O que são borrachas?! São polímeros também?

São Paulo é o maior produtor de Borracha Natural do país.

Segundo a APABOR (Associação Paulista de Produtores e Beneficiadores de Borracha), o Brasil é considerado hoje como o maior produtor de borracha natural da América Latina. Foram produzidos, em 2017, mais de 180 mil toneladas de borracha natural. A borracha pode ser encontrada em pneus, chinelos, revestimentos de pisos, bexigas, dentre outros. Ainda em 2017, esse mercado movimentou R$590 milhões só no estado de São Paulo, que detém 58% do volume nacional.

Mas o que é a borracha?

O termo borracha é comumente utilizado como sinônimo de elastômero. Estes, por sua vez, são materiais poliméricos amorfos que apresentam propriedades elásticas à temperatura ambiente, que são obtidas após a reticulação (que basicamente é um processo que ocorre quando cadeias poliméricas são interligadas por ligações covalentes). Possui uma grande resistência à ruptura suportando grandes deformações. Além disso, são duros e frágeis à baixas temperaturas devido sua Tg ser baixa (em geral, abaixo de -40°C).

A propriedade mais interessante dos elastômeros é o comportamento elástico após deformação em compressão ou tração. É possível, por exemplo, esticar um elastômero até dez vezes o seu comprimento inicial, e após remoção da tensão aplicada, observar que ele voltará à forma e comprimento originais.

Detalhe das cadeias relaxadas e depois esticadas com aplicação de tensão na borracha.

Figura: Detalhe das cadeias relaxadas e depois esticadas com aplicação de tensão

Características comuns em borrachas

Existem diversos tipos de borrachas como: Borracha Natural (NR), Borracha Etileno-Propileno-Dieno (EPDM), Borracha Nitrílica (NBR), etc. Entretanto, elas possuem algumas características em comum:

  • Possuem cadeias moleculares longas;
  • São capazes de formar estruturas reticuladas tridimensionais, para que não haja movimentação livre e independente, melhorando a resistência à tração e a elasticidade.
  • As moléculas assumem alguma conformação estatisticamente ordenada quando são sujeitas a tensões de tração ou compressão. Quando essa tensão é removida, elas retomam a sua conformação aleatória.
  • São predominantemente amorfa à temperatura ambiente, para que a flexibilidade da cadeia não seja inibida pela cristalização. Isto remete à temperatura de transição vítrea, Tg, deve ser inferior a -40°C;
  • Possuem uma distribuição do peso molecular larga, para que possam ser processadas utilizando as máquinas convencionais.

Estas são algumas, porém existem mais.

O mundo dos elastômeros é muito vasto e interessante.
Em breve falaremos o por quê que materiais de borracha, como elásticos de dinheiro, ficam grudentos ou quebradiços. Fique atento ao nosso blog ou às nossas redes sociais.

Possui algum material de borracha e gostaria de testá-lo?
Entre em contato conosco para que possamos ajudar.

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Nós recomendamos:

HOFMANN W. – Rubber Technology Handbook.

BARLOW, FRED W. – Rubber Compounding – Principles, Methods and Technics.

Rubberpedia

Kevlar: O polímero mais resistente que o aço!

A resistência do kevlar é sete vezes maior que a do aço por unidade de peso

O Kevlar é um dos polímeros que mais salva vidas nos dias de hoje. Entretanto, encontramos ele não só o colete à prova de balas, mas em muitos outros produtos.

É um polímero pertencente ao grupo das poliaramidas devido a presença de anéis benzênicos e amida, que fica entre estes na estrutura polimérica. É obtido através da polimerização de adição do ácido tereftálico com p-benzenodiamina.

Estrutura química do Kevlar

Figura: Estrutura química do Kevlar

As incríveis propriedades do Kevlar

Além da incrível resistência mecânica e ao impacto (que permite não ser perfurado por uma bala), apresenta um elevado módulo elástico, uma boa resistência à corrosão, a ataque químico e baixo peso. Possui excelente resistência ao calor, isso é constatado devido ao fato que este só queima após ser exposto por 8 segundos a temperaturas acima de 1000°C.

Somado a isso, consegue manter suas propriedades mesmo em baixíssimas temperaturas. Mantem-se flexível e maleável em temperaturas de -195°C, onde fica ainda mais resistente.

