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MATERIAIS PLÁSTICOS – POLÍMEROS E POLIURETANOS

Vamos explicar um pouco alguns materiais utizados em nossos produtos, suas aplicações e diferenças

O que são POLIMEROS:

Polímeros são materiais compostos por macromoléculas. Essas macromoléculas são cadeias compostas pela repetição de uma unidade básica, chamada mero. Daí o nome: poli (muitos) + mero.

Os meros estão dispostos um após o outro, como pérolas num colar. Uma macromolécula assume formato muito semelhante ao de um cordão.

Pode-se fazer uma analogia: as moléculas de um polímero estão dispostas de uma maneira muito semelhantes a um novelo de lã. É difícil extrair um fio de um modelo de lã. Também é difícil remover uma molécula de uma porção de plástico, pois as cadeias “seguram-se” entre si.

Por exemplo, o polietileno (ou, abreviadamente, PE) – plástico extremamente comum usado, por exemplo, em saquinhos de leite – é composto pela repetição de milhares de unidades da molécula básica do etileno (ou eteno).

O que são POLIURETANOS:

Poliuretano (denominado pela sigla PU) é um polímero que compreende uma cadeia de unidades orgânicas unidas por ligações uretânicas. É amplamente usado em espumas rígidas e flexíveis, em elastômeros duráveis e em adesivos de alto desempenho, em selantes, em fibras, vedações, gaxetas, preservativos, carpetes, peças de plástico rígido e tintas.

Poliuretanos tem este nome porque são formados por unidades de uretano, ou carbamato.

Como são produzidos os POLÍMEROS:

A matéria prima que dá origem ao polímero chama-se monômero. No caso do polietileno (PE) é o etileno (ou eteno).

Por sua vez, o monômero é obtido a partir do petróleo ou gás natural, pois é a rota mais barata.

É possível obter monômeros a partir da madeira, álcool, carvão e até do CO2, pois todas essas matérias primas são ricas em carbono, o átomo principal que constitui os materiais poliméricos. Todas essas rotas, contudo, aumentam o preço do monômero obtido, tornando-o não competitivo.

No passado, os monômeros eram obtidos de resíduos do refino do petróleo. Hoje o consumo de polímeros é tão elevado que esses “resíduos” de antigamente tem de ser produzidos intencionalmente nas refinarias para dar conta do consumo.

Como se dividem os  POLÍMEROS:

Há diversas maneiras de se dividir os polímeros. A classificação conforme as características mecânicas talvez seja a mais importante. Ela decorre da configuração específica das moléculas do polímero.

Sob este aspecto, os polímeros podem ser divididos em termoplásticos, termorrígidos (termofixos) e elastômeros (borrachas).

Termoplásticos:

São os chamados plásticos, constituindo a maior parte dos polímeros comerciais.

A principal característica desses polímeros é poder ser fundido diversas vezes. Dependendo do tipo do plástico, também podem dissolver-se em vários solventes. Logo, sua reciclagem é possível, uma característica bastante desejável nos dias dias de hoje.

As propriedades mecânicas variam conforme o plástico: sob temperatura ambiente, podem ser maleáveis, rígidos ou mesmo frágeis.

Estrutura molecular: moléculas lineares dispostas na forma de cordões soltos, mas agregados, como num novelo de lã.

Exemplos: polietileno (PE), polipropileno (PP), poli(tereftalato de etileno) (PET), policarbonato (PC), poliestireno (PS), poli(cloreto de vinila) (PVC), poli(metilmetacrilato) (PMMA)…

Termorrígidos (Termofixos):

São rígidos e frágeis, sendo muito estáveis a variações de temperatura. Uma vez prontos, não mais se fundem. O aquecimento do polímero acabado a altas temperaturas promove decomposição do material antes de sua fusão. Logo, sua reciclagem é complicada. Estrutura molecular: na verdade, os cordões estão ligados fisicamente entre si, formando uma rede ou reticulado. Eles estão presos entre si através de numerosas ligações, não se movimentando com alguma liberdade como no caso dos termoplásticos. Pode-se fazer uma analogia com uma rede de malha muito fina.

