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Tecnologia dos MateriaisIntrodução aos Polímeros
Prof. Henrique Cezar Pavanati
E-mail: [email protected]
Módulo II – Mecânica
Instituto Federal de Santa Catarina
Campus Florianópolis
Departamento Acadêmico de Metal-Mecânica
Curso Técnico em Mecânica
www.pavanati.com.br
Prof. Henrique Cezar Pavanati
Introdução aos Polímeros
2/68Materiais e Processos de Fabricação
Etimologia da palavra “polímero”
“muitas partes”
A palavra polímero origina-se do grego poli
(muitos) e mero (unidade de repetição).
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Introdução aos Polímeros
3/68Materiais e Processos de Fabricação
monômero mono (um)
oligômero oligo (poucos)
mero (unidade de repetição).
C C C C C C
HH H H H H
H H H H H H
nn C
H
H
C
H
H
mero
etileno polietileno
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Introdução aos Polímeros
4/68Materiais e Processos de Fabricação
Vantagens dos Polímeros
• Facilidade de fabricação;
• Economia em peso;
• Resistência à corrosão;
• Isolação elétrica;
• Baixa permeabilidade a vapores;
• Transparência;
• Características de amortecimento.
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Introdução aos Polímeros
5/68Materiais e Processos de Fabricação
• Baixa resistência mecânica;
• Instabilidade dimensional;
• Termicamente instáveis;
• Sujeitos à deterioração;
• Odor;
• Dificuldade de reparação.
Desvantagens dos Polímeros
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Introdução aos Polímeros
6/68Materiais e Processos de Fabricação
Propriedades variadas conforme o tipo de polímero
Poliestireno (isopor) e Nomex® (poliamida)
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Introdução aos Polímeros
7/68Materiais e Processos de Fabricação
História dos polímeros
1500 – Bolas de látex natural - civilização Maia;
1839 – Vulcanização da borracha com enxofre, a 270 ºC –
C. Goodyear;
1907 – Sintetização do primeiro polímero (baquelite, isolante
eléctrico) - L. Bakeland;
1917 – Descoberta da estrutura da celulose por M. Polani;
1920 – Teoria da polimerização por Staudinger (prémio Nobel
da química);
1927 – Produção em larga escala de PVC (policloreto de
vinila);
1930 – Invenção de PS (poliestireno, utilizado em emba-
lagens);
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Introdução aos Polímeros
8/68Materiais e Processos de Fabricação
1938 – Invenção do nylon (W. Carothers DuPont);
1941 – Invenção do polietileno (embalagens, etc);
1970 – Desenvolvimento de polímeros moldados a tempera-
tura mais elevada;
1976 – Indústria dos plásticos supera a do aço.
Hoje em dia utiliza-se mais plástico que aço,
alumínio e cobre juntos.
História dos polímeros (cont.)
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Introdução aos Polímeros
9/68Materiais e Processos de Fabricação
Mercado dos polímeros
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Introdução aos Polímeros
10/68Materiais e Processos de Fabricação
Polímeros e polimerização
Polimerização – produtos simples (monômeros)
reagem entre si, combinando suas moléculas,
formando macromoléculas, caracterizadas pela
repetição de uma unidade básica (meros).
C C C C C C
HH H H H H
H H H H H H
nn C
H
H
C
H
H
mero
etileno polietileno
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Introdução aos Polímeros
11/68Materiais e Processos de Fabricação
Como é obtido o Monômero?
- Petróleo e Gás Natural;
- Hulha e carvão mineral;
- Produtos Naturais.
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Introdução aos Polímeros
12/68Materiais e Processos de Fabricação
Classificação dos polímeros
Classificação quanto ao comportamento mecânico
“Plásticos”
Elastômeros
Materiais Poliméricos
Plásticos Se deformam plasticamente
Elastômeros Se deformam elasticamente
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Introdução aos Polímeros
13/68Materiais e Processos de Fabricação
Classificação dos polímeros
Classificação quanto a estrutura
Termoplásticos
Deformáveis por calor;
Menos rígidos;
Estabilidade térmica e dimensional limitada;
Podem ser reciclados.
Termorrígidos (termofixos ou termoestáveis)
Forma sólida por calor + cura;
Mais rígidos;
Melhor estabilidade térmica e dimensional;
Degradam com o calor.
