Você sabe pra que serve os Ensaios Físicos e Ensaios Químicos?

Nós realizamos os dois tipos de ensaios. Saiba agora qual você deve escolher.

 

É comum aqui na Afinko nós recebermos solicitações para analisar diversos tipos de materiais e diversas propriedades.

Entretanto, sem dúvida alguma, a grande maioria está entre os grupos de ensaios físicos e ensaios químicos. Cada um desses grupos possui uma grande finalidade.

Nos tópicos abaixo, vamos explicar e exemplificar estes grupos.

Mas antes, você já se inscreveu nos nossos cursos de Caracterização Mecânica e no de Análises Químicas?

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Ensaios Mecânicos Ensaio de Flexão

Figura: Imagem do nosso equipamento de Ensaio de Flexão. 

Ensaios Físicos

Ensaios de densidade, flamabilidade, teor de carga e de umidade, absorção de água, contração pós-moldagem e colorimetria são alguns exemplos. Impacto, tração, flexão, rasgamento, compressão e dureza também são.

Com os ensaios deste grupo é possível analisar como o material/produto se comporta. Dessa forma, observando, por exemplo, se ele se comporta como o planejado ou como projetado.

Em geral, são propriedades de nível macroscópico.

Determinação-de-Grupos-Funcionais-por-Titulação

Figura: Ensaios Químicos

Ensaios Químicos

Os ensaios que compreendem este grupo são: Espectroscopia no Infravermelho (FTIR), Espectroscopia na região do ultravioleta-visível (UV-VIS), Fluorescência de Raios-X (FRX), Difração de Raios-X (DRX), Cromatografia Gasosa Acoplada a Espectrometria de Massas (GC-MS), Cromatografia Líquida Acoplada a Espectrometria de Massas (LC-MS), Teor de Extraíveis, Determinação de Grupos Funcionais por Titulação, Ressonância Magnética Nuclear (RMN), dentre outros.

A proposta destes ensaios é analisar porque o material se comporta daquela forma. Através deles nós podemos observar a presença de certas estruturas químicas, permitindo concluir a presença de aditivos ou contaminantes.

E qual escolher?

A melhor resposta para essa pergunta é: DEPENDE.

Sim! Depende. Isso porque fica na pendência do que você quer analisar.

Se a intenção é analisar COMO o material se comporta, provavelmente o ensaio mais indicado será algum ensaio físico.

Mas, se a sua intenção é analisar PORQUE o material se comporta daquela forma, provavelmente será alguma análise química.

O ideal é combinar estes grupos para ter um entendimento mais completo do material ou produto.

 

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Como alguns fatores afetam a Resistência à Tração

Se você ainda não sabe o que é o ensaio de tração, clique aqui e veja nosso texto da semana passada!

Parâmetros de ensaio afetam diretamente o resultado das análises.

As normas técnicas garantem a repetibilidade do ensaio e um dos motivos é porquê determinam as condições em que eles devem ser realizados.

Isso se deve ao fato de que fatores como velocidade, temperatura, incorporação de cargas de reforço, presença de outro polímero (blendas), geometria do corpo de prova e como o mesmo foi preparado afetam diretamente os resultados.

Neste texto vamos tratar sobre a temperatura, velocidade de ensaio e incorporação de cargas.

Temperatura e Velocidade

O aumento da temperatura oferece mais energia para movimentação das moléculas. Isso permite que o sistema que foi conturbado com a tração volte ao equilíbrio mais rápido.

Além disso, o aumento da temperatura também causa uma diminuição da quantidade de ligações cruzadas (caso o polímero tenha). O que permite que o sistema fique mais móvel, modificando o resultado de tração quando comparado ao ensaio à 23ºC. Assim, em geral, com o aumento da temperatura tem-se uma diminuição da resistência à tração.

Já a taxa de deformação, definida pela velocidade do ensaio, quando aumentada obtêm-se níveis maiores de tensão. Assim, a fratura do material é alcançada em menor tempo. Caso a velocidade de ensaio não esteja especificada pela norma, a norma ASTM D638 diz que se deve utilizar uma velocidade em que o corpo de prova não se rompa dentro do um intervalo de 0,5 à 5 minutos de ensaio.

Figura: Efeito da temperatura e da velocidade no ensaio de tração. Fonte: S. V. Canevarolo Jr.

Figura: Efeito da temperatura e da velocidade no ensaio de tração. Fonte: S. V. Canevarolo Jr.

 

Incorporação de Cargas

A adição de cargas à matriz polimérica pode trazer enormes benefícios e também prejuízos.

No caso do ensaio de tração, a adição de carga não é tão benéfica (ao contrario da adição de fibras no sentido paralelo da solicitação mecânica).

As cargas se tornam concentradores de tensão dentro da matriz polimérica sendo ali um ponto de fragilidade. Isso faz com que o corpo de prova se torne menos resistente à tração.

