Plásticos

Os materiais plásticos são materiais poliméricos, constituídos por cadeias de unidades moleculares do mesmo tipo ou de tipos diferentes. Vimos que, quando as unidades moleculares (monómeros) são do mesmo tipo, temos os chamados homopolímeros, como por exemplo, o polietileno (PE), o polipropileno (PP) e o poliestireno (PS). Quando as unidades moleculares são de tipo diferente, temos os chamados copolímeros (que podem ser bipolímeros, terpolímeros, tetrapolímeros, etc., conforme o número de diferentes monómeros presentes).

Exemplos:

Vimos que as borrachas são materiais poliméricos com a particularidade de possuírem características elásticas. Os materiais plásticos não possuem características elásticas.

Uma definição corrente de “plástico” diz que “é um material que, pela acção do calor e da pressão, pode ser moldado na forma desejada”.

Existem duas grandes famílias de materiais plásticos, também designados por plastómeros: os termoestáveis (thermosets) e os termoplásticos (thermoplastics).

Os plásticos termostáveis são materiais plásticos duros os quais, uma vez moldados, não podem adquirir outra forma, pela aplicação do  calor e da pressão.

Os plásticos termoplásticos são, em geral, materiais plásticos de menor dureza, os quais podem ser moldados repetidamente, por aplicação de calor e de pressão.

Os materiais termoplásticos, pela sua facilidade de transformação e de recuperação, apresentam um maior interesse técnico e comercial. Em 2006 foram consumidos, em todo o mundo, cerca de 175 milhões de toneladas dos diversos tipos de materiais termoplásticos. Os consumos de polietileno (PE), polipropileno (PP) e  de cloreto de polivinilo (PVC) totalizam cerca de 77% de todos os termoplásticos consumidos, como se pode verificar no Quadro 8.

 

Termoplástico	Quantidade (x106 Ton)	%
Polietileno (HDPE, LLDPE, LDPE)	63,2	36,1
Polipropileno (PP)	39,9	22,8
Cloreto de polivinilo (PVC)	31,5	18,0
Polietileno tereftalato (PET)	11,7	6,7
Poliestireno (PS)	10,0	5,7
Acrilonitrilo butadieno estireno (ABS)	6,6	3,8
Policarbonato (PC)	3,3	1,9
Outros termoplásticos (PA, PEK, PPO, etc.)	8,8	5,0
TOTAL	175,0	100,0
Quadro 8: Consumo Mundial de Termoplásticos (2006)

 

Códigos de identificação de materiais plásticos

 

 

No Quadro 9, acima, apresentam-se os códigos internacionais de identificação de materiais plásticos. Este códigos possuem particular interesse para efeito de reciclagem destes materiais.

 

Materiais termoplásticos na Indústria do Calçado

Muitos materiais termoplásticos são correntemente utilizados na Indústria do Calçado, no fabrico de vários tipos de componentes. Destacam-se, por ordem alfabética, os seguintes:

Vamos apresentar uma descrição sumária destes tipos de plásticos e das suas principais propriedades e apresentaremos depois um quadro com as suas aplicações mais correntes.

 

ABS (ACRILONITRILO BUTADIENO ESTIRENO)
O plástico designado por ABS é um terpolímero de acrilonitrilo, butadieno e estireno (Figura 30).

 

Variando as quantidades x, y e z dos monómeros acrilonitrilo, butadieno e estireno, obtém-se diferentes tipos de ABS, com características técnicas e de processamento bem distintas. Foi produzido pela primeira vez em 1948. Este plástico apresenta uma elevada resistência ao impacto e uma elevada resistência mecânica.

No Quadro 10 apresenta-se a gama de variação de algumas propriedades de plásticos ABS. No Quadro 11 apresenta-se a gama de variação de algumas propriedades de processamento de plásticos ABS.