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Introdução aos Polímeros
14/68Materiais e Processos de Fabricação
Classificação dos polímeros
Classificação quanto à aplicação
de alto desempe-
nho ou especiais
de uso específico
ou de engenharia
Polímeros...
de uso geral
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Introdução aos Polímeros
15/68Materiais e Processos de Fabricação
Classificação dos polímeros
Classificação quanto a ocorrência
Naturais
Encontrados na natureza;
ex. celulose, algodão, lã de carneiro...
Sintéticos
Obtidos artificialmente;
ex. acrílico, isopor®, teflon...
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Introdução aos Polímeros
16/68Materiais e Processos de Fabricação
Classificação dos polímeros
Classificação quanto ao número de diferentes
meros presentes no polímero
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Introdução aos Polímeros
17/68Materiais e Processos de Fabricação
Classificação dos polímeros
COPOLÍMEROS
Meros
diferentes
aleatório alternado bloco grafitizado
F F
F F
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Introdução aos Polímeros
18/68Materiais e Processos de Fabricação
Cristalinidade dos polímeros
Polímeros são
cadeias longas...
Polímero 100%
Cristalino???
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Introdução aos Polímeros
19/68Materiais e Processos de Fabricação
Variação das propriedades
com a cristalinidade
Cristalino Amorfo
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Introdução aos Polímeros
20/68Materiais e Processos de Fabricação
Propriedades térmicas
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Introdução aos Polímeros
21/68Materiais e Processos de Fabricação
Propriedades térmicas
• Temperatura de Transição Vítrea (Tg) – as cadeias
que formam os cristais se desprendem tornando-se
amorfas. Na prática o polímero se torna mais flexível;
• Temperatura de Fusão (Tm) – as cadeias adquirem
mobilidade e o polímero torna-se viscoso. A partir desse
ponto o material pode ser moldado;
• Alguns materiais (polietileno, polipropileno) apresentam
Tg bem abaixo da Tamb, por isso, são flexíveis;
• Policarbonatos e poliestireno, por exemplo, são frágeis e
quebradiços por que suas temperaturas de transição
vítrea se situam bem acima da Tamb.
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Introdução aos Polímeros
22/68Materiais e Processos de Fabricação
Propriedades térmicas
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Introdução aos Polímeros
23/68Materiais e Processos de Fabricação
Propriedades mecânicas
O aumento da temp. reduz a σrup e aumenta a ductilidade.
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Introdução aos Polímeros
24/68Materiais e Processos de Fabricação
ADITIVOS
• São substâncias adicionadas (misturadas) ao
polímero para produção de peças;
• Normalmente fazem parte do “segredo industrial”
do responsável pelo processamento do polímero;
• Geralmente são adicionados para:
• Alterar as propriedades do material, por
exemplo, para torná-lo mais duro, flexível ou
reduzir o custo;
• Prevenir/minimizar a degradação durante o uso
ou mesmo durante o processamento;
• Os mais comuns são:
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Introdução aos Polímeros
25/68Materiais e Processos de Fabricação
ADITIVOS
1. Plastificantes – melhoram a flexibilidade e a ductilida-
de, mas reduzem a rigidez e dureza do produto;
2. Carga – ou enchimento, tem a função de alterar pro-
priedades mecânicas (fibras de vidro, carbono, etc) ou
reduzir custo (serragem, cinza e pós-metálicos);
3. Catalisadores – aumentam ou retardam a velocidade
das reações químicas;
4. Corantes e pigmentos – conferem cor ao material;
5. Estabilizadores – tem a função de interferir no processo
de degradação do polímero. Reduzindo a degradação
do material sob efeito de luz ou temperatura;
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Introdução aos Polímeros
26/68Materiais e Processos de Fabricação
ADITIVOS
6. Lubrificantes – auxiliam nos processos de fabricação,
reduzindo o atrito do material com as paredes dos
moldes e máquinas e, também, melhorando as proprie-
dades de escomento;
7. Agentes de cura – são adicionados para desencadear
a reação de cura, fazendo parte da molécula do
polímero formado;
8. Retardadores de chama – para evitar/reduzir a
flamabilidade dos polímeros (por segurança);
9. Agentes de esponjamento – provocam a expansão do
polímero através da geração de um gás. São utilizados
para produção das espumas expandidas.