 

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Nós Recomendamos:

CANEVAROLO, S. V. – Técnicas de Caracterização de Polímeros.

Saiba tudo sobre Ensaio de Tração agora!

Um dos ensaios mais realizados por nós, o ensaio de tração oferece diversas informações sobre as propriedades mecânicas de um material.

Basicamente, um corpo de prova é submetido a um esforço (força) uniaxial que tende a alongá-lo até à fratura.

O ensaio pode ser realizado em produtos acabados ou em corpos de prova. Em produtos acabados, o ensaio procura simular as condições de uso/funcionamento. Já em corpos de prova, é possível analisar as propriedades do material independente das estruturas/formato, permitindo a comparação e reprodução dos resultados. O formato e medidas dos corpos de prova são determinados através de normas técnicas como ABNT e ISO. Isso acontece devido ao fato de que propriedades como limite de elasticidade, resistência, alongamento e etc, são diretamente afetadas pelo formato e tamanho da peça a ser analisada, e também pela velocidade de aplicação da carga.

 Como é realizado?

O corpo de prova ou produto acabado é fixado pelas suas extremidades nas garras de fixação da máquina de tração. É então aplicada uma força através da aplicação de uma carga gradativa e registrando cada valor de força correspondente a um diferente tipo de alongamento do material (alongamento este medido por um extensomêtro). O ensaio termina quando o material se rompe ou até o limite da máquina.

O corpo de prova é estirado sofrendo uma estricção na região central da peça, conforme a figura abaixo. A ruptura sempre se dá nessa região. Exceto se um defeito interno no material, fora dessa região, promova a ruptura.

Gráfico de Tensão x Deformação - Demonstração da região central do corpo de prova.

Gráfico de Tensão x Deformação – Demonstração da região central do corpo de prova.

Quais são os resultados?

Como resultado, obtém-se um gráfico tensão x deformação.  Através dele é possível analisar o comportamento do material do início do ensaio, até a ruptura, e obter as informações descritas na imagem:

Gráfico de Tensão x Deformação

Gráfico de Tensão x Deformação

Somado a estes elongação na ruptura, tensão na ruptura, deformação na ruptura, o limite de resistência à tração (ou Tensão máxima de Tração) e deformação no escoamento.

Além dos fatores já mencionados, os resultados podem ser afetados pelo tipo de polímero, temperatura de realização do ensaio, presença de fibras, cargas e outros fatores.

No próximo artigo nós iremos explicar a influência destes fatores.

 

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Nós recomendamos:

CALLISTER, W. D., Ciência e Engenharia de Materiais: Uma Introdução. John Wiley & Sons, Inc., 2002.

Polímeros Bioabsorvíveis: o que são e como ensaiá-los

Se você já teve alguma ferida, machucado ou corte que foi suturado com fios que se dissolvem naturalmente com o tempo? Eles eram polímeros bioabsorvíveis!

O que são?!

Os polímeros bioabsorvíveis são aqueles que são absorvíveis pelo corpo sem causar danos à saúde.

É errado dizer que são biopolímeros pois segundo a definição da IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemists), um biopolímero é um polímero produzido por organismos vivos, incluindo proteínas, polissacarídeos e ácidos nucleicos (DNA e RNA). Dessa forma, materiais que são produzidos sinteticamente a partir de monômeros naturais são classificados como “Materiais Biobaseados”.

Falamos sobre Biopolímeros, Plástico Verde e Materiais Biobaseados aqui

São muito utilizados na medicina

Os polímeros bioabsorvíveis mais conhecidos são Poliácido Lático (PLA), Poliácido Glicol (PGA), Policaprolactona (PCL) e seus copolímeros. Eles possuem a capacidade de serem absorvidos pelo corpo humano sem causar prejuízos aos tecidos, tornando-os materiais ideais para uso em implantes, por exemplo. Neste caso, estes materiais atendem requisitos como:

  • Biocompatibilidade
  • Alta massa molar
  • Resistência Mecânica
  • Capacidade de entregar o medicamento, por exemplo, no lugar em que o implante se localiza
  • Processo de degradação previsível e taxa de reabsorção no corpo

Com isso, a estabilidade e durabilidade desses materiais passam a ser cruciais. A degradação precisa acontecer de forma controlada pois este é, literalmente, um caso de vida ou morte. Devemos lembrar que estes polímeros bioabsorvíveis estarão em um ambiente com variação de temperatura, umidade e pH, constantemente. Dessa forma, projetar e desenvolver estes polímeros é extremamente complicado e necessita de muita pesquisa e desenvolvimento do produto.

