Em sua quarta edição, revista e ampliada, agora com 442 páginas, 12 capítulos, este livro apresenta os conceitos técnicos concernentes aos materiais poliméricos, como a sua cristalinidade, taticidade, temperatura de fusão, estrutura e massa molecular, além do seu comportamento térmico, mecânico e em solução. Com exercícios ao final de cada capítulo.

 Sumário

Introdução geral

1.1) Histórico

1.2) Conceito de polímero

1.2.1) Duplas ligações reativas

1.2.2) Grupos funcionais reativos

1.3) Terminologia

1.4) Fontes de matérias-primas

1.4.1) Produtos Naturais

1.4.2) Hulha ou Carvão Mineral

1.4.3) Petróleo

1.5) Exercícios propostos

Estrutura molecular de polímeros

2.1) Forças moleculares em polímeros

2.1.1) Ligações Moleculares Primárias ou Intramoleculares

2.1.2) Ligações Moleculares Secundárias ou Intermoleculares

2.1.2.1) Forças de Van der Waals

2.1.2.2) Ligações de hidrogênio

2.2) Funcionalidade do monômero

2.3) Tipos de cadeias

2.3.1) Cadeias lineares

2.3.2) Cadeias ramificadas

2.3.3) Cadeias com ligações cruzadas

2.4) Copolímero

2.4.1) Ao acaso, aleatório ou estatístico

2.4.2) Alternado

2.4.3) Em bloco ou blocado

2.4.4) Grafitizado ou enxertado

2.5) Classificação dos polímeros

2.5.1) Quanto à estrutura química

2.5.1.1) Polímeros de cadeia carbônica

2.5.1.2) Polímeros de cadeia heterogênea

2.5.2) Quanto ao método de preparação

2.5.2.1) Polímeros de adição

2.5.2.2) Polímeros de condensação

2.5.3) Quanto ao comportamento mecânico

2.5.3.1) Plásticos

2.5.3.2) Elastômeros

2.5.3.3) Fibras

2.5.4) Quanto ao desempenho mecânico

2.5.4.1) Termoplásticos convencionais (Commodities)

2.5.4.2) Termoplásticos especiais

2.5.4.3) Termoplásticos de engenharia (TE)

2.5.4.4) Termoplásticos de engenharia especiais

2.6) Configuração molecular de cadeias poliméricas

2.6.1) Encadeamento em polímeros

2.6.2) Isomeria cis/trans/vinil em dienos

2.6.3) Taticidade

2.7) Conformação macromolecular de cadeias poliméricas

2.7.1) Novelo, aleatória ou enrodilhada

2.7.2) Zig-zag planar

2.7.3) Helicoidal, hélice ou espiral

2.8) Exercícios propostos

Polímeros em solução

3.1) Importância tecnológica

3.2) Dimensão da cadeia polimérica em solução

3.2.1) Modelo da cadeia livremente ligada

3.2.2) Modelo da cadeia com rotação tetraédrica livre

3.2.3) Modelo da cadeia com movimento restrito

3.2.4) Razão característica

3.2.5) Fator de expansão

3.3) Condição θ

3.4) Volume excluído

3.5) Solubilização de um polímero

3.5.1) Regras básicas (empíricas) da solubilização de um polímero

3.5.2) Efeito do tipo de cadeia polimérica na solubilização

3.6) Energia coesiva em polímeros

3.6.1) Parâmetro de Solubilidade Simples ou de Hildebrand

3.6.2) Parâmetro de Solubilidade Generalizado ou de Hansen

3.7) Métodos para a determinação do parâmetro de solubilidade

3.7.1) Constante de atração molar (G)

3.7.2) Inchamento em solvente

3.8) Fracionamento de polímeros

3.8.1) Fracionamento com adição de um não-solvente

3.8.2) Fracionamento por evaporação do solvente

3.8.3) Fracionamento por redução da temperatura

3.8.3.1) Fracionamento por eluição com aumento da temperatura (TREF)

3.8.3.2) Fracionamento por cristalização com redução da temperatura (CRYSTAF)