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Introdução aos Polímeros
27/68Materiais e Processos de Fabricação
Polímeros mais comuns
Consumo brasileiro de resinas
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Introdução aos Polímeros
28/68Materiais e Processos de Fabricação
Polímeros
mais comuns
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Introdução aos Polímeros
29/68Materiais e Processos de Fabricação
Identificação - Reciclagem
Polímeros mais comuns
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Introdução aos Polímeros
30/68Materiais e Processos de Fabricação
Polimerização
Polietileno (PE)
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Introdução aos Polímeros
31/68Materiais e Processos de Fabricação
1. Baixo custo;
2. Elevada resistência química;
3. Boa resistência a impacto, mesmo em baixas tem-
peraturas;
4. Excelente isolante térmico;
5. Pode ser usinado e soldado;
6. Naturalmente é branco;
7. Baixo índice de absorção de água;
8. Inodoro;
9. Atóxico.
Polietileno (PE)
Vantagens:
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Introdução aos Polímeros
32/68Materiais e Processos de Fabricação
1. Baixa resistência mecânica;
2. Sofre ação de raios ultravioleta e ozônio;
3. Pouca resistência ao corte;
4. Oxida em altas temperaturas (degrada-se).
Limitações:
Polietileno (PE)
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Introdução aos Polímeros
33/68Materiais e Processos de Fabricação
Há quatro tipos básicos:
- Polietileno de Baixa Densidade (PEBD);
- Polietileno de Alta Densidade (PEAD);
- Polietileno de Baixa Densidade Linear (PEBDL);
- Polietileno de Ultra Alto Peso Molecular (PEUAPM).
Mais resistentes e mais rígidos
Mais flexíveis e tenazes
Polietileno (PE)
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Introdução aos Polímeros
34/68Materiais e Processos de Fabricação
• Polietileno de Baixa Densidade (PEBD) – Sacolas
plásticas, sacos de lixo, filmes, laminados, embalagens,
brinquedos, isolamento de fios;
• Polietileno de Alta Densidade (PEAD) – garrafas,
brinquedos, materiais hospitalares, tubos, tanques de
combustível automotivos, etc;
• Polietileno de Baixa Densidade Linear (PEBDL) – Em
balagens de alimentos, utensílios domésticos, etc;
• Polietileno de Ultra Alto Peso Molecular (PEUAPM) –
Engrenagens, componentes para bombas de líquidos
corrosivos, implantes de ossos, etc;
Algumas aplicações:
Polietileno (PE)
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Introdução aos Polímeros
35/68Materiais e Processos de Fabricação
Densidade = 0,92 g/cm3Densidade = 0,98 g/cm3
Polietileno (PE)
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Introdução aos Polímeros
36/68Materiais e Processos de Fabricação
Possui propriedades semelhantes ao PE com
menor densidade e maior resistência ao calor.
Além de maior dureza e resistência a tração.
CH3
Polipropileno (PP)
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Introdução aos Polímeros
37/68Materiais e Processos de Fabricação
1. Baixo custo;
2. Elevada resistência química e a solventes;
3. Fácil moldagem;
4. Fácil coloração;
5. Alta resistência à fratura por flexão ou fadiga;
6. Boa resistência ao impacto acima de 15oC;
7. Boa estabilidade térmica.
Vantagens:
Polipropileno (PP)
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Introdução aos Polímeros
38/68Materiais e Processos de Fabricação
1. Baixa resistência mecânica, mas é maior do que o
polietileno;
2. Sofre ação de raios UV e agente oxidante;
3. Resistência limitada à temperatura;
4. Oxidação em temperaturas elevadas;
5. Perda da resistência em baixas temperaturas.
Limitações:
Polipropileno (PP)
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Introdução aos Polímeros
39/68Materiais e Processos de Fabricação
Fibras para tapetes, tecidos, embalagens, pás de ventilado-
res, cabos de ferramentas, tubos de canetas, cadeiras, se-
ringas de injeção, componentes automotivos (pedais, car-
caças de baterias, ventoinhas, peças diversas do interior),
etc.
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 veículo.
Algumas aplicações:
Polipropileno (PP)
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Introdução aos Polímeros
40/68Materiais e Processos de Fabricação
- Principais propriedades:
• Baixo custo;
• Elevada resistência a chama, pela presença do cloro;
• Elevada dureza.