Propriedade	Valor
Densidade	1.01 a 1.09
Módulo à flexão (MPa)	1650 a 3110
Tensão de rotura (MPa)	0.103 a 113
Alongamento na rotura (%)	0.0 a 56
Dureza Rockwell	93 a 115
Resistência ao impacto (Notched Izod Impact) (J/m)	14.4 a 566
Coeficiente de fricção	0,30
Temperatura máxima de serviço, C	80
Quadro 10: Termoplásticos ABS

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Propriedade	Valor
Contracção no molde (%)	0,0055 a 1,40
Índice de fluidez (g/10 min)	0,20 a 30
Pressão de injecção (MPa)	61,3 a 100
Temperatura na zona de alimentação (°C)	174 a 246
Temperatura na zona central (°C)	204 a 247
Temperatura na cabeça (°C)	193 a 255
Temperatura no bico de injecção (°C)	208 a 260
Temperatura da massa fundida (°C)	225 a 247
Temperatura do molde (°C)	49,7 a 71,2
Quadro 11: Processamento ABS

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EVA (ETILENO ACETATO DE VINILO)
O plástico designado por EVA é um copolímero de etileno e acetato de vinilo (Figura 31).

 

Variando as quantidades n, e m dos monómeros etileno e acetato de vinilo, obtém-se diferentes tipos de EVA, com características técnicas e de processamento bem distintas. O teor de acetato de vinilo varia entre 6,5% e 80%. Este termoplástico foi produzido pela primeira vez em 1970. No Quadro 12 são apresentadas algumas das características de polímeros EVA comercializados.

Propriedade	Total Petrochemicals	Cosmothen e H2181	Evatane Arkema	Geral
Teor acetado de vinilo, %	8,2 – 17,5	18,0	17 – 41	8,2 – 41
Densidade	0,922 – 0,943	0,94	0,93 – 0,96	0,922 – 0,960
Dureza Shore A	90 – 96	\	55 – 83	55 – 96
Dureza Shore D	32 – 48	\	\	15 – 48
Tensão de rotura, MPa	13 – 24	2,30	1,50 – 27	1,9 – 27
Alongamento na rotura %	300 – 750	800	300 – 1200	50 – 1300
Rigidez, MPa	\	500	\	\
Ponto de fragilidade, C	\	< –75	\	< – 69
Resistência ao impacto (Notched Izod Impact) (J/m)	Não quebra	\	\	Não quebra
Temperatura máxima de serviço, C	55 – 65
Quadro 12: Termoplásticos EVA

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No Quadro 13 apresentam-se algumas propriedades típicas de compostos à base de EVA celular, onde devemos salientar as densidades extremamente baixas dos compostos celulares (EVA foam):

 

Propriedade	A	B	C	D	E	F
Densidade	0,02-0,03	0.035 -0.04	0.02- 0.03	0.065-0.075	0.07- 0.08	0.08- 0.09
Dureza Shore C	15-21	24-30	7-13	25-30	30-35	25-30
Tensão de rotura, kg/cm2	2.0	3.2	2.8	9.5	11.8	9.5
Alongamento na rotura, %	180	180	340	220	160	120
Resistência ao rasgo, Kg/cm	1.9	2.4	2.1	3.4	3.8	3.3
Tensão para deflexão de 25%, kg/cm2	0.4	0.6	0.3	0.7	0.8	0.7
Tensão para deflexão de 50%, kg/cm2	1.0	1.3	0.8	1.5	1.8	1.6
Deformação resi-dual após defor-mação de 50% %	10	14	17	20	20	20
Absorção de água, % (5 horas imersão)	< 1	< 1	< 1	< 1	< 1	< 1
Quadro 13: Propriedades de EVA Celular (EVA Foam)

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No Quadro 14 apresentam-se algumas características de processamento de termoplásticos EVA.

 

Propriedades	Valor
Contracção no molde (%)	0,5 – 1,5
Velocidade de fluxo da massa fundida (g/10 min)	0,4 – 900
Pressão de injecção (MPa)	9 – 115
Temperatura na zona de alimentação (°C)	120
Temperatura na zona central (°C)	150
Temperatura na cabeça (°C)	175
Temperatura no bico de injecção (°C)	150 – 200
Temperatura da massa fundida (°C)	220
Temperatura do molde (°C)	10
Quadro 14: Processamento de EVA

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PA (POLIAMIDA)

Existem diversos tipos de poliamidas: homopolímeros e copolímeros. Um exemplo de homopolímero é o conhecido nylon 6, como se ilustra na Figura 32. O nylon 6 é obtido a partir da polimerização da caprolactama:

 

O copolímero é obtido a partir do ácido hexanodióico (ou ácido adípico) e de hexano 1,6 diamina (ou hexametilene diamina) e obtém-se o nylon 6.6 (Figura 33).

