engenharia de polímeros
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Ciência e Engenharia dePolímeros
UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAISCURSO DE ENGENHARIA METALÚRGICA DA UFMG
EMT- 055:“CIÊNCIA E ENGENHARIA DE POLÍMEROS”
Prof . Rodr igo O
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Ciência e Engenharia dePolímerosInformações básicas
Disciplina: EMT055 - “CIÊNCIA E ENGENHARIA DE POLÍMERO
Número de créditos: 04 (60 horas)Horário: segundas e terças: 15h45min às 17h25minSala: 1030 - BL 3Professor responsável: Rodrigo OréficeLEPCom - Laboratório de Engenharia de Polímeros e Compósitos -http://lepcom.demet.ufmg.br Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais da UFMGTelefone: (31)3409-3668 - Fax: (31)3409-1815Email: [email protected]
http://lepcom.demet.ufmg.br/website/index.php/pt/mailto:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]://lepcom.demet.ufmg.br/website/index.php/pt/http://lepcom.demet.ufmg.br/website/index.php/pt/http://lepcom.demet.ufmg.br/website/index.php/pt/http://lepcom.demet.ufmg.br/website/index.php/pt/http://lepcom.demet.ufmg.br/website/index.php/pt/http://lepcom.demet.ufmg.br/website/index.php/pt/http://lepcom.demet.ufmg.br/website/index.php/pt/http://lepcom.demet.ufmg.br/website/index.php/pt/http://lepcom.demet.ufmg.br/website/index.php/pt/
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Ciência e Engenharia dePolímerosInformações básicas
Referências principais:
• Ciência dos Polímeros - Sebastião V. Canevarolo Jr., Editora Artliber,2006.• Fundamental Principles of Polymeric Materials – S. L. Rosen – Ed. W
2012.• Introduction to Physical Polymer Science – L. H. Sperling – Ed. W
2006.
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Ciência e Engenharia dePolímerosInformações básicas
Avaliação:
• Prova 1 = 40%• Prova 2 = 40%• Teste = 20%
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Ciência e Engenharia dePolímeros
Cronograma – EMT-0
Data Dia Tópico07-03-16 Segunda Introdução ao Curso08-03-16 Terça Reações de polimerização14-03-16 Segunda Reações de polimerização15-03-16 Terça Copolimerização21-03-16 Segunda Configuração das cadeias poliméricas22-03-16 Terça Cadeias lineares e redes28-03-16 Segunda Conformação de polímeros29-03-16 Terça Conformação de polímeros04-04-16 Segunda Termodinâmica de soluções contendo polímeros05-04-16 Terça Não haverá aula11-04-16 Segunda Termodinâmica de soluções contendo polímeros12-04-16 Terça Avaliação de massa molar18-04-16 Segunda Avaliação de massa molar19-04-16 Terça Avaliação de massa molar25-04-16 Segunda Revisão26-04-16 Terça Prova 102-05-16 Segunda Diagramas de fase03-05-16 Terça Copolímeros em bloco, Blendas09-05-16 Segunda Morfologia: estado não cristalino10-05-16 Terça Morfologia: célula unitária16-05-16 Segunda Morfologia: teorias e cinética17-05-16 Terça Propriedades mecânicas23-05-16 Segunda Propriedades mecânicas24-05-16 Terça Transição vítrea30-05-16 Segunda Transição vítrea31-05-16 Terça Transição vítrea06-06-16 Segunda Elasticidade da borracha07-06-16 Terça Aplicações envolvendo polímeros/seminário13-06-16 Segunda Teste27-06-16 Segunda Revisão28-06-16 Terça Prova 2
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Borracha SBRCopolímero butadieno-estireno
BorrachaPoliisopreno
Polietileno
Nylon
Polipropileno ou poliuretanos
Materiais para a indústria automobilísti
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Copolímero emBloco poli(estireno-
butadieno); Nylon; Couro
Surlyn -
Couro e poliisobutileno
Fibras de carbono; epóxi; Nylon
Material Esportivo
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Poliéster (PET)
Algodão, Nylon
Celulose (algodão)
Spandex (poliur
Poli(acrilo nitrila); Nitrato de celulose - Rayon
Têxtil
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Polietileno; poliéster; poliestireno
Policarbonato, poliestireno
PVC
Disco
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PVC
Polipropileno
