Polímeros Essenciais: Definição, Tipos e Aplicações

Polímeros são comuns ao nosso redor hoje, embora existam amplas variedades de diferentes tipos e classificações. Em um post anterior, explicamos esses vários tipos de plásticos como plásticos de commodity e tipos especializados. Também vimos a aplicação e alguns benefícios dos plásticos. Gostaria que você conferisse!

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Bem, hoje vamos examinar de perto a definição, estado físico, propriedades e aditivos dos polímeros. Também distinguiremos entre termoplásticos e termofixos.

O que são polímeros?

Polímeros são compostos químicos cujas moléculas são extremamente grandes, parecendo uma longa cadeia composta por uma série aparentemente infinita de elos interconectados. O tamanho dessas moléculas é explicado como extraordinário, variando em milhares e até milhões de unidades de massa atômica. O tamanho da molécula, estado físico e estrutura são as propriedades únicas pelas quais um plástico é conhecido, dando-lhe a capacidade de ser moldado e conformado.

Termoplásticos e Termofixos

Como mencionado anteriormente, polímeros classificados como plásticos são divididos em duas categorias principais: termoplásticos e termofixos.

Termoplásticos como polietileno e poliestireno são plásticos capazes de ser moldados e remoldados repetidamente. Isso significa que um copo de poliestireno espumado pode ser aquecido e remodelado em uma nova forma – talvez um prato ou bandeja.

A estrutura de um polímero termoplástico é a de moléculas individuais separadas umas das outras e que fluem umas sobre as outras. Essas moléculas podem ter peso molecular extremamente alto ou baixo. Podem ser ramificadas ou lineares em estrutura, mas ainda têm a característica de separabilidade e consequente mobilidade. Polímeros destes tipos são conhecidos como plásticos de commodity.

Por outro lado, termofixos são polímeros que não podem ser reprocessados através de reaquecimento. Isso ocorre porque, durante o processamento inicial, as resinas termofixas passam por uma reação química que as torna infusíveis e insolúveis. Quando um polímero é produzido de tal forma, retrabalho ou aquecimento pode causar a quebra da aplicação.

Estado físico e morfologias moleculares dos polímeros

O comportamento plástico dos polímeros também pode ser influenciado por sua morfologia, ou arranjo de moléculas em larga escala. Assim, as morfologias dos polímeros podem ser amorfas ou cristalinas. As moléculas amorfas são arranjadas aleatoriamente e entrelaçadas. Enquanto moléculas cristalinas são arranjadas próximas e em ordem indiscernível.

Termofixos são conhecidos por serem amorfos, enquanto termoplásticos são amorfos ou semicristalinos. Materiais semicristalinos exibem regiões cristalinas conhecidas como cristalitos, dentro de uma matriz amorfa.

Materiais termoplásticos são conhecidos por reter suas formas moldadas até certa temperatura. Isso é definido pela temperatura de transição vítrea ou temperatura de fusão do polímero particular. Abaixo da temperatura conhecida como temperatura de transição vítrea (T_g). As moléculas de um material polimérico estão congeladas, o que também é chamado de estado vítreo; onde há pouco ou nenhum movimento de moléculas passando umas pelas outras. Isso torna o material mais rígido e até frágil.

Acima da temperatura de transição vítrea T_g , as partes amorfas do polímero entram no estado elástico. Ou seja, as moléculas exibem mobilidade aumentada e o material se torna plástico e até elástico, ou seja, capacidade de ser esticado.

No caso de polímeros não cristalinos como poliestireno, elevar a temperatura levará diretamente ao estado líquido. Por outro lado, para polímeros parcialmente cristalinos como polietileno de baixa densidade ou tereftalato de polietileno, o estado líquido não será atingido até que a temperatura de fusão (T_m) seja ultrapassada.

Além deste ponto, as regiões cristalinas não são mais estáveis, e os polímeros elásticos ou líquidos podem ser moldados ou extrudados. Como termofixos não derretem no pré-aquecimento, podem ser dimensionalmente estáveis até uma temperatura em que a degradação química começa.

Propriedades dos polímeros

O estado físico e morfologia de um polímero desempenham um papel perfeito em suas propriedades mecânicas. As diferenças em seu comportamento mecânico são o alongamento que ocorre quando o plástico é carregado (tensionado) em tração.

Por exemplo, um polímero vítreo como poliestireno é bastante rígido, mostrando alta razão de tensão inicial para alongamento inicial. Enquanto polietileno e polipropileno, que são dois plásticos altamente cristalinos, podem ser usados como filmes e objetos moldados. Isso porque suas regiões amorfas estão bem acima de suas temperaturas de transição vítrea à temperatura ambiente.

A tenacidade couro destes polímeros acima da transição vítrea T_g resulta das regiões cristalinas que existem em uma matriz amorfa e elástica. Esses plásticos têm possibilidade de 100 a 1000 por cento de alongamento.

