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Técnicas de Caracterização de Polímeros
Prof. Fábio Herbst FlorenzanoApresentação da Disciplina
Informações gerais
Prof. Fábio Sala A-08 campus II Email: [email protected]
Estrutura da disciplina Aulas expositivas Práticas demonstrativas Estudos Dirigidos Listas de Exercícios
Página da disciplina na internet, a definirRepositório de materiaisOutras atividades e recursos
Avaliação
Duas provas teóricas (25/9 e 27/11), P1 e P2, com pesos iguais Listas de Exercícios e Estudos dirigidos, 10% de cada nota Média final: (P1+P2)/2
Bibliografia1. L. C. SAWYER & D. T. GRUBB. Polymer Microscopy. New York: Chapman and Hall, 1987.2. H. G. ELLIAS Macromolecules -1-Structure and Properties, 2nd ed. Vol.1, New York, Plenum Press, 1984.3. J. M. G. COWIE Polymers: Chemistry and Physics of Modern Materials", New York: Chapman & Hall, 1998.4. C. A. HARPER Handbook of Plastics, Elastomers and Composites. New York: McGraw-Hill Inc, 1992.5. MILLS, N. Plastics - Microstructure and Engineering Applications. Butterworth-Heineman, 2005.6. CANEVAROLO, S. Técnicas de Caracterização de Polímeros. São Paulo: Editora Artliber, 2005.7. E. B. MANO & L. C. MENDES Identificação de Plásticos, Borrachas e Fibras. Ed. Edgard Blücher, 2000.8. TURI, E. A. Thermal Characterization of Polymeric Materials. New York: Academic Press, 1981.9. ISHIDA, H. Transform Infrared Characterization of Polymers. New York: Plenum Press, 1987. 10. BILLMEYER, F.W. Textbook of Polymer Science. 3rd Edition. New York: John Wiley and Sons, 1984.
Cronograma tentativo
Importância da Caracterização de Polímeros Todas as propriedades dos materiais poliméricos são determinadas
pela sua estrutura química e “macromolecular”: Natureza química do polímero (tipo de monômero, homo ou copolímero,
composição comonomérica, etc.) Massa molar média (“peso molecular”) Arquitetura (ramificações, distribuição dos comonômeros, etc.) Distribuição das massas molares (polidispersão ou polidispersidade) Funcionalizações Outras
Nesta disciplina serão abordadas técnicas de caracterização estrutural e das propriedades físicas
Propriedades mecânicas e outras
Dependem de todas as características estruturais, em maior ou menor grau
Quando se trata de aplicações mais sofisticadas e específicas (nanotecnológicas, por exemplo) essas características tem efeito ainda maior
Mesmo para aplicações gerais, há limites para a variação das propriedades do material polimérico, que pode levar ao descarte de toneladas (em geral não-biodegradável) se as características estruturais não forem atingidas durante e obtenção do material
Caracterização estrutural
Natureza Química Ressonância Magnética Nuclear Infravermelho (com transformada de Fourier, FT) Análise química
Caracterização estrutural
Dimensões e parâmetros macromoleculares Massa molar média
Análise de grupos funcionais Osmometria Viscosimetria Espalhamento de Luz
Distribuição da massa molar Cromatografia por exclusão de tamanho
Propriedades Físicas
Microscopia Ensaios mecânicos Análise térmica Mesmas técnicas usadas para outros materiais
Alguns conceitos fundamentais
Polímeros Orgânicos Polímeros de adição e condensação Massa molar média (Mn, Mw, etc.) Polidispersão/polidispersidade Termoplásticos, termorrígidos e elastômeros Tc, Tm e Tg Copolímeros (estatísticos, em bloco, em gradiente, enxertados, etc.) Principais classes de polímeros quanto à sua natureza química:
poliolefinas, poliacrilatos, poliestirênicos, poliésteres, poliamidas, etc.
Polímeros
Substâncias que apresentem em sua molécula unidades repetitivas, em geral apresentando massas molares elevadas (>1000 g.mol-1)
No caso de polímeros orgânicos, essas unidades (monômeros) são substâncias orgânicas
Polímeros de adição são formados por reações que não liberam moléculas pequenas. Os de condensação liberam moléculas pequenas na sua formação
Em geral os polímeros de adição não apresentam heteroátomos na sua cadeia principal enquanto os de condensação apresentam
Médias das massas molares
Os polímeros, devido às suas reações de formação, são sempre misturas de cadeias que diferem quanto à massa molar
Dessa forma a massa molar de um material polimérico é sempre uma média
Para cálculo da média pode-se usar diferentes ponderações: número de partículas (Mn), massa (Mw) e outras
A distribuição dessas médias pode ser mais ou menos larga e isso pode ser mensurado pelo índice de polidispersão (PDI, Mw/Mn)
Comportamento térmico/propriedades mecânicas Os materiais poliméricos são divididos, quanto ao seu
comportamento térmico e mecânico, da seguinte forma: Termoplásticos: fundem-se tornando-se massas viscosas passíveis de
processamento (injeção, moldagem, etc.) Termorrígidos: degradam-se antes da fusão tornando seu processamento
difícil Elastômeros: apresentam características mecânicas particulares,
deformando-se ante à pressão ou tensão e retornando à sua forma anterior
Transições térmicas
Termoplásticos semicristalinos (mais comuns) costumam apresentar 3 transições de fase: Transição vítrea: abaixo da Tg tanto as porções cristalinas como amorfas
apresentam baixa mobilidade e o polímero é rígido e quebradiço; acima dela a parte amorfa tem maior mobilidade e o polímero se apresenta pouco rígido;
Cristalização: abaixo da temperatura de cristalização existem domínio cristalinos no interior da massa polimérica
Fusão: acima da temperatura de fusão (Tm) o polímeros se apresenta como um líquido viscoso, sem domínios cristalinos
Arquiteturas poliméricas
Algumas Poliamidas
Policarbonato
PPT (Kevlar®)