As Materiais da construção civil - Polímeros

Polímeros são materiais compostos de origem natural ou sintética que apresentam massa molar elevada, formados pela repetição de um grande número de unidades estruturais básicas (Isaia, 2010).

Assim, um polímero é uma macromolécula composta por muitas (dezenas de milhares) de unidades de repetição denominadas meros, ligados por ligação covalente. A matéria-prima para a produção de um polímero é o monômero, isto é, uma molécula com uma (mono) unidade de repetição (Canevarolo, 2002).

Dependendo do tipo de monômero (estrutura química), do número médio de meros por cadeia e do tipo de ligação covalente, poderemos dividir os polímeros em três grandes classes: Plásticos, Borrachas (ou Elastômeros) e Fibras (Canevarolo, 2002). Uma classificação mais abrangente cita ainda os Revestimentos, os Adesivos, as Espumas e as Películas (Callister 2002).

Os materiais poliméricos são oriundos de hidrocarbonetos derivados do petróleo, ou seja, da indústria petroquímica.  Entre esses produtos da indústria petroquímica, podem ser citadas as parafinas, as olefinas, o naftaleno e os hidrocarbonetos aromáticos (metano, propano, etano, etileno, propileno, butenos, ciclohexanos, benzeno, tolueno, entre outros). Para a produção desses componentes, emprega-se o processo que é realizado em uma refinaria de petróleo chamado de destilação, esse processo consiste em separar líquidos com pontos de ebulição diferentes empregando-se o aquecimento (Isaia, 2010).

Existem, basicamente, três tipos de indústria petroquímica, dentre qual a indústria secundária ou de segunda geração transforma os produtos petroquímicos básicos nos polímeros, tais como o polipropileno, o polietileno, entre outros, que são transportados sob a forma sólida ou líquida para as indústrias de terceira geração, nas quais os materiais poliméricos são quimicamente modificados (pelo emprego de aditivos^[1]) e conformados nos produtos de consumo (Isaia, 2010).

Tipos de aditivos:

1. Plastificantes: Com o uso de plastificantes, há uma melhoria da flexibilidade, da ductibilidade e da tenacidade dos polímeros. São materiais voláteis, podendo ser removidos por solventes. A perda excessiva do plastificantes nos materiais pode levar a um enrijecimento da sua estrutura, como a consequente formação de microfissuras. São empregados em materiais frágeis à temperatura ambiente, tais como PVC e os copolímeros de acetato (Isaia, 2010).
2. Pigmentos: São elementos que servem para colorir, dar opacidade a um polímero, são barreira aos ataques dos raios ultravioleta, conferindo ao material uma maior estabilidade química (Isaia, 2010).
3. Estabilizadores: Atuam contra o processo de degradação quando os polímeros são expostos à radiação ultravioleta e à oxidação (Isaia, 2010).
4. Retardadores de Chama: Com esse aditivo há um aumento a resistência à inflamabilidade dos polímeros, iniciando uma reação química que cause uma diminuição da temperatura no local da queima, ou interferindo no processo de combustão (Isaia, 2010).
5. Cargas: Cargas são tipos especiais de aditivos empregados nos polímeros a fim de melhorar as suas propriedades com um custo reduzido. Os tipos de carga são: cargas de reforço, materiais inertes e negro de fumo.

Propriedades dos polímeros:

1. Massa específica: A massa específica da grande maioria dos polímeros fica entre 0,9 e 1,5 g/cm³, com maior concentração em torno de 1 g/cm³ apresentando uma massa específica mais baixa que os metais e as cerâmicas (Mano, 2000).
2. Estabilidade dimensional: É uma propriedade afetada pela variação de umidade, pois a água absorvida aumenta o volume e a massa específica da peça. A remoção da água pode acarretar o aparecimento de vazios e microfraturas que modificam as propriedades do material (Mano, 2000).
3. Comportamento mecânico: Nos materiais poliméricos a sua deformação é influenciada, principalmente, pelo tempo. A resposta molecular de um polímero para atingir o equilíbrio com as forças externas é lenta, de forma que o material continua a deformar ou flui quase que indefinidamente com a aplicação da tensão. Com o aumento de temperatura há uma diminuição da rigidez e do limite de resistência à tração e um aumento da ductibilidade do material (Isaia, 2010).
4. Resistência ao impacto: Tanto os materiais poliméricos cristalinos quanto os amorfos são frágeis a baixas temperaturas, apresentando pequenos valores de resistência ao impacto. O mecanismo de formação de trincas inicia em pontos onde há uma concentração localizada de tensões. Já os polímeros termoplásticos podem apresentar uma fratura dúctil ou frágil, influenciados pela temperatura, taxa de deformação e presença de entalhes afilados (Isaia, 2010).
5. Inflamabilidade: Os polímeros termofixos apresentam maior dificuldade de combustão, sendo, por isso, empregados na fabricação de peças para uso elétrico (Mano, 2000).
6. Propriedades térmicas e elétricas: O coeficiente de dilatação térmica linear dos materiais poliméricos é elevado (Mano, 2000). Os materiais poliméricos apresentam também uma baixa condutividade térmica, influenciado pela indisponibilidade de elétrons livres na sua estrutura.  De modo geral, os materiais poliméricos são isolantes elétricos (Isaia, 2010).

Propriedades mecânicas:

As propriedades mecânicas dos polímeros são especificadas através de muitos dos mesmos parâmetros usados para os metais, isto é, o módulo de elasticidade, o limite de resistência à tração e as resistências ao impacto e à fadiga, sendo que para muitos polímeros, utiliza-se de gráficos tensão- deformação para a caracterização de alguns destes parâmetros mecânicos. Os comportamentos típicos tensão-deformação dos polímeros são mostrados na figura 1.

[pic 1]

A curva A ilustra o comportamento de polímeros frágeis, que apresentam ruptura no trecho elástico. A curva B apresenta comportamento semelhante a aquele encontrado em materiais metálicos e caracteriza o trecho inicial elástico, seguido por escoamento (limite de escoamento 1) e por uma região de deformação plástica até a ruptura à tração (limite de resistência à tração LRT) que pode obter valores maiores ou menores que o limite de escoamento. A curva C é totalmente elástica, típica da borracha (grandes deformações recuperáveis mesmo sob pequenos níveis de tensão) e é característica da classe dos Elastômeros (Callister, 2002).