Massas molares e comprimento de cadeia de polímeros

4.1) Introdução

4.2) Tipos de Massas Molares Médias

4.2.1) Massa Molar Numérica Média

4.2.2) Massa Molar Ponderal Média

4.2.3) Massa Molar Viscosimétrica Média

4.2.4) Massa Molar Z – Média

4.4) Distribuições teóricas de massa molar

4.4.1) Polimerização em etapas ou policondensação com cadeias lineares

4.4.2) Polimerização em cadeia

4.5) Principais métodos experimentais para a determinação de massas molares

4.5.1) Massa molar numérica média

4.5.1.1) Análise de fins de cadeia

4.5.1.2) Propriedades coligativas

4.5.1.3) Cromatografia de Exclusão por Tamanho (SEC)

4.5.2) Massa molar ponderal média

4.5.2.1) Espalhamento de luz

4.5.2.2) Sedimentação sob ultracentrifugação

4.5.3) Massa molar Z-média 

4.5.4) Massa molar viscosimétrica média

4.5.4.1) Viscosimetria de soluções diluídas

4.6) Massa molar e comprimento de cadeia

4.7) Princípios de fracionamento

4.7.1) Precipitação fracionada

4.7.2) Cromatografia de Exclusão por Tamanho (SEC)

4.8) Exercícios propostos

Morfologia do estado sólido

5.1) Introdução

5.2) Modelos da morfologia de polímeros semicristalinos

5.2.1) Modelo da Micela Franjada

5.2.2) Modelo das Cadeias Dobradas, Lamelas ou Cristal Único

5.3) Empacotamento molecular

5.4) Estruturas cristalinas derivadas do processo de cristalização

5.4.1) Estrutura de cristalização Esferulítica

5.4.2) Estrutura de cristalização Shish-Kebab

5.5) Ligações interlamelares

5.6) Células unitárias de alguns polímeros semicristalinos

5.6.1) Polietileno (PE)

5.6.2) Polipropileno (PP)

5.6.3) Polihexametileno Adipamida (Náilon 6,6)

5.6.4) Polietileno Tereftalato (PET)

5.7) Grau de Cristalinidade

5.7.1) Determinação do Grau de Cristalinidade a partir do Volume Específico

5.7.2) Determinação do Grau de Cristalinidade a partir da Densidade

5.7.3) Determinação do Grau de Cristalinidade a partir da Entalpia de Fusão

5.7.4) Determinação do Grau de Cristalinidade a partir do Calor Específico

5.7.5) Determinação do Grau de Cristalinidade a partir do espectro de Difração de Raio-X

