Aditivao para plsticos e elastmeros Prof Iara Terezinha

Aditivação para plásticos e elastômeros Prof. Iara Terezinha Santos

Aditivos e a evolução dos polímeros Polímeros -> inicio do século 20 II 2 GM -> grande expansão das indústrias de polímeros e produtos plásticos Produção de borracha sintética Necessidade de material isolante de fácil processabilidade -> produção PE e poliamida 6 ( dificuldade de acesso ao mercado de seda) e fabricação de paraquedas. Com o final do conflito , os polímeros começaram rapidamente a substituir os materiais tradicionais ( metais, vidros, madeiras em diversas campos de aplicação tais como indústria automobilística, eletroeletrônica e da construção civil e em produtos com aplicações espaciais e militares.

Evolução dos polímeros Atualmente (sec 21) -> qualidade de vida associado ao uso de polímeros sintéticos. Evolução significativa em termos de diversidade de materiais e com isso, a disponibilidade de produtos com um grande espectro de propriedades. Os materiais inicialmente apresentavam grandes limitações de desempenho, hoje competem com os materiais tradicionais, mesmo nas situações mais críticas. Polímeros com as mais diversas propriedades, tais como : condutores de eletricidade, biodegradáveis, resistentes as altas temperaturas ou elevado desempenho mecânico, por exemplo, são atualmente uma realidade industrial. Plásticos de engenharia e os de uso geral tornam essa classe de materiais de grande importância econômica e estratégica. Síntese de novos polímeros ( com estrutura química diferenciada a partir de novos monômeros), pela formação de copolímeros.

Copolímeros Preparação de copolímeros , combinando de diferentes maneiras e concentrações os monômeros, foi uma estratégia interessante, pois se poderia abreviar bastante as etapas de desenvolvimento já que as propriedades finais poderiam ser razoavelmente previstas. Ex: PET -> recebe diferentes comonômeros quando aplicação têxtil ou indústria de embalagens para bebidas carbonatadas. Varias combinações de butadieno e estireno : copolímeros ao acaso desses dois componentes e com maior teor de butadieno geram a borracha SBR ( cuja rigidez é proporcional ao teor e estireno), enquanto que copolímeros em blocos produz a borracha termoplástica SBS. Copolímeros em enxerto de butadieno em poliestireno -> PSAI ( alta rigidez e alta tenacidade). Atualmente a forma mais usada de adequar os polímeros existentes no mercado a uma nova aplicação é pelo uso de aditivos. AJUSTE as propriedade de um determinado material polimérico a uma aplicação específica, diversificando o uso dos polímeros em todos os segmentos industriais. ( Misturas poliméricas, ou blendas e ou compósitos).

Evolução dos aditivos Coincide com o desenvolvimento e evolução das industrias dos polímeros. EX: nitrato de celulose (1846) era de difícil manejo e até explosivo. A Adição de cânfora, viabilizou o uso tornando o mais flexível. O uso da borracha natural só foi possível após a descoberta da reticulação com S ( 1839) Os pneus de automóvel não seriam viáveis sem o uso de aditivos que aumentam a resistência a abrasão, protegem contra oxidação, radiação ultravioleta e ozônio. Ao nitrato de celulose foi adicionado fotoestabilizantes para proteger os alimentos embalados em este filme. O desenvolvimento do PVC com a incorporação de vários tipos de aditivos como plastificantes, estabilizantes térmicos e lubrificantes adequou ao uso. O polímero PEEK ( poli(éter-cetona e polisulfonas -> substitutos de metais em muitas aplicações, apresentam elevado desempenho quando foram aditivados com fibras de reforço como as de vidro e de carbono.

Desenvolvimento de materiais poliméricos Seleção de materiais poliméricos apropriados para uma aplicação específica Dilema -> escolha entre a a)síntese de um novo polímero , que atenda a todas as especificações de projeto b) copolimerização a partir de monômeros conhecidos e c) a aditivação de um polímero comercial. Caso a e b recorrer a síntese ( reações de polimerização)-> elevado tempo de desenvolvimento, dificuldade em disponibilidade e alto custo de fabricação. Limitação : baixa versatilidade na escolha e utilização. A realidade industrial busca grande rapidez e boa relação custo-benefício. A síntese de novos polímeros ou copolímeros podem demandar mudanças profundas nas instalações fabris, como em equipamentos de mistura e processamento, além de treinamento de pessoal, equipamentos de análise e caracterização. >>>>>>>ADITIVAÇAO (desenvolvimento da formulação)