Um pano mais resistente que o aço

Como este polímero poderia ser mais resistente que um aço sendo que pode até mesmo ser confundido com um pano?

Para se ter uma ideia, a resistência do kevlar é 7 vezes maior que a do aço por unidade de peso. Isso se deve devido ao fato de o kevlar ser diferente aos outros polímeros. Suas fitas poliméricas se atraem de tal maneira que formam camadas extremamente rígidas. Além disso, macroscopicamente, as fibras deste polímero absorvem e dissipam a energia de impacto, diminuindo a velocidade do objeto. Assim, devido a essa alta resistência, ele é capaz de suportar um projétil sem que ele rasgue.

Camadas de cadeias poliméricas de Kevlar

Figura: Camadas de cadeias poliméricas de Kevlar

Agora, uma outra pergunta: se é tão resistente, por que não o utilizar como componente estrutural na construção civil?
Essa impossibilidade vem do fato de que o kevlar apresenta baixa resistência à compressão, diferentemente do aço. A compressão é uma das maiores solicitações nas estruturas de construção.

Não serve só para parar balas

Além do seu uso mais conhecido, o kevlar possui muitas outras aplicabilidades devido as suas variações. A mais famosa é o Kevlar 29, usada nos coletes à prova de balas, mas também está presente nas pastilhas de freio e como substituto do amianto. É possível encontrar também nas roupas de proteção contra fogo.

Há também o Kevlar 49, muito mais resistente e menos maleável, encontrado em cascos de barcos e quadros de bicicletas.

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3 técnicas de cromatografia mais usadas em polímeros

Cromatografia permite a separação de uma mistura em componentes

Do grego: escrevendo em cores

A cromatografia é uma técnica analítica aplicada para a separação de misturas de componentes, muito utilizada nos mais diversos segmentos. A etimologia do vocábulo remete à duas palavras gregas, chroma e grafein, que juntas significam literalmente “escrevendo em cores”. Sua primeira aplicação, na primeira década do século XX, pelo botânico ítalo-russo Mikhail Tsvet, consistiu na separação de pigmentos de plantas. A técnica consiste na diluição da amostra em uma fase fluída, chamada de fase móvel, e posterior percolação através de uma segunda fase, denominada de fase estacionária. A interação diferencial das moléculas entre ambas as fases, bem como as características físico-químicas intrínsecas a cada molécula faz com que haja uma retenção diferencial de cada analito dentro do sistema, permitindo a separação dos constituintes individuais da amostra.

Cromatografia e polímeros

Existem diversas montagens experimentais desenvolvidas de acordo com as características de cada amostra e dos objetivos a serem alcançados, onde tanto as fases móveis como as fases estacionárias podem assumir estados como sólido, líquido e gasoso. Hoje em dia, podem se destacar três tipos com ampla aplicação na análise de polímeros envolvidos nos mais diversos segmentos como automotivo, construção civil, farmacêutica, cosméticos, alimentos, implantes, brinquedos, entre outros.

1) Gasosa

Na cromatografia gasosa (GC; Gas Chromatography) uma fase móvel em forma de gás empurra moléculas voláteis através de uma coluna contendo uma fase estacionária líquida ou sólida, realizando a separação por diferenças no ponto de ebulição a na interação diferencial dos compostos com a coluna. Esta técnica é ideal para análise de compostos orgânicos voláteis, permitindo a avaliação de pequenas moléculas como monômeros residuais, contaminantes voláteis (solventes e resíduos do processo e aplicação), aditivos e fragrâncias, entre outros.

Gráfico retirado de uma Cromatografia Gasosa - GC

Figura: Gráfico retirado de uma Cromatografia Gasosa – GC

2) Líquida de Alta Eficiência

A cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC; High Performance Liquid Chromatography), por sua vez, utiliza uma fase móvel líquida para transmitir moléculas solúveis por uma coluna contendo uma coluna com fase estacionária feita de partículas na escala micrométrica, sólida, porosa ou recoberta com líquidos impregnados, que permitem a separação através de diversos processos físico-químicos como partição, adsorção e interações eletrostáticas. Com esta técnica, é possível a análise de diversos componentes que não são acessíveis pela cromatografia gasosa, como moléculas polares, não-voláteis e/ou termicamente instáveis.

