de aeronaves e outras proteções.

Aeronave americana de 1940

Aeronave americana de 1940

Ainda nos anos 30, mais precisamente em 1938, o Nylon ® (Poliamida) foi inventado pelo químico Wallace Hume Carothers. Este foi a primeira fibra têxtil sintética produzida pelo homem de forma que, assim, o plástico entrava também no âmbito da moda, do estilo, da vaidade e da elegância na fabricação das meias-calças. Para se ter uma ideia, 64 milhões de meias-calças vendidas em apenas um ano.

Os plásticos foram pouco a pouco virando tendência na indústria têxtil. Nos anos 50, tecidos como poliéster, Nylon® e Lycra®, que eram fáceis de lavar, dispensavam a necessidade de passar roupa e tinham baixo custo, tornaram-se muito populares. Além disso, nos mesmos anos, houve um crescimento dos laminados decorativos, conhecidos como Formica®, muito populares em lanchonetes e restaurantes norte-americanos, somado a fabricação de utensílios domésticos a partir da resina melamina-formaldeído.

Plásticos na segunda metade do século XX

No início segunda metade do século XX, o plástico atinge seu ápice em móveis, lustres, utensílios, tecidos, acessórios, entre outros, ao ponto que tudo deveria ser de plástico colorido, chamativo, de formato exótico e acabamento perfeito. Por muitos anos, o plástico foi referência em estética, visual e bom gosto, devido ao seu apelo futurista e arrojado.

Concomitantemente ocorria a corrida especial em que os plásticos tornaram-se fundamentais na produção de componentes para naves espaciais, devido ao seu baixo peso e versatilidade.

Nos anos 70 e 80, os plásticos se inseriram mais ainda no dia a dia das pessoas. Passaram a ser utilizados em produtos como fitas k7 e VHS, máquinas fotográficas e aparelhos de som. Além disso, em 1988, os automóveis já contavam com 11% de plásticos na sua totalidade.

Fita VHS e aparelho de vídeo

Fita VHS e aparelho de vídeo

Embora os plásticos já fossem produtos um tanto quanto “maduros”, houve importantes desenvolvimentos na década de 90. Um exemplo é a criação de sofisticados filmes multicamadas extremamente finos e eficientes, proporcionando mais tempo de prateleira e frescor aos produtos. Somado a isso, com o aumento do engajamento no assunto de proteção ambiental, novas técnicas para reciclar e recuperar produtos plásticos foram desenvolvidas.

 

Em breve lançaremos uma pequena história do plástico no século XXI, seus avanços e perspectivas para o futuro.

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O que são 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, ligadas 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. Dependendo do tipo do 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 e Fibras.

Os polímeros podem ser divididos em muitas subclasses, pela utilização de critérios como origem, estrutura química, comportamento mecânico, etc. Por exemplo, podemos classificar os polímeros dividindo-os em naturais e sintéticos. Naturais ou biopolímeros, são aqueles sintetizados por organismos vivos, como lã, ceda, celulose, e etc. Até mesmo nosso DNA é um biopolímero, pois tem sua estrutura composta por dois polinucleotídeos dispostos no formato de dupla hélice que conhecemos.

Polímero - Estrutura do DNA: polinucleotídeos dispostos no formato de dupla hélice.

Figura1 – Estrutura do DNA: polinucleotídeos dispostos no formato de dupla hélice.

Já os sintéticos são aqueles sintetizados pelo homem a partir de matérias-primas obtidas da natureza. Geralmente são subdivididos em Termoplásticos, Termofixos, Elastômeros (borrachas) e Fibras. Tal subdivisão não é exclusividade dos polímeros sintéticos, sendo que os naturais também podem ser divididos nesses grupos. Os polímeros sintéticos podem ser encontrados numa ampla variedade de produtos. Entre os mais comuns estão o Polipropileno (cadeiras, mesas, embalagens, utensílios domésticos, para-choques e outras peças automotivas), Polietileno (embalagens e frascos, bombonas, caixas d’água, tubos, etc), e PVC (tubos e outras peças para construção civil, brinquedos, embalagens, etc). Além destes, podemos mencionar as Poliamidas, que possuem importante papel no segmento têxtil e de peças técnicas, em especial para o setor automotivo, o PET, muito utilizado em frascos e embalagens e o Teflon, utilizado como revestimento de panelas antiaderentes. Também podemos citar os polímeros de alto desempenho como as Poliaramidas, utilizadas em coletes a prova de balas. As Polisulfonas, em aplicações que requeiram boas propriedades em temperaturas elevadas. E o PEEK, utilizado em próteses ortopédicas.

Onde encontram-se os polímeros no nosso dia-dia?

É quase impossível imaginar alguma atividade realizada em nosso planeta que não envolva o uso de polímeros comerciais. Nossas roupas, embalagens, artefatos esportivos, utensílios domésticos e móveis possuem polímeros em sua constituição. Próteses ortopédicas, medicamentos e dispositivos médicos também. Além destes, máquinas agrícolas, automóveis, instrumentos musicais, aparelhos eletrônicos (computadores, celulares, máquinas fotográficas), e vários outros exemplos, são constituídos por polímeros.

De acordo com a American Chemistry Council, hoje os polímeros e seus compósitos representam 50% do volume de um veículo leve, porém apenas 10% de seu peso. Isso torna os carros mais leves e mais energeticamente eficientes, resultando em menores emissões de gases do efeito estufa. Além disso, os polímeros de alto desempenho permitem melhorar a segurança dos passageiros e uma maior versatilidade para a criação de novos designs. Por fim, muitos polímeros são recicláveis, causando menos impactos ambientais uma vez que retornam à cadeia produtiva.

Dessa forma, a tendência é que no futuro produtos fabricados a partir de polímeros estejam ainda mais presentes no nosso cotidiano. Ademais, as novas tecnologias de materiais e de processos, como por exemplo, polímeros biodegradáveis, reciclagem e impressão 3D, permitirão a fabricação de peças cada vez mais leves, de elevado desempenho e que não prejudiquem o meio-ambiente.

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Leitura Recomendada:
“Ciência dos Polímeros – Um Texto Básico Para Tecnólogos e Engenheiros.” Autor: Sebastião Vicente Canevarolo Júnior.