Polímeros , aditivos e o ambiente IMPACTO AMBIENTAL; derivados do petróleo (matéria prima não renovável) -> aumento da preocupação da sociedade. Plásticos: não biodegradáveis ( acumulo de peças em lixões e oceanos)-> campanhas anticonsumo. Cenário EXAGERADO? ? BAQUELITE ( FINAL sec 19) – salvou os elefantes da completa extinção. Os USA importaram 1909 400 t marfim de elefante para supri mercado interno ( bolas de bilhar, teclas de piano, cabos de talheres piteiras de cachimbo). Área agricultável não é suficiente para produzir alimentos, plantar algodão ou criar carneiros em quantidade suficiente para alimentar e vestir toda a população existente no mundo ? ? ? (fibras sintéticas pode ajudar a preservar os ecossistemas brasileiros que estão sendo destruídos pela monocultura do algodão? 1ª empresa brasileira a produzir elastômero usava o etanol de cana de açúcar como matéria prima para obter o butadieno (COPERBO) No brasil estão sendo implantadas no brasil fabricas de termoplásticos usando álcool de cana como matéria prima de partida para os monômeros. O glicerol (subproduto do biodiesel ) pode ser obtido para a produção de termofixos.

Crise de Petróleo Consequências imediatas: a) desenvolvimento de espumas plásticas (agente b)incorporação de carga mineral de baixo custo c) valorização do material reciclado. expansão), Necessidade de melhorar as propriedades de um material reciclado desencadeou grandes desenvolvimentos em sistemas de estabilização, melhorando a qualidade do material e, assim prolongando a vida útil de novos produtos. Os aditivos interferem positivamente na preservação ambiental No processamento o uso de lubrificantes reduz a temperatura de processamento , com economia de energia; O uso de agentes nucleantes em produtos injetados reduz o tempo de ciclo, também o consumo nas industrias; Os antioxidantes e fotoestabilizantes prolongam a vida útil do produto, torando-o mais ecoeficiente; Aditivos que modificam o comportamento mecânico, como carga de reforço e os modificadores de impacto, reduzem as chances de falha prematura do material, aumentando sua durabilidade; Aditivos representam um benefício em termos ambientais, desde que esses materiais sejam adequadamente usados, descartados e reciclados. (CONTRIBUIÇÃO DO CONSUMIDOR EM GERAL).

Importância técnica e mercadológica dos aditivos Indústria de materiais plásticos transformados (2010)-> mercado de 22 bilhões de dólares consumo de 6 milhões de ton de artefatos plásticos. Mundo -> consumo plásticos de 176 milhos de ton sendo 8 milhões t em aditivos. Diversificação de aplicação dos polímeros aditivos agregam qualidades e características diferenciadas a um mesmo tipo de material polimérico. Ex: PVC ( esquadrias, botas de segurança ou calcados femininos) Formulação ( conjunto de aditivos que conferem características específicas). Tipos de aditivos : Aditivos protetores, aditivos de processamento e aditivos modificadores Características do plásticos aditivos adicionados Baixas propriedades mecânicas-> carga de reforço ou modificador de impacto Sofrem efeitos de intemperismo foto e termoestabilizantes Inflamáveis retardante de chama Alta viscosidade no processamento Rigidez elevada-- plastificante Dificuldade de pintura pigmento ou modificador de superfície Acumulo de poeira e carga estática- anti-estático Baixa temperatura limite de uso carga ou reticulante Não são biodegradáveis- pro -degradantes -- lubrificante

Requisitos gerais dos aditivos Aditivos podem ser l, liquido viscosos ou sólidos, orgânicos ou inorgânicos. Obtidos de fontes naturais , sintéticas ou minerais e são adicionados de 0, 1% a 50% em massa dependendo do tipo e da finalidade. Eficiência em sua função -> menor quantidade possível Estabilidade na condição de processamento. Temp. elevadas-> podem provocar reação químicas em aditivos termosensíveis. Fácil distribuição e dispersão -> aditivos concentrados ou 50% aditivo disperso em um polímero veiculo em que o polímero veiculo é incopativo com o polímero aditivado. Estabilidade na condição de serviço -> o efeito tempo pode provocar alteração química ou físicas nos aditivos, ou podem ocorrer reações químicas entre os aditivos. Não migrar ou migrar de forma controlada-> aditivos possuem baixa massa molar podem ter mobilidade acentuada na massa polimérica, difundindo para a superfície do produto. ( esbranquecimento, descoloração, pegajosidade). Ser atóxico e não provocar gosto ou odor ( contato com alimentos, medicamentos ou brinquedos) Não afetar negativamente as propriedades do polímero-> Ser de baixo custo

Exceções Agente químicos de expansão e os reticulantes termoplásticos -> adicionados para sofrerem reações durante o processamento. Alguns pigmentos-> conferem o efeito textura ( imitando granito ou mármore) e assim não devem ser bem dispersos. O biocida -> adicionado para evitar a proliferação de micro-organismos >(requisito atóxicidade) Antiestático -> migração desejada