 

Os diversos tipos de nylon possuem propriedades diferentes, como se pode observar no Quadro 15. De um modo geral as poliamidas possuem uma boa resistência à abrasão e ao impacto, um baixo coeficiente de fricção e um boa resistência ao calor. Apresentam o inconveniente de absorverem água, o que reduz as características de isolamento eléctrico, a tensão de rotura e a rigidez; a resistência ao impacto é melhorada.

 

Propriedade	Nylon6	Nylon6.6	Nylon11	Nylon12
Densidade	1.13	1.14	1.04	1.03
Absorção de água (%)	1.8	1.3	0.4	0.25
Alongamento na rotura (%)	200	150	300	200
Tensão de rotura (MPa)	40,0	52,4	55,2	50,0
Resistência à compressão (MPa)	48,3	60,0	54,5	\
Resistência à flexão (MPa)	34,5	40,0	41,4	\
Módulo à flexão (GPa)	1,17	1,38	1,00	1,40
Coeficiente de fricção	0,40	\	0,35	0,35
Resistência ao impacto (Izod J/m)	112	78,5	67,3	60
Dureza Rockwell	R92	R100	R108	R105
Coeficiente de fricção	0,25	0,25	0,35	0,35
Temperatura máxima de serviço, ºC	150	120	100	100
Quadro 15: Propriedades de Poliamidas (PA)

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No Quadro 16 apresentam-se algumas características de processamento de vários termoplásticos do tipo poliamida.

 

Propriedades	Nylon6	Nylon6.6	Nylon11	Nylon12
Contracção no molde (%)	0,5-2,5	0,5-2,2	1,10-2,0	0,58-2,0
Velocidade de fluxo da massa fundida (g/10 min) (MFI)	4,0-130	15-75	0,8 – 56	49-110
Ponto de fusão (ºC)	215-225	225-265	175-190	170-185
Pressão de injecção (MPa)	53-113	83-104	85	87
Temperatura na zona de alimentação (ºC)	224-264	258-284	200-250	218-240
Temperatura na zona central (ºC)	228-254	268-290	210-250	220-245
Temperatura na cabeça (ºC)	228-267	259-300	220-250	218-250
Temperatura no bico de injecção (ºC)	217-268	260-290	220	228-247
Temperatura da massa fundida (ºC)	182-314	268-295	256	228-282
Temperatura do molde (ºC)	58-80	63-88	50	38-85
Quadro 16: Processamento de Poliamidas (PA)

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POLIETILENO

O polietileno é um homopolímero do etileno (Figura 34). Estes termoplásticos são, como vimos, os mais produzidos mundialmente.

 

Existe uma grande variedade de tipos de polietileno, em que varia o comprimento das cadeias poliméricas e o seu grau de ramificação. A variação do peso molecular confere distintos valores de densidade, o que permite classificar estes polímeros em vários tipos:

O ponto de fusão dos polietilenos varia entre os 107 ºC (LDPE) e os 135 ºC (HDPE). É um plástico com excelente resistência química a ácidos e alcalis. É resistente a muitos tipos de solventes. Resistência muito fraca aos hidrocarbonetos aromáticos e hidrocarbonetos halogenados. A sua exposição à  acção da luz e do oxigénio traduz-se num enfraquecimento de algumas propriedades, nomeadamente a sua resistência ao rasgo.

No Quadro 17 apresentam-se algumas propriedades dos termoplásticos de polietileno.

 

Propriedade	LDPE	MDPE	HDPE
Densidade	0,918-0,924	0,934	0,94-0,95
Dureza Shore D	44-53	50-62	65-75
Dureza Rockwell	R10	R15	R65
Tensão de rotura, MPa	5-25	8-33	15-40
Alongamento na rotura, %	120-550	300-790	500
Resistência ao impacto Izod, J/m	> 1000	26-850	12-543
Coeficiente de fricção	0,16-0,22	(0,20)	0,28-0,32
Absorção de água, %	< 0,01	< 0,01	< 0,01
Velocidade de fluxo. G/10 min	0,12-70	0,04-6,4	0,02-9,0
Temperatura máx. de serviço, ºC	80	100	120
Quadro 17: Propriedades de Polietileno (PE)

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No Quadro 18 apresentam-se algumas características de processamento de termoplásticos de polietileno.