3) Permeação em Gel

Uma vertente da cromatografia líquida recebe atenção especial e é considerada uma terceira área: a cromatografia por exclusão de tamanho (SEC; Size-Exclusion Chromatography, também conhecida como cromatografia de permeação em gel ou GPC; Gel Permeation Chromatography), que realiza a separação através de materiais com poros de tamanhos variados. Ela é muito utilizada para determinação de parâmetros de massa molecular dos polímeros. É comum a presença de algum tipo de detector na saída da coluna cromatográfica, permitindo e observação dos compostos eluidos. Entre os mais utilizados, destaca-se os detectores de ionização por chama (FID), espectrometria de massas (MS), ultravioleta-visível (UV-Vis), índice de refração (RI) e espalhamento de luz (LS).

 

A Afinko Polímeros realiza ensaios de Cromatografia Gasosa Acoplada a Espectrometria de Massas (GC-MS), bem como Cromatografia Líquida Acoplada a Espectrometria de Massas (LP-MS). Atendemos diversas normas como: ASTM E260, ASTM D4747, VDA 277 e PV3341.

Solicite um orçamento: http://afinkopolimeros.com.br/servicos/ensaios-laboratoriais/ensaios-quimicos/#gc

 

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Nós recomendamos:

Theodore Provder – Chromatography of Polymers: Characterization by SEC and FFF.

Ann-Christine Albertsson e Minna Hakkarainen – Chromatography for Sustainable Polymeric Materials: Renewable, Degradable and Recyclable.

Lloyd R. Snyder, Joseph J. Kirkland e John W. Dolan – Introduction to Modern Liquid Chromatography.

Victor G Berezkin V.R. Alishoyev I.B. Nemirovskay – Gas Chromatography of Polymers.

Elena Uliyanchenko – Applications of Hyphenated Liquid Chromatography Techniques for Polymer Analysis.

6 plásticos (polímeros) mais consumidos no Brasil em 2017

Foram consumidas 6,5 milhões de toneladas de resinas poliméricas em 2017. Sabia agora quais são as mais consumidas, segundo a ABIPLAST.

 

1)     PE – Polietileno

Existem vários tipos de polietileno: Polietileno de Alta Densidade, Polietileno de baixa densidade linear, o de baixa densidade, dentre outros. Eles se diferem pela sua densidade e ramificações da cadeia. Somando todos, consumiu-se 31,9%. Ele é um termoplástico, constituído basicamente por carbono e hidrogênio.

Em geral, as características do polietileno são: inerte, atóxico, pouca estabilidade dimensional, fácil processamento e reciclável. Propriedades como resistência à tração e fadiga variam conforme no PE.

Suas principais aplicações são sacolas, embalagens, caixa d’água, baldes, dentre outros.

2)     PP – Polipropileno

O PP tem 21,6% do consumo total. O polipropileno é um termoplástico produzido a partir do gás propeno (ou propileno). Tem como principais propriedades o baixo custo, elevada resistência química, fácil moldagem e coloração, atóxico, alta resistência à fratura por flexão ou fadiga, boa estabilidade térmica e boa resistência ao impacto acima de 15ºC.

É extremamente reciclável. Tem como aplicações em embalagens, brinquedos, copos plásticos, seringas de injeção, autopeças, tupperware. Além disso, o PP tem grande afinidade com cargas e fibras.

3)     PVC – Policloreto de Vinila

O PVC corresponde à 13,6% do total. Ele não é 100% originado do petróleo devido a adição de cloro, sendo, então, formado basicamente por etileno e cloro. Sua polimerização ocorre através da reação de radicais livres de cloreto de vinila, podendo ser através da polimerização por suspensão, emulsão, solução ou em massa.

Uma das principais características deste termoplástico é ser naturalmente antichama. Isso ocorre pois, durante a queima do polímero, ocorre a liberação de HCl, que ocupa o lugar do ar por ser mais denso. Assim, a chama se extingue. Além disso, possui excelente resistência química, é atóxico e inerte. É isolante térmico, elétrico e acústico, impermeável a gases e líquidos e possui longa vida útil. É aplicado em tubos, forros, luvas, janelas, botas, capas para celular e etc.

4)     PET – Polietileno Tereftalato

Também conhecido como Polietileno Tereftalato, o PET, é um poliéster termoplástico e corresponde à 8,1%. É formado pela reação entre o ácido tereftálico e o etileno glicol.