Nylon, poli(tetra fluoretilen poliuretano
Melamina-formaldeído
Tapetes e recobrimentos
Ciê i E h i d
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Poliuretano
Hidroxietil-celulose
Polietileno e Poli(ácido acrílico)
Poli(vinil pirrolidone)
Polietileno e Nylon
Produtos farmacêuticos
Ciê i E h i d
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Copolímeros ácido polilático- poliglicólico
PVC c/plastificante
PDMS
Dacron (poliéster-PET)
Polietileno
Hidrogel
Biomateriais
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Ciência e Engenharia dePolímerosAplicação dos conceitos de Ciência
de Materiais a Polímeros
CiênciaeEngenhariade
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Ciência e Engenharia dePolímerosAplicação dos conceitos de Ciência
de Materiais a Polímeros
Substituição de garrafas de vidro para envasamento de bebidascarbonatadasMotivação e exigências para novas embalagens:
– Necessidade de envasamento de quantidades maiores de líquido; – Redução de peso; – Manter transparência; – Aumento de resistência mecânica (Resistir a uma queda de 2m). – Evitar alteração dos alimentos; – Evitar perdas gasosas (< CO 2)
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Ciência e Engenharia dePolímerosSeleção de materiais
Candidatos:
Polietileno: flexível, opaco, elevado coeficiente de difusão gasosa;Polipropileno: flexível, translúcido, elevado coeficiente de difusãogasosa;Acrílico (poli(metacrilato de metila)): transparente, frágil, elevadocoeficiente de difusão;
Policarbonato: transparente, resistente, elevado coeficiente de difusão,caro;Teflon (poli(tetrafluor etileno)): frágil , baixo coeficiente de difusão,opaco;PET (poli(tereftalato de etileno)): resistente, baixo coeficiente dedifusão, transparente (dependendo da estrutura).
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Síntese do PET:Reações de Policondensação
CC
O O
HO O H HO O HC C
H H
HH
+
OO
C C
H H
HH
CC OHOOH [ ] n + H 2O
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Ciência e Engenharia dePolímerosMicroestrutura do PET
• PET: polímero semicristalinos (possuem cristais) disseminados em uma matriz amorfa ;• CRISTAIS: cadeias se acomodam regularmente no espaço;• AMORFA: cadeias não obedecem regularidade na sua disposição no espaço;• Cristais: usualmente apresentam-se na forma de lamelas que se agregam em esferulitas ;
Parte amorfa Parte cristalina
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Ciência e Engenharia dePolímerosCristais alongados
Caso as cadeias poliméricas tenham sua formaalterada durante o processamento, cristais
alongados podem ser gerados durante oresfriamento.
Cadeia polimérica
Ciência e Engenharia deRelação estrutura propriedades
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gPolímerosRelação estrutura-propriedades-
processamento do PET
PROCESSO ESTRUTURA RESISTÊNCIA MECÂNICATêmpera Amorfo 55 MPaResfriado lentamente Esferulita Frágil e opacoEstirado à 100°C 25% cristalino 170 MPaPós-tratamento à 150C 40% cristalino 350 MPa
Ciência e Engenharia deProcessamento de garrafas de
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gPolímeros
Processamento de garrafas dePET:
1. Injeção de cilindro
Ciência e Engenharia deProcessamento de garrafas de PET:
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PolímerosProcessamento de garrafas de PET:2. Moldagem por sopro
Ciência e Engenharia deRelação estrutura-propriedades-
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PolímerosRelação estrutura propriedadesprocessamento do PET
Ciência e Engenharia de
lí
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PolímerosPolímeros
• Polímeros : macromoléculas (cadeias poliméricas) formadas pelrepetição de unidades fundamentais (meros)
n = número de repetições da unidade fundamental ou grau de polimerização
Massa molar (peso molecular) da cadeia = n x massa molar do mero
• Plásticos : polímeros + aditivos
CH 2=CH 2 -CH 2-CH 2-(CH 2-CH 2)n-CH 2-CH 2 CH 2-CH 2-.