Poli(cloreto de vinila) (PVC)
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Introdução aos Polímeros
41/68Materiais e Processos de Fabricação
1. O processamento requer cuidado, mas com a adição de
plastificantes o processamento por injeção, extrusão e
termoformagem tornam-se viáveis;
2. O monômero e o plastificante pode ser cancerígeno, de-
vido a presença do cloro !?!?!?!?
Poli(cloreto de vinila) (PVC)
Limitações:
O PVC está no topo da
lista dos polímeros mais
prejudiciais a saúde hu-
mana, segundo o:
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Introdução aos Polímeros
42/68Materiais e Processos de Fabricação
Perfis de PVC garantem
isolamento termoacústicoTubulação de água
Algumas aplicações:
Poli(cloreto de vinila) (PVC)
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Introdução aos Polímeros
43/68Materiais e Processos de Fabricação
Poliestireno (PS)
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Introdução aos Polímeros
44/68Materiais e Processos de Fabricação
PROPRIEDADES
• Baixo custo;
• Fácil processamento;
• Fácil coloração;
• Elevada resistência a ácidos;
• Semelhante ao vidro;
• Baixa densidade e absorção de umidade;
• Baixa resistência a solventes orgânicos, calor e
intempéries.
Poliestireno (PS)
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Introdução aos Polímeros
45/68Materiais e Processos de Fabricação
Há 4 tipos básicos, com as seguintes aplicações:
- PS cristal – usado em copos e pratos descartáveis, etc;
- PS resistente ao calor – peças de máquinas ou automó-veis, gabinetes de rádios e TV, grades de ar condicio-nado, peças internas e externas de eletrodomésticos eaparelhos eletrônicos, exaustores, etc;
- PS de alto impacto – Muito usado na fabricação de uten-sílios domésticos (gavetas de geladeira) e brinquedos;
- PS expandido – é utilizado como protetor de equipamen-tos, isolantes térmicos, forros. O Isopor® (material comdensidade de 2 a 3 % da original) é o produto mais utili-zado desse tipo de poliestireno.
Poliestireno (PS)
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Introdução aos Polímeros
46/68Materiais e Processos de Fabricação
Algumas aplicações:
Poliestireno (PS)
Prof. Henrique Cezar Pavanati
Introdução aos Polímeros
47/68Materiais e Processos de Fabricação
Polietileno tereftalato (PET)
PROPRIEDADES
• Transparente, quando amorfo, ou translúcido
quando semi-cristalino;
• Baixíssima permeabilidade ao CO2 (gás das bebi-
das);
• Boa resistência mecânica (muito boa ao impacto).
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Introdução aos Polímeros
48/68Materiais e Processos de Fabricação
Algumas aplicações:
Polietileno tereftalato (PET)
Prof. Henrique Cezar Pavanati
Introdução aos Polímeros
49/68Materiais e Processos de Fabricação
Acrílicos
PoliacrilonitriloPoli(metacrilato de
metila)
VÍDEO
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Introdução aos Polímeros
50/68Materiais e Processos de Fabricação
Acrílicos
Poliacrilonitrilo PANPoli(metacrilato de
metila) PMMA
+ amorfo + cristalino
Algumas aplicações:
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Introdução aos Polímeros
51/68Materiais e Processos de Fabricação
Poliuretano - PU
Poliuretanos lineares (termoplásticos)
Poliuretanos Termorrígidos
Elevada resistência química, tenazes, resistentes a
abrasão.
Ampla faixa de propriedades dependendo do grau de
ligações cruzadas entre as moléculas.
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Introdução aos Polímeros
52/68Materiais e Processos de Fabricação
Algumas aplicações:
Poliuretano
termorrígido
Poliuretano linear
(termoplástico)
Poliuretano - PU
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Introdução aos Polímeros
53/68Materiais e Processos de Fabricação
Poliamida (PA) – (nylon®)
PROPRIEDADES
• Elevada resistência à tração;
• Resistência ao impacto;
• Resistência à abrasão;
• Resistem a ação de óleo;
• São amolecidos por álcoois e água.
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Introdução aos Polímeros
54/68Materiais e Processos de Fabricação
Algumas aplicações:
Poliamidas – (nylon®)
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Introdução aos Polímeros
55/68Materiais e Processos de Fabricação
Fluoroplásticos
Politetrafluoretileno (PTFE) – Teflon®
Policlorotrifluoretileno (PCTFE)
É resistente à umidade, intempéries,
ataques de solventes e à inflamação.