Exemplos: baquelite, usada em tomadas e no embutimento de amostras metalográficas; poliéster usado em carrocerias, caixas de água, piscinas, etc., na forma de plástico reforçado (fiberglass).

Elastômeros (Borrachas):

Classe intermediária entre os termoplásticos e os termorrígidos: não são fusíveis, mas apresentam alta elasticidade, não sendo rígidos como os termofixos.

Reciclagem complicada pela incapacidade de fusão, de forma análoga aos termorrígidos.

Estrutura molecular: a estrutura é similar à do termorrígido mas, neste caso, há menor número de ligações entre os “cordões”. Ou seja, é como se fosse uma rede, mas com malhas bem mais largas que os termorrígidos. Exemplos: pneus, vedações, mangueiras de borracha.

ALGUNS POLÍMEROS DE IMPORTÂNCIA INDUSTRIAL

Certos plásticos se destacam por seu baixo preço e grande facilidade de processamento, o que incentiva seu uso em larga escala. São os chamados plásticos ou resinas commodities, materiais baratos e usados em aplicações de baixo custo. São o equivalente aos aços de baixo carbono na siderurgia.

Os principais plásticos commodities são: polietileno (PE), polipropileno (PP), poliestireno (PS) e o policloreto de vinila (PVC). A distribuição da produção desses plásticos no Brasil, em 1998, pode ser vista no gráfico abaixo:

Polietileno (PE)

Mero: etileno (designação antiga do eteno): G.P. = 50.000 a 300.000 Principais propriedades: Baixo custo; Elevada resistência química e a solventes; Baixo coeficiente de atrito; Macio e flexível; Fácil processamento; Excelentes propriedades isolantes; Baixa permeabilidade à água; Atóxico; Inodoro.

Há quatro tipos básicos:

Polietileno de Baixa Densidade (PEBD): 0,910-0,925 g/cm3. Apresenta moléculas com alto grau de ramificação. É a versão mais leve e flexível do PE. É utilizado basicamente em filmes, laminados, recipientes, embalagens, brinquedos, isolamento de fios elétricos, etc. Produção brasileira em 1998: 652.647 t.

Polietileno de Baixa Densidade Linear (PEBDL): 0,918-0,940 g/cm3. Apresenta menor incidência de ramificações, as quais se apresentam de forma mais regular e são mais curtas que no PEBD. Suas propriedades mecânicas são ligeiramente superiores ao PEBD em termos de resistência mecânica. Seu custo de fabricação é menor. Sua flexibilidade e resistência ao impacto recomenda sua aplicação para embalagens de alimentos, bolsas de gelo, utensílios domésticos, canos e tubos. Produção brasileira em 1998: 175.053 t.

Polietileno de Alta Densidade (PEAD): 0,935 – 0,960 g/cm3. Apresenta estrutura praticamente isenta de ramificações. É um plástico rígido, resistente à tração, com moderada resistência ao impacto. Utilizado em bombonas, recipientes, garrafas, filmes, brinquedos, materiais hospitalares, tubos para distribuição de água e gás, tanques de combustível automotivos, etc. Produção brasileira em 1998: 692.864 t.

Polietileno de Ultra Alto Peso Molecular (PEUAPM): G.P. da ordem de 3.000.000 a 6.000.000. Alta inércia química, alta resistência à abrasão e ao impacto, baixo coeficiente de atrito, alta maciez. Praticamente infusível, processado com grande dificuldade, geralmente através de sinterização. Aplicações: engrenagens, componentes para bombas de líquidos corrosivos, implantes de ossos artificiais, isolamento de fios e cabos, mancais, revestimentos de pistas, trilhos-guias, etc. O Brasil ainda não produz este tipo de plástico.