Etileno Polietileno
Ciência e Engenharia dePolímeros:
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PolímerosPolímeros:unidades de repetição
C
H
C
H
C
H
C
HH
C
H
C
H
C
H
C[ ]n
H H H H
H H HH
PVC - poli(cloreto de vinila)
C l
n][ C
H
C
HC l
C
H
C
H H
C
H
C
C l H
C
H
C
C
HHHH
C O )(n
H
H
CO )( n
C O )(n
CO )( n
H
H
n( )OC
Polietileno
O( )n
Ciência e Engenharia deP líPolímeros:
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PolímerosPolímeros:unidades de repetição
Uma especialmente estável cíclica estrutura é um anel de seis carbono, onde simples eduplas ligações se alternam. Tal anel é chamado de anel de benzeno ou grupo fenil, quandoligado à alguma outra estrutura:
C C
C
CC
CH
H
H H
H
H
Estrutura alifática - sem anéis de benzeno. Ex.: poliamida (Nylon 66)(C H 2 )6 N
H
CC
O O
(C H 2 )4 O HNH
H
[ ]n
Estrutura aromática - com anéis de
benzenoEx.: poliaramida (Kevlar)
[
H
H N
OO
C C
H
N
Ciência e Engenharia deP líP lí C i i
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PolímerosPolímeros ComerciaisPolímero Aplicações Estrutura
Polipropileno (PP)
Polímero semicristalino,termoplástico, poliadição
Recipientes, filmes, peças para indústriaautomotiva, brinquedos,utensílios domésticos,etc.
H
C
H H
C[ ]n
C H 3 Poliestireno (PS)
Polímero amorfo,termoplástico,
poliadição.
Recipientes(transparentes), copos,isopor, etc.
n][ C
HH
C
H
Poli(cloreto de vinila)(PVC)Polímero amorfo,termoplástico,
poliadição.
Filmes (embalangens),tubos, etc.
H
C
H H
C[ ]n
C l Poli(metil metacrilato)(PMMA)
Polímero amorfo,termoplástico,
poliadição.
Copos, recipientes, janelas, lentes, biomaterais, etc.
C H 3H
C
H
C[ ]n
C O
O C H 3
Ciência e Engenharia dePolímerosPolímeros Comerciais
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PolímerosPolímeros ComerciaisPolímero Aplicações Estrutura
Poli(tetraflúor etileno)Teflon®
Polímero semicristalino,termoplástico,
poliadição.
Recobrimentos, peças,fitas, etc.
F
n][ C
FF
C
F Poli(tereftalato deetileno)PETPolímero semicristalino,termoplástico,
policondesação.
Garrafas, copos, fibras(tecidos)
OO
C C
H H
HH
CCOO[
Poliamidas Nylon®
Polímero semicristalino,termoplástico,
policondensação.
Fibras, biomateriais,etc.
(C H 2 )6 N
H
CC
O O
(C H 2 ) 4N
H
[
Resina epoxídica
Polímero amorfo,termorrígido,
policondensação.
Matriz para compósitos,adesivos C
O
C C O
H
H
CH 3
CH 3
CH
H
O
H
H
C
O
C
H H
Resina de fenol-formaldeído
Polímero amorfo,termorrígido,
policondensação.
Adesivos, peçasautomotivas, etc. O H
H
H
C
n
Poliuretanos
Polímero amorfo,termorrígido,
policondensação.
Isopor, biomateriais,elastômeros
O
C R C
O
N
H
OO