5.8) Fatores que alteram a cristalinidade

5.8.1) Fatores estruturais do polímero

5.8.1.1) Linearidade da cadeia

5.8.1.2) Taticidade

5.8.1.3) Grupo lateral

5.8.1.4) Configuração em torno de duplas ligações

5.8.1.5) Polaridade

5.8.1.6) Rigidez/flexibilidade da cadeia principal

5.8.1.7) Copolimerização

5.8.2) Fatores externos

5.8.2.1) Impurezas e aditivos

5.8.2.2) Agentes nucleantes e clarificantes

5.8.2.3) Segunda fase polimérica

5.8.3) Condições de processamento

5.8.3.1) Taxa de cisalhamento

5.8.3.2) Velocidade de resfriamento

5.9) Exercícios propostos

Síntese de Polímeros

6.1) Introdução

6.2) Classificação dos processos de polimerização

6.2.1) Número de Monômeros

6.2.2) Tipo da Reação Química

6.2.3) Cinética de Polimerização

6.2.4) Tipo de Arranjo Físico

6.3) Polimerização em etapas

6.3.1) Características da polimerização em etapas

6.3.2) Fatores que afetam a polimerização em etapas

6.3.2.1) Temperatura/tempo de reação

6.3.2.2) Catalisador

6.3.2.3) Adição não equimolar dos materiais iniciais

6.3.2.4) Funcionalidade do terceiro material inicial

6.3.2.5) Formas de se terminar uma polimerização em etapas

6.4) Polimerização em cadeia

6.4.1) Polimerização em cadeia via radicais livres

6.4.1.1) Iniciação

6.4.1.2) Propagação

6.4.1.3) Término

6.4.2) Polimerização iônica

6.4.2.1) Polimerização catiônica

6.4.2.2) Polimerização aniônica

6.5) Principais diferenças entre polimerização em cadeia e em etapas

6.6) Polimerização com abertura de anel

6.7) Copolimerização

6.8) Métodos de polimerização quanto ao arranjo físico

6.8.1) Polimerização em massa

6.8.2) Polimerização em solução

6.8.3) Polimerização em suspensão

6.8.4) Polimerização em emulsão

6.9) Degradação

6.9.1) Despolimerização

6.9.2) Cisão de cadeia

6.9.2.1) Hidrólise do Náilon

6.9.2.3) Degradação termomecânica do polietileno

6.9.3) Perda de grupos laterais

6.10) Exercícios propostos

Comportamento térmico de polímeros

7.1) Introdução

7.2) Principais temperaturas de transição de estado dos polímeros

7.2.1) Temperatura de transição vítrea ou Tg

7.2.2) Temperatura de fusão cristalina ou Tm

7.2.3) Temperatura de cristalização ou Tc

7.2.4) Temperaturas de transição sub-Tg

7.3) Volume livre

7.4) Redução da temperatura de fusão: teoria de Flory

7.4.1) Efeito do diluente na Tm do polímero

7.4.2) Efeito da massa molar na Tm do polímero

7.4.3) Efeito do comonômero na Tm do copolímero

7.5) Temperaturas de uso em engenharia

7.6) Influência de fatores estruturais sobre Tg e Tm

7.6.1) Simetria da estrutura química do mero

7.6.2) Rigidez/Flexibilidade da cadeia principal

7.6.3) Polaridade da cadeia principal

7.6.4) Efeito estérico do grupo lateral à cadeia principal

7.6.4.1) Efeito do volume do grupo lateral

7.6.4.2) Efeito do comprimento do grupo lateral

7.6.5) Isomeria em polidienos

7.6.6) Copolimerização

7.6.6.1) Sistema homogêneos, miscíveis ou monofásicos 

7.6.6.2) Sistemas heterogêneos, imiscíveis ou polifásicos

7.6.7) Massa molar

7.6.8) Ramificações

7.7) Influência de fatores externos sobre Tg e Tm

7.8) Resumo dos fatores que interferem na cristalinidade, Tg e Tm

7.9) Principais técnicas experimentais para a determinação das temperaturas de transição

7.9.1) Dilatometria

7.9.2) Calorimetria Diferencial de Varredura, DSC

7.9.3) Análise Térmica Dinâmico-Mecânica, DMTA

7.9.4) Temperaturas de amolecimento VICAT e HDT

7.10) Exercícios propostos

Cinética de cristalização de polímeros

8.1) Introdução

8.2) Cinética de cristalização

8.2.1) Nucleação de cristais

           Taxa de nucleação

8.2.2) Crescimento de cristais

8.3) Cristalização total isotérmica

8.3.1) Teoria de Avrami para a cristalização total isotérmica

8.3.1.1) Quantificação da cinética de cristalização por Dilatometria

8.3.1.2) Quantificação da cinética de cristalização por Calorimetria Diferencial de Varredura, DSC