Este material pode ser processado de diversas formas, assim como o PP e o PE. Por ser um material higroscópico, necessita de secagem por algumas horas. Caso essa secagem não ocorra, pode sofrer degradação. Suas principais características são: quimicamente inerte, alta resistência ao impacto e à tração, e excelentes propriedades de barreira a gases e odores.

Tem como principais aplicações: garrafas, embalagens, tecidos, fitas de arquear, telhas, entre outras.

5)     PS – Poliestireno

O PS, um termoplástico homopolímero resultante da polimerização do monômero de estireno, corresponde à 9,1%, sendo que destes, 2,6% são de poliestireno expandido (EPS).

Sua principal característica é a flexibilidade ou moldabilidade sob ação do calor, promovendo o fácil processamento. Além disso, possui baixo custo, é semelhante ao vidro, elevada resistência a ácidos e álcalis, e é reciclável. Possui baixa densidade, absorção de umidade, resistência à solventes orgânicos, calor e intempéries.

O PS é encontrado no isopor (EPS), isolante térmico, garrafa, copos, elementos aerodinâmicos, entre outros.

Copos de poliestireno (plástico)

Figura: Copos de poliestireno

 

6)     Plásticos de engenharia

Alguns autores definem os plásticos de engenharia como materiais estáveis que são utilizados com grandes esforços mecânicos, elétricos, térmicos, químicos e ambientais. Em geral apresentam alto módulo de elasticidade, boa resistência ao impacto, à tração e flexão. Possuem boa estabilidade dimensional a alta temperatura, resistência à degradação térmica e à oxidação. Boa resistência a reagentes e solventes. Eles correspondem à 6,6%.

Eles podem ser divididos em duas categorias: uso geral e uso especial. Os primeiros são, por exemplo: Polietileno de ulta alto peso molecular (PEUAPM), polióxido de metileno (POM), policarbonato (PC) e o náilon (poliamida alifática – PA). Os especiais: poli(tetrafluoro-etileno) (Teflon – PTFE), poli(éter-eter-cetona) (PEEK) e a poliftalamida (PPA). Não podemos deixar de citar o ABS (acrilonitrila butadieno estireno) e o SAN (estireno acrilonitrila), que são dois dos plásticos de engenharia mais utilizados.

Estes são encontrados em aparelhos eletrônicos, eletrodomésticos, celular, móveis, brinquedos, dentre outros.

 

Existem muitas outras resinas, bem como blendas e compósitos que não entraram na nossa lista. Não que eles não sejam importantes, mas o uso destes materiais é muito mais específico, fazendo com que o consumo seja muito menor.

A Afinko Polímeros trabalha com análise das propriedades de todos estes materiais através dos ensaios laboratoriais. Além disso realiza projetos de Pesquisa, Desenvolvimento e Inovação, além do estudo sobre análise de falhas.
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Nós recomendamos:

Plásticos de Engenharia – Principais Tipos e Sua Moldagem por Injeção – Edson Roberto Simielli

ABIPLAST – Perfil 2017

Resistência ao impacto: Como determinar?

Resistência ao impacto pode determinar as aplicações de um produto

O teste de Resistência ao Impacto avalia as propriedades dos materiais sob uma solicitação de alta carga sob um curto espaço de tempo, sob altas velocidades. É, portanto, um ensaio determinante das propriedades de curta duração de um material. Diferentemente das propriedades de longa duração, não avalia a sua variação em função do tempo. Para polímeros é um ensaio de grande importância na determinação de seu desempenho mecânico e, consequentemente, de suas aplicações.

Como mensurar a resistência?

Os testes de Resistência ao Impacto mais comuns são os chamados testes pendulares. Nestes ensaios a amostra é atingida por um pêndulo de determinada massa, que é levantado a uma determinada altura, ou seja, com uma determinada energia potencial, provocando deformação ou fratura no material. A energia absorvida pelo material é então calculada pela diferença de altura alcançada pelo pêndulo antes e depois de atingir a amostra. A energia absorvida é reportada em termos de energia absorvida por unidade de espessura (J/m) ou energia absorvida por unidade de área.