Como a transição vítrea T_g do PET (outro plástico semicristalino) está acima da temperatura ambiente, as porções cristalinas existem em uma matriz vítrea. Por causa disso, o material recebe rigidez e alta estabilidade dimensional sob tensão, o que é de grande benefício em garrafas de bebidas e fitas de gravação.

Quase todos os plásticos são conhecidos por exibir certo alongamento ao serem tensionados que não é recuperado quando a tensão é eliminada. Esta condição é conhecida como "fluência", que pode ser muito pequena para plástico bem abaixo de seu T_g . Pode ser significativa para um plástico parcialmente cristalino que está acima de T_g.

Assista ao vídeo sobre as propriedades dos polímeros:

As propriedades mecânicas mais comumente especificadas dos polímeros incluem tensão de ruptura, rigidez, resistência à tração, e quantificadas na tabela de propriedades e aplicações como módulo de flexão. Tenacidade é outra propriedade importante de um polímero, que é a energia que o polímero absorveu antes da falha. Isso é frequentemente resultado de impacto súbito. Implementar tensão repetidamente abaixo da resistência à tração do plás_tico pode resultar em falha por fadiga.

Quase todos os plásticos são maus condutores de calor; a condutividade pode ser ainda reduzida quando um gás (geralmente ar) é induzido no material. Por exemplo, poliestireno espumado usado em copos para bebidas quentes tem condutividade térmica de cerca de um quarto do polímero não espumado. Plásticos também são isolantes elétricos, a menos que projetados para condutividade; além disso, a condutividade é importante em plásticos como resistência dielétrica (resistência à ruptura em altas tensões). Também é importante como perda dielétrica (medida da energia dissipada como calor quando uma corrente alternada é inserida).

Aditivos para Polímeros

Um aditivo também pode ser conhecido como ingrediente combinado com um polímero para chegar a um conjunto de propriedades apropriadas ao produto. No entanto, em muitos produtos plásticos, o polímero é apenas um constituinte. A combinação de outros aditivos é misturada durante o processamento e fabricação.

Os seguintes explicados abaixo são os aditivos usados em polímeros para obter um produto apropriado.

Plastificantes:

O plastificante é usado para alterar a transição vítrea T_g de um polímero. Por exemplo, um cloreto de polivinila (PVC) é frequentemente misturado com líquidos não voláteis para alterar a transição vítrea. O revestimento de vinil usado em residências requer PVC não plastificado, rígido, com T_g de 85 a 90°C (185 a 195°F). No entanto, uma mangueira de jardim de PVC deve permanecer flexível mesmo a 0°C (32°F).

Existem muitos mais polímeros que podem ser plastificados, mas o PVC é único em aceitar e reter plastificantes de tamanho molecular e composição química amplamente variados. O plastificante também pode afetar a inflamabilidade, odor, biodegradabilidade e até o custo do produto final.

Corantes:

Como a aparência final dos produtos plásticos deve ser atraente, a inclusão de corante durante o processamento e fabricação é necessária. Os pigmentos populares para colorir plásticos são dióxido de titânio e óxido de zinco (branco), carbono (preto), e vários outros óxidos inorgânicos como ferro e cromo. Alguns outros compostos orgânicos podem ser usados para adicionar cor seja como pigmentos (insolúveis) ou como corantes (solúveis).

Reforços:

Como o nome sugere, reforços são usados para melhorar as propriedades mecânicas dos plásticos. Uma variedade de materiais como sílica, negro de carbono, talco, mica e carbonato de cálcio, bem como fibras curtas, podem ser incorporados como cargas particuladas. Usar fibras longas ou até contínuas como reforço, especialmente com termofixos, pode ser descrito abaixo em reforço de fibra.).

A introdução de grandes quantidades de carga particulada durante a fabricação de plásticos como polipropileno e polietileno pode aumentar sua rigidez. O efeito pode ser menos dramático quando a temperatura está abaixo do T_g do polímero.

Estabilizadores:

Estabilizadores ajudam a melhorar a longevidade e vida útil em qualquer aplicação. As propriedades do plástico o mínimo possível com o tempo. Estabilizadores são adicionados, geralmente em pequenas quantidades, para contrabalançar os efeitos do envelhecimento. Como todos os polímeros baseados em carbono estão sujeitos à oxidação, os estabilizadores comuns usados são antioxidantes. Fenóis impedidos e aminas terciárias são usados em plásticos em concentrações tão baixas como algumas partes por milhão.

Conclusão

Polímeros são a forma comum de descrever plásticos, estão disponíveis em várias formas e podem ser processados para obter diferentes propriedades. Neste artigo, vimos a definição, morfologias físicas e moleculares, e aditivos dos polímeros. Também vimos a diferença entre termoplásticos e termofixos.

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