Tipos e classificações Classificação geral: Aditivos protetores, aditivos de processamento e aditivos modificadores Aditivos protetores -> atuam diretamente no controle da durabilidade de um artefato plástico ou elastômero, pela ação do intemperismo ou pela ação de agentes externos: Estabilizantes: antioxidantes, fotoestabilizantes e desativadores de metais. Antiácidos Antimicrobianos ou biocidas e Retardantes de chama Aditivos modificadores-> alteração controlada de propriedades visando a uma aplicação final específica. Antiestáticos e anti-fogging, ( aumentam a condutividade elétrica do material como um todo) Agentes reticulantes de termoplásticos Agentes de cor ou colorantes: pigmentos, corantes e embranquecedores; Agentes espumantes; Agentes nucleantes -> controlam o grau de cristanlinidade de uma peça, reduzindo o tempo de ciclo da peça. Os plásticos heterofásicos são produzidos usando: Modificadores de impacto ou tenacificantes ( aumentao RI) Cargas: de enchimento e reforço - reduzir

Situações dúbias Plastificantes_> atuam no processamento mas alteram as ppdades mecanicas; Agentes nucleantes-> alteram as ppdades óticas, mas reduzem os ciclos de injeção ( aditivos de processamento) Os espumantes atuam no processamento, mas mudam características físicas e mecânicas dos polímeros. Cargas inertes e de reforço – alteram as ppdades mecânicas e são aditivos de processamento (reduzem a contração de moldagem). Exemplo típico: negro de fumo -> aumenta resistência a tração e módulo elástico, confere cor preta, atua estabilizante a radiação ultravioleta. Os estabilizantes cadeia longa-> atua como plastificante. Talco (aditivo com diversas funções -> agente nucleante, carga de reforço). NÃO EXISTE UM REGRA ABSOLUTA COM RELAÇÃO A CONCENTRAÇÃO IDEAL

Aditivos de processamento -> atuam durante a transformação do material plástico, acelerando o processo, alterando as ppdades reológicas ou controlando propriedades específicas de processamento. Plastificantes-> deslocam a tg para valores mais baixos, aumentando a flexibilidade à t amb. Lubrificantes e desmoldantes -> reduzem a viscosidade do material fundido dentro do equipamento de processamento; Agentes deslizantes ou anti-bloqueio -> evitam adesão de peças plásticas entre si, especialmente produção de filmes. Auxiliares de fluxo

Formulação de elastômeros (borrachas) Agente de vulcanização; Acelerador; Ativador; Antioxidante; Carga (reforçadora ou inerte); Plastificante, etc. 15

Mistura da borracha Uso de misturador abertos de cilindros ou fechados tipo banbury. A massa homogeneizada , de aspecto córneo, massa crua, é submetida à moldagem, sob calor e pressão. Neste estágio ocorre a reação de vulcanização, passando o polímero , que era solúvel e fusível, pela reticulação molecular. 16

Formulação do plástico Estabilizador; Plastificante; Carga; Corante e pigmento; Lubrificante; Catalisador; Agente de cura; Agente de esponjamento, etc 17

Mistura do plástico Proceder a homogeneização dos pós seguido da extrusão, seguida de corte, para obtenção dos pellets, regulares, cilíndricos ou poliédricos para preparação dos corpos de prova para os ensaios físicos. 18

Fibras Contêm polímero que passa por equipamentos para obtenção dos filamento, que recebem eventual tratamento superficial. As formulações de fibras são mais simples; 19

Elasticidade É uma característica encontrada em todos os materiais sob deformação, seja por tração ou por compressão. Depende da natureza química, da temperatura e da velocidade de deformação. O termo elasticidade é ambíguo, e tem significados variáveis, conforme se aplique a materiais macios (soft), borrachosos (rubbery) ou materiais duros (hard), rígidos (stiff). 20

Deformação de materiais Deformação elástica em faixa estreita (0, 1%) : reversível e ocorre com alto módulo; é uma alteração não permanente; este tipo de deformação obedece a lei de Hooke- deformação é proporcional a força aplicada; esta elasticidade é ligeiramente afetada pela temperatura; esta deformação é mais evidente em materiais cristalinos, reticulados ou abaixo da Tg. 21

Deformação elástica em faixa larga (cerca de 1000 %) Reversível e ocorre com baixo módulo; Depende da configuração molecular do material; Deformação pode ser totalmente recuperada; Pela aplicação da força de tração pequenas, ocorre o desembaraçamento das macromoléculas, que passam então realmente a reagir à ação da força. Nessa fase a deformação pode ser totalmente recuperada. Ex: borracha natural vulcanizada. 22