Destes ensaios, destacam-se os métodos Charpy e Izod de impacto, frequentemente realizados em polímeros de acordo com as normas ASTM D256, ASTM D4812, ASTM D6110 , ISO 179 e ISO 180. O ensaio Izod é realizado em amostras engastadas verticalmente, enquanto no método Charpy, a amostra se encontra em posição horizontal, como uma flexão de três pontos. Entre as normas mencionadas, as principais diferenças se encontram nas dimensões padrão de corpos de prova e necessidade ou não de entalhe e suas dimensões. O entalhe é um ponto concentrador de tensão que é criado nas amostras de forma a proporcionar uma fratura frágil ao invés de dúctil durante o ensaio.

Equipamento de Ensaio de Impacto

Figura: Equipamento de Ensaio de Impacto

O teste pode ser comprometido se não seguir as normas

Os materiais poliméricos e os compósitos, no entanto, têm suas propriedades influenciáveis por alguns fatores como temperatura do ensaio, pois se comportam de maneira frágil abaixo de determinada temperatura, da sua susceptibilidade ao efeito concentrador de tensão do entalhe, das suas características como massa molar, copolimerização ou presença de partículas de elastômeros, ou cargas e reforços fibrosos, entre outros. Dada aí a importância da realização destes ensaios sob as normas e interpretados por pessoal técnico qualificado para analisar a influência destes vários fatores na propriedade obtida.

 

Afinko Polímeros realiza ensaios de resistência ao impacto tanto Charpy quanto Izod. Atendemos as normas ASTM D256, ASTM D4812, ASTM D6110 , ISO 179 e ISO 180.  Além disso, criamos dispositivos para atender melhor as solicitações. Com nossa área de Pesquisa, Desenvolvimento e Inovação, podemos desenvolver estratégias e projetos com o intuito de aprimorar os materiais e produtos. Tem interesse em saber mais sobre nossa área de PD&IAcesse aqui para saber mais.

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Nós indicamos:

1) Mechanical Properties of Polymers and Composites. Robert F. Landel, Lawrence E. Nielsen, 2ª Edição, CRC Press, 1993

2) Normas ASTM D256, D4812, D6110 e ISO 179 e 180.

Amarelou!! Entenda agora como ocorre a degradação.

Você já deve ter tido algum produto de plástico que amarelou, não?

É comum que produtos antigos feitos de plástico adquiram uma cor amarelada. Neste texto nós vamos te mostrar o por que isso ocorre.

Uma das principais características dos plásticos (polímeros) é a sua durabilidade. Em geral, eles podem durar muitos e muitos anos, chegando a mais de 200 anos até a completa degradação. E esse é um dos motivos deles serem tão úteis. Ainda por isso que devemos nos atentar ao descarte correto e buscar a reciclagem, para evitar que os plásticos fiquem pelos aterros sanitários, rios e mares.

Brinquedo sofreu degradação está amarelado e outro na sua cor original

Figura: Brinquedo amarelado e outro na sua cor original.

O que acontece para ele amarelar?

Apesar da sua longevidade, o plástico não é perfeito. Com o tempo ele pode mudar de cor, tornar-se quebradiço, empenar, dentre outros fatores. Quando esses efeitos ocorrem, podemos observar nitidamente que houve degradação na estrutura do polímero. Essa alteração faz com que o comportamento do plástico mude, de forma que ele perde sua função inicial como produto devido a não possibilidade de se prever a falha.

Falamos um pouco sobre análise de falhas aqui.

A degradação é qualquer reação química destrutiva dos polímeros, causando uma modificação irreversível nas propriedades. Ela pode ser causada por agentes físicos e/ou químicos, e por um ou mais agentes. São exemplos de agentes: exposição à luz visível, temperaturas extremas, umidade ou exposição a solventes.

A exposição aos raios UV é um dos principais motivos para a degradação e para o amarelecimento. Ela pode fazer com que os plásticos mudem de cor, rachem, quebrem ou até derretam. Em geral, essa exposição causa uma degradação de nível superficial, ocorrendo a cisão da cadeia principal do polímero. Isso faz com que possam ser formadas ligações cruzadas, a substituição ou eliminação de grupos laterais e até mesmo a reação entre eles.