Polipropileno (PP)

Mero: propileno (designação antiga do propeno):

Propriedades muito semelhantes às do PE, mas com ponto de amolecimento mais elevado. Principais propriedades: Baixo custo; Elevada resistência química e a solventes; Fácil moldagem; Fácil coloração; Alta resistência à fratura por flexão ou fadiga; Boa resistência ao impacto acima de 15oC; Boa estabilidade térmica; Maior sensibilidade à luz UV e agentes de oxidação, sofrendo degradação com maior facilidade. Aplicações: Brinquedos; Recipientes para alimentos, remédios, produtos químicos; Carcaças para eletrodomésticos; Fibras; Sacarias (ráfia); Filmes orientados; Tubos para cargas de canetas esferográficas; Carpetes; Seringas de injeção; Material hospitalar esterilizável; Autopeças (pára-choques, pedais, carcaças de baterias, lanternas, ventoinhas, ventiladores, peças diversas no habitáculo). Peças para máquinas de lavar. Atualmente há uma tendência no sentido de se utilizar exclusivamente o PP no interior dos automóveis. Isso facilitaria a reciclagem do material por ocasião do sucateamento do veículo, pois se saberia com qual material se estaria lidando. Produção brasileira de PP em 1998: 702.795 t.

Poliestireno (PS)

Mero: estireno:

Termoplástico duro e quebradiço, com transparência cristalina. Principais propriedades: Fácil processamento; Fácil coloração; Baixo custo; Elevada resistência a ácidos e álcalis; Semelhante ao vidro; Baixa densidade e absorção de umidade; Baixa resistência a solventes orgânicos, calor e intempéries. Produção brasileira em 1998: 129.879 t (excluindo isopor). Há quatro tipos básicos: PS cristal: homopolímero amorfo, duro, com brilho e elevado índice de refração. Pode receber aditivos lubrificantes para facilitar processamento. Usado em artigos de baixo custo. PS resistente ao calor: maior P.M., o que torna seu processamento mais difícil. Variante ideal para confecção de peças de máquinas ou automóveis, gabinetes de rádios e TV, grades de ar condicionado, peças internas e externas de eletrodomésticos e aparelhos eletrônicos, circuladores de ar, ventiladores e exaustores. PS de alto impacto: contém de 5 a 10% de elastômero (borracha), que é incorporado através de mistura mecânica ou diretamente no processo de polimerização, através de enxerto na cadeia polimérica. Obtém-se desse modo uma blenda. Muito usado na fabricação de utensílios domésticos (gavetas de geladeira) e brinquedos. PS expandido: espuma semi-rígida com marca comercial isopor(R). O plástico é polimerizado na presença do agente expansor ou então o mesmo pode ser absorvido posteriormente. Durante o processamento do material aquecido, ele se volatiliza, gerando as células no material. Baixa densidade e bom isolamento térmico. Aplicações: protetor de equipamentos, isolantes térmicos, pranchas para flutuação, geladeiras isotérmicas, etc. Produção brasileira em 1998: 10.000 t.

Poli(cloreto de vinila) (PVC)

Mero: cloreto de vinila:

Principais propriedades: Baixo custo; Elevada resistência a chama, pela presença do cloro; Processamento demanda um pouco de cuidado. Restrições: O monômero é um potente cancerígeno; deve haver controle do teor residual que permanece no polímero, particularmente em aplicações em que o polímero vai entrar em contato com alimentos. Plastificantes (aditivo usado para tornar o polímero mais flexível) a base de ftalatos também são considerados cancerígenos. O Greenpeace vem promovendo ampla campanha para banir o uso do PVC que contenha esse aditivo, particularmente em brinquedos e produtos que ve-nham a entrar em contato com alimentos. Produção brasileira em 1998: 649.840 t. Há quatro tipos básicos: PVC rígido, isento de plastificantes. Duro e tenaz, com excelentes propriedades térmicas e elétricas. Resistente à corrosão, oxidação e intempéries. Usado na fabricação de tubos, carcaças de utensílios domésticos e baterias. PVC flexível ou plastificado, que contém de 20 a 100 partes de plastificante por 100 de polímero. Usado no revestimento de fios e cabos elétricos, composições de tintas (látex vinílico), cortinas de banheiros, encerados de caminhão (sanduíche filme de PVC + malha de poliéster + filme de PVC), etc. PVC transparente, isento de cargas. PVC celular ou expandido.

nota da ANVISA – http://www.nossofuturoroubado.com.br/arquivos/junho_10/nota.pdf

Plasticos de engenharia –  são resinas que apresentam propriedades superiores às chamadas resinas commodities. Seu preço, porém, é bem mais elevado. Seriam os equivalentes aos aços-liga da siderurgia.