É altamente cristalino com elevada resis-
tência ao calor, antiaderente e com baixís-
simo coeficiente de atrito.
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Introdução aos Polímeros
56/68Materiais e Processos de Fabricação
Algumas aplicações:
Fluoroplásticos – Teflon PTFE
Teflon® - PTFE PCTFE
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Introdução aos Polímeros
57/68Materiais e Processos de Fabricação
Polioxibenzimetilenglicolanidrido
Polímeros fenólicos – Baquelite (termofixo)
Sua resina pura resulta da reação do formaldeído com
o fenol e tem a fórmula estrutural como segue:
Principal propriedade: Ótimo isolamento elétrico e térmico.
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Introdução aos Polímeros
58/68Materiais e Processos de Fabricação
Terminais para lâmpadas fluorescentes, equipamentos
elétricos e mecânicos, cabos de panelas e talheres.
Algumas aplicações:
Polímeros fenólicos – Baquelite (termofixo)
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Introdução aos Polímeros
59/68Materiais e Processos de Fabricação
Silicones
Cadeia principal formada por ligações contendo Si.
Esta estrutura confere a maior resistência ao calor.
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Introdução aos Polímeros
60/68Materiais e Processos de Fabricação
Algumas aplicações:
Silicones
Borrachas de silicone, graxas, colas, vernizes, implantes
dentários, cirurgias plásticas...
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Introdução aos Polímeros
61/68Materiais e Processos de Fabricação
Elastômeros
Principal propriedade: Campo de deformação elástica bas-
tante grande.
Tipos e características:
- Borracha – o polímero mais comum é composto por 75%de butadieno e 25% de estireno. É resistente à abrasão,eletricidade e à água. A borracha natural (látex) e a sintéti-ca tem essas mesmas propriedades, mas as últimas cus-tam menos e tem melhor resistência a óleos, calor e luz;
- Copolímero de etileno acetato de vinil – EVA – materialmuito aplicado em viseiras, chinelos e solados de tênis;
- Policloroprene – Neoprene – muito utilizado em roupasimpermeáveis de mergulho e surf e também como isolanteelétrico.
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Introdução aos Polímeros
62/68Materiais e Processos de Fabricação
Para refletir....
1. Muitos produtos são armazenados em embalagens
plásticas;
2. Muitas roupas contém nylon e poliester;
3. Tênis e sapatos são feitos de materiais sintéticos;
4. O leite é vendido em caixinhas e garrafas plásticas;
5. Os encanamentos e eletrodutos são de PVC e PP;
6. Os colchões são de poliuretanos expandidos, as
caixas de isopor de poliestireno também expandido;
Como seria nossas vidas sem o “plástico”
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Introdução aos Polímeros
63/68Materiais e Processos de Fabricação
Para refletir....
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Introdução aos Polímeros
64/68Materiais e Processos de Fabricação
Para refletir....
7. Olhe para si mesmo, seus óculos devem ser de
policarbonato ou outro polímero mais recente, com
filmes poliméricos (anti-reflexo e anti-risco);
8. Nossas roupas têm materiais que não existiam há
60 anos;
9. A garrafa de refrigerante nem sempre pode ser
polimérica...
10. Pense na natureza: Onde todo este “plástico” irá
parar?
11. Os polímeros demoram para se decompor na natu-
reza e muitos não se decompõem nunca;
Prof. Henrique Cezar Pavanati
Introdução aos Polímeros
65/68Materiais e Processos de Fabricação
Para refletir....
12. Saiba também que a maioria dos polímeros são
provenientes do petróleo, uma fonte natural não
renovável.
Prefira consumir produtos armazenados em
embalagens de material reciclável, assim
você estará garantindo um futuro melhor para
as próximas gerações...
Afinal como nós viveríamos sem os
polímeros?
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Introdução aos Polímeros
66/68Materiais e Processos de Fabricação
ANEXOS
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Introdução aos Polímeros
67/68Materiais e Processos de Fabricação
Tabela de Propriedades e Aplicações
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Introdução aos Polímeros
68/68Materiais e Processos de Fabricação
Tabela (continuação)
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Introdução aos Polímeros
69/68Materiais e Processos de Fabricação
Tabela (continuação)
Fonte: Cadore, S., Matoso, E. e Santos, M. C.. A espectrometria atômica e a determinação de elementos metálicos
em material polimérico. Quím. Nova, vol. 31, nº 6, São Paulo, 2008.