Dependendo do problema e do uso pretendido do polímero, o fabricante pode adicionar aditivos. Estes são materiais adicionados como componentes auxiliares dos polímeros. A inclusão de aditivos nas formulações, ou composições, visa alguns fatores como abaixar o custo, modificar e/ou melhorar diversas propriedades, facilitar o processamento, colorir, etc. Dentre as propriedades a serem melhoradas está a degradação. Os aditivos podem dificultar a ação dos agentes físicos e/ou químicos, tornando o produto polimérico mais resistente a eles. Em geral, todos os polímeros recebem aditivos, sendo os principais os antioxidantes e auxiliadores de processamento.

É preciso esperar amarelar para saber que houve degradação?

A resposta para essa pergunta é: não.

Nós da Afinko Polímeros temos diversas técnicas de análise que podem determinar se houve ou não degradação. Uma delas é a a análise de FTIR: espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier. Dependo do tipo de degradação, são formados subgrupamentos químicos que são oriundos desta, e dessa forma pode-se dizer se houve ou não degradação. Entretanto, não é possível saber quantitativamente o quanto degradou.

Outros ensaios são de Envelhecimento Térmico em Estufa e Espectroscopia na Região do Ultravioleta-visível. O primeiro consiste em expor amostras em uma estufa com temperatura controlada e com circulação de ar forçada para avaliar possíveis alterações das propriedades físicas e químicas de acordo com o tempo de envelhecimento. Já o segundo permite a caracterização de grupos funcionais orgânicos, identificação de íons metálicos em solução bem como a quantificação de diversos componentes orgânicos e inorgânicos. Dessa forma, assim como o FTIR, a partir dos subgrupamentos químicos é possível determinar se houve ou não a degradação.

Esses são alguns exemplos, porém existem outros que podemos fazer.

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Polímeros Termocrômicos: Mudam de cor com a temperatura

Já ouviu falar de polímeros termocrômicos?

O que é?

Termocromismo é a propriedade de substâncias que mudam de cor com o aquecimento e resfriamento. Essa propriedade pode fornecer certo conforto e facilidade no cotidiano das pessoas. Por exemplo, imagine como seria bom ter uma pulseira que mostrasse, através da sua coloração, quando um bebê está com febre. A propriedade de termocromia pode aparecer em polímeros termoplásticos, termofixos, géis ou qualquer tipo de revestimento.

Alguns polímeros podem ser termocrômicos por natureza, como o polidiacetileno, entretanto, nem sempre apresentam a termocromia em seus estados naturais. Para conferir tal propriedade aos polímeros que não a possuem, podem ser incorporados aditivos termocrômicos ou através da interação físico-química entre a matriz polimérica e um aditivo, ambos não-termocrômicos, de forma que a propriedade seja causada pelo design do material.

Onde é usado?

Os polímeros termocrômicos atuais tem seu uso restrito, apesar de uma imensa gama de potenciais aplicações. Isso se deve ao fato de terem um tempo de reação longo às mudanças de temperatura. Além de demorarem a voltar à cor inicial, eles possuem uma restrição quanto à faixa de temperatura, devido ao fato de possuírem uma estrutura irregular com interações moleculares fracas.

Eles são muito utilizados em sensores biológicos, janelas inteligentes que se adequam à luz solar e em tintas e tecidos.

Tecido feito de polímeros termocrômicos

Figura: Tecido com polímero termocrômico. Fonte: Diseño de Interiores

As pesquisas não param

Pesquisadores do Instituto Fraunhofer de Pesquisa de Polímeros Aplicados, em 2013, projetaram um novo polímero termocrômico. Partindo do cloreto de cianidina, criaram um corante de antocianidina. Este, dependendo da temperatura, se mostra na sua cor neutra ou na sua forma anidrobase aniônica de cor violeta. A mudança estrutural do corante é explicada pela formação reversível de complexos de PLA-corante, desencadeados por mudanças conformacionais do esqueleto do polímero, como mostrado na figura abaixo.

 

Figura: Mecanismo de termocromia – Fonte: Scientific Research.

Figura: Mecanismo de termocromia – Fonte: Scientific Research.

Essa descoberta poderia trazer muitos benefícios. Por exemplo, poderia substituir o termômetro de mercúrio pelo de polímero, trazendo uma leitura precisa e instantânea da temperatura corporal. Poderia também ser aplicado em bolsas de sangue, indicando se as condições de temperatura estão corretas para armazenamento. Isso facilitaria o trabalho dos profissionais da saúde e dos pais com seus filhos.

 

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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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Nós recomendamos:

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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Nós recomendamos:

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