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.

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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.

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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.

Degradação: Entenda agora como ocorre o processo que deixa os plásticos amarelados!!!.

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.

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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.

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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: 2 Temperaturas que determinam o uso do produto!

Deflexão Térmica (HDT), Amolecimento Vicat e temperaturas de transição. Entenda já a relação!

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 desses parâmetros 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 de fusão, para polímeros cristalinos. O valor desse parâmetro 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 determinar a temperatura HDT e VICAT?

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 do valor máximo desse parâmetro 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.

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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.

Temperatura de Transição Vítrea (Tg): Entenda o que é!

A transição vítrea é um parâmetro muito importante para aplicação de polímeros.

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 seleção do material mais adequado para uma aplicação específica. A temperatura de transição vítrea está associada unicamente com a fase amorfa dos polímeros e, portanto, é observada em polímeros amorfos e semicristalinos.

Essa é a temperatura em que ocorre a transição de um estado vítreo, no qual as moléculas da fase amorfa não possuem mobilidade, para um estado borrachoso, em que as moléculas da fase amorfa passam a ter mobilidade. A Tg pode ser medida por técnicas de análise térmica com DSC e DMA, utilizando-se métodos como o descrito na norma ASTM E1142-15, por exemplo.

O que ocorre na temperatura de transição vítrea (Tg)?

Para entender o que ocorre na temperatura de transição vítrea deve-se ter em mente as propriedades físicas nos materiais poliméricos. Elas dependem, entre outros fatores, da mobilidade das cadeias poliméricas, que por sua vez está diretamente relacionada à temperatura. Dessa forma, à 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  as cadeias apresentem mobilidade. Qualque plástico ou borracha que estiver numa temperatura abaixo de sua Tg apresentará o comportamento mecânico de um sólido rígido, e na maioria das vezes frágil. Com o aumento da temperatura, a energia fornecida ao material torna-se suficiente para que as cadeias da fase amorfa adquiram mobilidade. Materiais que estão acima de sua Tg apresentam um comportamento borrachoso de sua fase amorfa, ou seja, essa fração passará a ter um comportamento flexível e dúctil.

No entanto, nesse caso, considerações devem ser feitas com relação à presença e percentual de cristalinidade antes de inferir sobre o comportamento mecânico final de um polímero quando acima de sua Tg. Além disso, a transição vítrea se reflete macroscopicamente através de mudanças em várias propriedades, como por exemplo: capacidade caloríficacoeficiente de expansividade térmica e propriedades viscoelásticas.

Como medir a temperatura de transição vítrea?

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 apresenta facilidade de preparação de amostras e rapidez de realização. A Tg aparece na curva como uma mudança na linha de base.

Curva típica de DSC com a sua respectiva região de transição vítrea

Figura: Curva típica de DSC

Na análise térmica dinâmico-mecânica são aplicadas solicitações mecânicas a um material e é medida a sua resposta em função da temperaturafrequênciatempo. Esse método apresenta bastante precisão na determinação do valor de Tg.

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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%).

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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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Nós recomendamos:

ABIPLAST – Perfil 2017

Temperatura de Fusão Cristalina (Tm): Entenda essa transição térmica

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 o valor mensurável da agitação das moléculas na qual ocorre a fusão dos cristalitos, em polímeros semicristalinos, ou seja, é o ponto médio de uma faixa de valores desse parâmetro, obtidos no 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 valores, uma vez que os polímeros semicristalinos são constituídos de cristais de diferentes tamanhos, ou seja, com o aumento da, esses cristais vão se fundindo gradativamente. Com o ensaio de DSC, é possível avaliar a faixa de valores desse parâmetro n fusão cristalina, pois o volume específico irá aumentar rapidamente, definindo uma mudança termodinâmica de primeira ordem.

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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 com a temperatura de fusão indicada

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.

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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.

Cadeia 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. Diversos setores da indústria, não só de produtos feitos de polímeros, já buscam alternativas mais sustentáveis. Isso inclui toda a gama de processos, mas também abrange a obtenção de matérias primas mais interessantes, nesse sentido.

Como uma das formas mais acessíveis de carbono renovável, a biomassa lignocelulósica tem se apresentado e sido reconhecida como uma das matérias-primas mais promissoras para substituir fontes fósseis na obtenção de produtos de alto valor agregado. Dentre a diversa gama de produtos, temos como exemplo: 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.

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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.

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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 essa análise 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.

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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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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”