Implantes Bioabsorvíveis

Figura: Implantes Bioabsorvíveis

Alguns ensaios podem prever a degradação

Aqui na Afinko Soluções em Polímeros realizamos alguns ensaios que permitem analisar a degradação do material. Alguns exemplos de ensaios são:

  • Titulação Karl Fischer: Permite identificar a umidade presente no material. A umidade pode acelerar a degradação do polímero bioabsorvível no corpo.
  • Índice de Fluidez (MFI): O índice de fluidez pode ser entendido como uma avaliação indireta da massa molar do polímero, pois quanto maior o índice de fluidez, menor é a viscosidade do polímero e consequentemente menor sua massa molar.
  • Cromatografia Gasosa Acoplada a Espectrometria de Massas (GC-MS): permite a separação de misturas complexas de compostos voláteis e termoestáveis, e a detecção por MS permite a identificação de compostos em quantidades de partes por bilhão (ppb) através da observação da massa e fragmentação das moléculas. É utilizada para avaliar o perfil químico de misturas e amostras complexas, para identificar aditivos, monômeros, solventes e impurezas residuais.
  • Espectroscopia no Infravermelho (FTIR): O ensaio de FTIR é utilizado na caraterização e identificação de grupamentos químicos de materiais orgânicos e inorgânicos e permite avaliar diversas características como: identificar materiais desconhecidos e contaminações, determinar o índice de oxidação, avaliar degradação, quantificar alguns compostos, avaliar misturas de materiais, etc.

 

A Afinko Soluções em Polímeros pode auxiliar no desenvolvimento destes materiais. Realizamos todas as análises mencionadas acima e muitas outras. Entre em contato conosco para que possamos entender o projeto e ajudar a desenvolvê-lo.
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Filamentos: os 4 mais utilizados e suas características

A escolha dos tipos de filamentos para impressão é fundamental.

Já falamos sobre o que é a impressão 3D e um pouco da sua história, os tipos de impressão 3D segundo a ASTM e sobre a resistência mecânica dos objetos produzidos por impressão. Agora, vamos focar um pouco na tecnologia FDM e comparar quatro dos materiais mais utilizados em forma de filamento para imprimir.

ABS

O ABS é um copolímero amorfo formado pelos monômeros de acrilonitrila, butadieno e estireno. Além da impressão 3D, é muito utilizado para produção de peças de lego, carcaças de eletrodomésticos, peças automotivas e etc.

Suas principais características são:

  • Boa rigidez e leve flexibilidade
  • Ótima resistência ao impacto
  • Bom acabamento superficial.
  • Boa Fluidez
  • Baixa precisão dimensional
  • Boa resistência ao atrito
  • Ótima resistência à altas temperaturas
  • Boa resistência à umidade
  • Boa usinabilidade
  • Boa durabilidade
  • Baixa resistência à UV
  • Tg: 105°C

A partir disso, o ABS é indicado para produção de peças que exijam maior resistência ao impacto e alta temperatura, além de peças que necessitem de certa flexibilidade para encaixes. Deve-se tomar cuidado ao fato de que durante a impressão o ABS emite gases que podem ser prejudiciais à saúde.

Após ser impresso, o objeto produzido em ABS pode ser lixado ou usinado com facilidade. Somado a isso, quando mergulhado em acetona ou colocado em contato com vapor de acetona, sua superfície é alisada oferecendo um bom acabamento superficial. A acetona, assim como a cola epóxi e adesivos, pode unir peças produzida em ABS.

Em geral, o ABS é utilizado no lugar do PLA quando resistência à altas temperaturas e ao impacto são desejáveis no produto final.

PLA

O PLA é produzido através de fontes renováveis como o amido de milho, raízes de mandioca e da cana. Sendo assim, é um termoplástico biodegradável que se degrada, em condições adequadas/propicias, em torno de 24 meses enterrado ou 48 em água. Somado a este fato, durante a impressão, ele não emite gases prejudiciais à saúde.

Suas características são:

  • Alta rigidez e baixa flexibilidade
  • Baixa resistência ao impacto
  • Alta Fluidez;
  • Baixa contração à Boa precisão dimensional
  • Baixa resistência ao atrito
  • Baixa resistência à altas temperaturas
  • Baixa resistência à umidade
  • Baixa usinabilidade devido ao calor gerado que pode deformar a peça
  • Boa Resistência à UV
  • Tg: 60°C
  • Tm: 155°C

Dessa forma, o PLA é indicado para produção de protótipos e objetos que não sejam submetidos à grandes esforços mecânicos, atritos ou altas temperaturas. Não é indicado para peças que necessitem de montagem ou flexibilidade. As peças de PLA podem ser unidas usando adesivos ou cola epóxi.

É o polímero mais fácil de ser impresso e promove boa aparência no produto final.

Exemplo de produtos impressos com diversas cores de filamentos

Exemplo de produtos impressos com diversas cores de filamentos

PETG

O PETG é um politereftalato, assim como os da garrafa plástica que conhecemos. Um de seus grandes diferenciais é a possibilidade de contato com alimentos.