A seguir estão listados os mais comuns.

Poli(tereftalato de etileno)

Plástico da família do poliéster. Mero: ácido tereftálico ou tereftalato de dimetila e glicol etilênico.

Principais propriedades: Boa resistência mecânica térmica e química; Boas propriedades de barreira: absorção de oxigênio é de 10 a 20 vezes menor que nos plásticos “commodities”; Fácil reciclabilidade. Produção brasileira em 1998: 143.000 t. Trata-se de um polímero de engenharia que, graças ao contínuo aperfeiçoamento de seu processo de fabricação e à enorme aceitação na fabricação de garrafas de refrigerante, acabou mudando de status: passou de plástico de engenharia para commodity. Aplicações: Como garrafas para bebidas carbonatadas, óleos vegetais, produtos de limpeza, etc.; Na forma de fibras, sob marcas Tergal ® (ICI) ou Dracon ® (Du Pont), apresentam excelente resistência mecânica e ao amassamento, bem como lavagem e secagem rápida; Na forma de películas transparentes e altamente resistentes, sob marca Mylar ®, mas algo caras. São usadas em aplicações nobres: isolamento de capacitores, películas cinematográficas, fitas magnéticas, filmes e placas para radiografia; Resina para moldagem com reforço de 30% de fibra de vidro, sob marca Rynite ® (Du Pont), usada na fabricação de carcaças de bombas, carburadores, componentes elétricos de carros, etc.

Policarbonato

Plástico da família dos poliésteres aromáticos. Monômeros: fosgênio e bisfenol A. Há suspeitas de que o bis-fenol A mimetizaria efeitos de hormônios humanos, o que po-deria causar distúrbios endócrinos. Contudo, elas não foram confirmadas até o momento.

Principais propriedades: Excelente resistência ao impacto; Excelente transparência: 96%; Boa estabilidade dimensional e térmica; Resistente aos raios ultravioleta; Boa usinabilidade; Alta temperatura de deflexão; Boas características de isolamento elétrico. Produção brasileira em 1995: 10.000 t. Este importante plástico de engenharia foi acidentalmente descoberto em 1898 na Alemanha, mas só em 1950 é que seu desenvolvimento foi retomado, passando a ser comercializado a partir de 1958. Aplicações: Compact-Discs (CD’s); Janelas de segurança (por exemplo, em trens de subúrbio); Óculos de segurança; Carcaças para ferramentas elétricas, computadores, copiadoras, impressoras… Bandejas, jarros de água, tigelas, frascos… Escudos de polícia anti-choque; Aquários; Garrafas retornáveis.

Curiosidade: cotação desses materiais em dezembro de 1998, o preço por quilo em reais era:

PEBD: 1,19 PEAD: 1,15 PP: 1,17 PS: 1,18 PET: 1,20 HIPS: 1,18 PS Exp.: 1,78 PVC rígido: 1,38 PVC flexível: 1,38 PC: 6,85

Contudo, a crise cambial ocorrida no início de 1999 provocou acréscimo de preços de até 50% no preço das resinas, de acordo com manifesto da Abiplast em fevereiro daquele ano.

Temos uma infinidade de composições resultantes do que chamamos união de várias moléculas.

Dentre elas, como exemplo importante podemos citar a Rhodia que também produz o polímero de Poliamida PA6.6, que traz novas funcionalidades como proteção UV e funções anti-estáticas. Trata-se de um polímero termoplástico alifático cuja síntese se baseia na policondensação de seus monômeros – diamina de hexametileno e ácido adípico.

A diferença de utilização está baseada na finalidade do objeto.

Alguns polímeros são maios resistente a determinados solventes, além das características específicas de cada polimeração.

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