8.3.2) Taxa de cristalização isotérmica

8.4) Temperatura de fusão em equilíbrio

8.5) Exercícios propostos

Comportamento mecânico de polímeros

9.1) Introdução

9.2) Viscoelasticidade em polímeros

9.2.1) Modelos de viscoelasticidade linear

9.2.1.1) Modelo de Maxwell

9.2.1.2) Modelo de Voigt

9.2.1.3) Modelo combinado de Maxwell-Voigt

9.3) Considerações sobre ensaios mecânicos em polímeros

9.3.1) Ensaios com solicitação sob tração

9.3.2) Ensaios com solicitação sob impacto

9.4) Características da fratura

9.4.1) Mecanismo da fratura frágil

9.4.2) Mecanismo da fratura dúctil em sistemas tenacificados

9.4.2.1) Escoamento por Bandas de Cisalhamento

9.4.2.2) Microfissuramento

9.5) Parâmetros que influem no comportamento mecânico dos polímeros

9.5.1) Estrutura química

9.5.2) Grau de cristalinidade

9.5.3) Massa molar

9.5.4) Orientação molecular

9.5.4.1) Modelo de reorientação molecular de Peterlin

9.5.4.2) Caracterização da orientação molecular via Razão Dicroica na Espectroscopia de Absorção no Infravermelho Polarizado

9.5.5) Copolimerização

9.5.6) Plastificação

9.5.7) Tenacificação com elastômeros 

9.5.8) Reforçamento com fibras

9.6) Princípios de superposição

9.6.1) Princípio de Superposição das Tensões ou de Boltzmann

9.6.2) Princípio de Superposição Tempo-Temperatura 

9.7) Conceito da teoria da reptação

9.8) Estados físicos em polímeros

9.9) Métodos físico-químicos de transformação de polímeros

9.9.1) Métodos físicos

9.9.1.1) Orientação

9.9.1.2) Plastificação

9.9.1.3) Solubilização

9.9.1.4) Espumação

9.9.1.5) Reforçamento

9.9.1.6) Tenacificação

9.9.2) Métodos químicos

9.9.2.1) Mastigação

9.9.2.2) Reticulação

9.9.2.3) Graftização ou Enxertia

9.9.2.4) Oxidação

9.11) Exercícios propostos

Comportamento óptico de polímeros

10.1) Introdução

10.2) Histórico

10.3) Refração da luz

10.4) Luz polarizada

10.5) Dupla refração da luz ou birrefringência

10.6) A birrefringência nos polímeros

10.7) Tipos de birrefringência

10.7.1) Birrefringência intrínseca

10.7.2) Birrefringência mecânica ou fotoelasticidade

10.7.3) Birrefringência de forma

10.7.4) Birrefringência induzida pelo fluxo fundido

10.8) Quantificação da birrefringência

10.8.1) Usando-se a Carta de Cores de Interferência de Michel-Lévy

10.8.2) Através do uso de compensadores

10.8.3) Medindo-se a intensidade da luz transmitida sob polarização cruzada

10.9) Cores de interferência do esferulito

10.10) Filmes flexíveis multicamadas

Elasticidade da borracha

11.1) Introdução

11.2) Equação da borracha

11.3) Características moleculares da borracha vulcanizada

11.4) Efeito de cargas reforçantes na resistência mecânica

11.4.1) Cargas Reforçantes Minerais Brancas

11.4.2) Carga Reforçante Orgânica Negra

11.5) Exercícios propostos

Experimentos em polímeros

12.1) Identificação Simples de Plásticos e Borrachas

12.1.1) Objetivo

12.1.2) Introdução

12.1.3) Procedimento experimental

12.1.3.1) Materiais

12.1.3.2) Equipamentos

12.1.3.3) Método

12.1.4) Resultados

12.2) Observação da solubilização de um polímero

12.2.1) Objetivo

12.2.2) Introdução

12.2.3) Procedimento experimental

12.2.3.1) Materiais

12.2.3.2) Equipamentos

12.2.3.3) Método

12.2.4) Resultados

12.2.5) Questões

12.3) Observação da precipitação de uma solução polimérica

12.3.1) Objetivo

12.3.2) Introdução

12.3.3.1) Materiais

12.3.3.2) Equipamentos

12.3.3.3) Método

12.3.4) Resultados

12.3.5) Questões

12.4) Identificação de polímeros por Espectroscopia de Absorção no Infravermelho

12.4.1) Objetivo

12.4.2) Introdução

12.4.3) Procedimento Experimental

12.4.3.1) Materiais

12.4.3.2) Equipamentos

12.4.3.3) Método

12.4.4) Resultados

12.4.5) Questões

12.5) Caracterização de polímeros por Espectroscopia de Absorção no Infravermelho