Suas características são:

  • Alta rigidez e baixa flexibilidade
  • Alta resistência ao impacto
  • Alta Fluidez
  • Baixa contração à Boa precisão dimensional
  • Boa resistência ao atrito
  • Boa resistência à altas temperaturas
  • Boa resistência à umidade
  • Boa usinabilidade
  • Boa resistência química
  • Boa Resistência à UV
  • Boa reciclabilidade
  • Tg: 88°C
  • Tm: 250°C

Além destas propriedades, pode-se encontrar filamentos de PETG em cores translúcidas ou transparentes. Dessa forma, o PETG é ideal para peças que precisem de transparência e encaixes com maior flexibilidade sem perder sua resistência mecânica.

Suas partes podem ser unidades por adesivos e cola epóxi. Porém, deve-se atentar ao utilizar esses produtos caso a intenção seja o uso com alimentos.

TPU – Poliuretano Termoplástico

O TPU é um poliuretano que contem segmentos lineares flexíveis capazes de fundir sem degradas as ligações uretânicas. Em geral, o TPU pode assumir características elastoméricas (lembre sobre elastômeros aqui) ou de um plástico duro. Na impressão 3D ele é utilizado como material macio, altamente flexível e com boa elasticidade.

Suas características são:

  • Baixa rigidez e Alta flexibilidade
  • Alta resistência ao impacto
  • Alta resistência à flexão
  • Difícil processamento
  • Boa resistência ao atrito
  • Baixa resistência à altas temperaturas
  • Boa resistência à umidade
  • Boa resistência química
  • Boa Resistência à UV
  • Tg: -20°C
  • Tm: 220°C

Dessa forma, o TPU é utilizado para produtos que seja necessário altíssima resistência ao impacto e alta flexibilidade, pois, caso a alta flexibilidade não seja uma exigência, o ABS possui um custo-benefício muito superior.

Tabela Comparativa

Preparamos uma tabela para facilitar a comparação entre os tipos de filamentos apresentados de acordo com algumas propriedades:

Tabela Comparativa entre os Tipos de Filamentos

Tabela Comparativa entre os Tipos de Filamentos

 

A Afinko Soluções em Polímeros realiza a análise das propriedades de materiais poliméricos. Entre em contato conosco e descubra se seu material é de qualidade ou atende as necessidades requeridas.

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Nós Recomendamos:

3D Hub
Impressão 3D Fácil

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: https://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.

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.

Tem interesse em realizar um Ensaio de Resistência ao Impacto?
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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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Como são determinadas as cores de um material?

Cada pessoa observa as cores de forma diferente. Então, como determinar a cor exata de algum material?

A percepção das cores acontece de forma diferente para cada observador pois trata-se de um processo psico-visual. Assim, quando a luz interage com um objeto, ela é percebida pelo olho humano que envia as informações ao cérebro, onde é interpretada. Logo, a cor de um material é um fenômeno subjetivo e dependente de diversos fatores como iluminação, textura, tamanho da amostra e do observador.

A colorimetria é a técnica que utiliza modelos matemáticos para descrever e quantificar a percepção humana da cor. A forma como a cor é percebida é de fundamental em vários produtos como plásticos, têxteis, tintas e papéis.

Para que uma cor possa ser descrita de forma precisa foram criados os espaços de cores, que nada mais são que notações matemáticas utilizadas para expressar as cores de objetos. A Comissão Internacional de Iluminação (CIE) elaborou sistemas em que os iluminantes e observadores foram padronizados e as cores expressas em termos de tonalidade, luminosidade e saturação.

O espaço de cores mais utilizado atualmente é o CIELAB (CIEL*a*b*). Este estabelece coordenadas uniformes no espaço tridimensional de cor. Dessa forma, pode-se localizar uma cor por três parâmetros: L*  (Luminosidade), a* (coordenada vermelho/verde) e b* (coordenada amarelo/azul).

Sistema CIELAB

Figura: Sistema CIELAB.

Como é feita a medição?

As medidas de colorimetria são obtidas com o auxílio de um espectrofotômetro ou um colorímetro. Os dois equipamentos possuem uma fonte de luz e utilizam a luz refletida pelo material para fornecerem informações sobre a cor do mesmo. O espectrofotômetro separa a luz de acordo com o comprimento de onda, gerando uma curva espectral. A partir desta determina-se as coordenadas de cor do objeto no espaço de cor L*a*b* em termos numéricos.

O Colorímetro, por sua vez, possui três filtros responsáveis pela medição da quantidade de luz refletida pela amostra. Estes filtros são capazes de fornecer três números que podem ser convertidos diretamente para valores tristimulos, sem a obtenção dos dados de refletância espectral.

 

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