12.5.1) Introdução

12.5.2) Determinação da concentração dos isômeros cis/trans/vinil em polibutadieno

12.5.2.1) Objetivo

12.5.2.2) Materiais

12.5.2.3) Equipamentos

12.5.2.4) Método

12.5.2.5) Resultados

12.5.3) Quantificação dos componentes em uma blenda polimérica binária

12.5.3.1) Objetivo

12.5.3.2) Materiais

12.5.3.3) Equipamento

12.5.3.4) Método

12.5.3.5) Resultados

12.5.3.6) Questões

12.6) Caracterização da orientação molecular em polímeros via Razão Dicroica no IR polarizado

12.6.1) Objetivo

12.6.2) Introdução

12.6.3) Procedimento Experimental

12.6.3.1) Materiais

12.6.3.2) Equipamento

12.6.3.3) Método

12.6.4) Resultados

12.6.5) Questões

12.7) Observação da Cristalização Esferulítica em Polímeros semicristalinos por microscopia óptica de luz polarizada

12.7.1) Objetivo

12.7.2) Introdução

12.7.3) Procedimento Experimental

12.7.3.1) Materiais

12.7.3.2) Equipamentos

12.7.3.3) Método

12.7.4) Resultados

12.7.5) Atividades complementares

12.8) Determinação do Grau de Cristalinidade com medida da Densidade por Picnometria

12.8.1) Objetivo

12.8.2) Introdução

12.8.3) Procedimento experimental

12.8.3.1) Materiais

12.8.3.2) Equipamentos

12.8.3.3) Preparação da mistura de líquidos com densidade igual à da amostra

12.8.3.4) Picnometria

12.8.4) Resultados

12.8.5) Questões

12.9) Determinação do Grau de Cristalinidade com medida da entalpia de fusão por Calorimetria Diferencial de Varredura (DSC)

12.9.1) Objetivo

12.9.2) Introdução

12.9.3) Procedimento experimental

12.9.3.1) Materiais

12.9.3.2) Equipamento

12.9.3.3) Método

12.9.5) Questões

12.10) Polimerização em Massa Via Radicais Livres do Metacrilato de Metila

12.10.1) Objetivo

12.10.2) Introdução

12.10.3) Procedimento experimental

12.10.3.1) Materiais

12.10.3.2) Equipamento

12.10.3.3) Método

12.10.4) Resultados

12.10.5) Questões

12.10.6) Atividades complementares

12.11) Determinação da Massa Molar Viscosimétrica Média

12.11.1) Objetivo

12.11.2) Introdução

12.11.3) Procedimento experimental

12.11.3.1) Materiais

12.11.3.2) Equipamentos

12.11.3.3) Métodos

12.11.4) Resultados

12.11.5) Questões

12.12) Determinação do Índice de Fluidez (MFI)

12.12.1) Objetivo

12.12.2) Introdução

12.12.3) Procedimento experimental

12.12.3.1) Materiais

12.12.3.2) Equipamentos

12.12.3.3) Método

12.12.4) Resultados

12.12.5) Questões

12.13) Determinação da Temperatura de Amolecimento, VICAT

12.13.1) Objetivo

12.13.2) Introdução

12.13.3) Procedimento experimental

12.13.3.1) Materiais

12.13.3.2) Equipamento

12.13.3.3) Método

12.13.4) Resultados

12.13.5) Questões

12.14) Determinação da Densidade de Ligações Cruzadas em Borrachas Vulcanizadas

12.14.1) Objetivo

12.14.2) Introdução

12.14.3) Procedimento experimental

12.14.3.1) Materiais

12.14.3.2) Equipamentos

12.14.4) Resultados

12.14.5) Questões

Referências bibliográficas

13.1) Livros

13.2) Artigos científicos

13.3) Normas técnicas

13.4) Páginas na Internet

Apêndice A

Terminologia

Abreviações

Apêndice B

Estrutura química dos principais homopolímeros, elastômeros, copolímeros e termofixos