 

Propriedades	LDPE	MDPE	HDPE
Contracção no molde (%)	1,5-3	(3,5)	1,2-2,2
Velocidade de fluxo da massa fundida (g/10 min)(MFI)	0,12-58	0,04-6,4	0,02-9,0
Temperatura de fusão (ºC)	107-120	118-131	125-135
Pressão de injecção (MPa)	6-103	30-120	85-138
Temperatura na zona de alimentação (ºC)	160-205	165-185	190-235
Temperatura na zona central (ºC)	175-205	165-185	215-245
Temperatura na cabeça (ºC)	175-205	165-185	190-247
Temperatura no bico de injecção (ºC)	175-220	185-230	220-245
Temperatura da massa fundida (ºC)	220- 260	220- 260	220-310
Temperatura do molde (ºC)	20-40	20-60	30-70
Quadro 18: Processamento de Polietilenos (PE)

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POLIPROPILENO

O polipropileno é um homopolímero obtido a partir do propileno (Figura 35). Este material termoplástico é muito utilizado, sendo a sua produção a segunda maior em todo o mundo.

 

O polipropileno é um termoplástico relativamente leve (d = 0,89 – 0,93), com uma boa tensão de rotura e resistência ao impacto. Resiste bem em meios ácidos, alcalinos e a muitos solventes orgânicos. Por outro lado, resiste mal a solventes alifáticos, aromáticos e clorados. Possui uma baixa absorção de água. No Quadro 19 são apresentadas algumas propriedades do polipropileno.

 

Propriedade	Valor
Densidade	0,89 – 0,93
Velocidade de fluxo, g/10 min.	0,27 – 50,0
Tensão de rotura, MPa	25 – 40
Alongamento na rotura, %	1,5 – 600
Dureza Rockwell	R80 – R110
Resistência ao impacto (Notch Izod), J/m	5,3 – 100
Absorção de água (24 horas), %	0,01 – 0,03
Coeficiente de fricção	0,1 – 0,3
Temperatura máxima de serviço, C	120
Quadro 19: Propriedades do Polipropileno (PP)

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No Quadro 20 apresentam-se algumas características de processamento de termoplásticos de polipropileno.

 

Propriedades	Valor
Contracção no molde (%)	1,0 – 2,5
Velocidade de fluxo da massa fundida (g/10 min) (MFI)	0,27 – 45
Ponto de fusão, (ºC)	134 – 170
Alongamento na rotura, %	1,5 – 600
Temperatura na zona de alimentação (ºC)	175 – 253
Temperatura na zona central (ºC)	195 – 253
Temperatura na cabeça (ºC)	205 – 253
Temperatura no bico de injecção (ºC)	215 – 245
Temperatura da massa fundida (ºC)	210 – 290
Temperatura do molde (ºC)	20 –60
Quadro 20: Processamento de Polipropilenos (PP)

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POLIESTIRENO

O poliestireno é um homopolímero do estireno, como se mostra na Figura 36.

 

O poliestireno ocupa a 5ª posição mundial no consumo de materiais termoplásticos. Possui uma densidade baixa, boa estabilidade térmica e um custo relativamente baixo. Apresenta os inconvenientes de ser um material duro e quebradiço. Estes inconvenientes são remediados nos copolímeros com acrilonitrilo. Possui também um baixo nível de absorção de água e uma resistência muito moderada aos agentes químicos, sendo fortemente atacado pelos hidrocarbonetos aromáticos e clorados.

No Quadro 21 apresentam-se algumas das suas características.

No Quadro 22 apresentam-se algumas características de processamento de termoplásticos de poliestireno.

 

Propriedades	Valor
Densidade	1,04-1,05
Velocidade de fluxo, g/10 min. (ASTM D1238)	1,5-16
Tensão de rotura, MPa	34,5-82,7
Alongamento na rotura, %	0,5-60
Dureza Rockwell	M65-M80
Resistência ao impacto (Notch Izod), J/m	7,8-17,7
Absorção de água (24 horas), %	0,03-0,10
Coeficiente de fricção	0,28-0,50
Temperatura máxima de serviço, ºC	65
Quadro 21: Propriedades do Poliestireno (PS)

A

Propriedades	Valor
Contracção no molde (%)	0,2-1,0
Velocidade de fluxo da massa fundida (g/10 min) (MFI)	0,20-20
Pressão de injecção (MPa)	83-155
Temperatura na zona de alimentação (ºC)	170-212
Temperatura na zona central (ºC)	190-235
Temperatura na cabeça (ºC)	200-232
Temperatura no bico de injecção (ºC)	215-230
Temperatura da massa fundida (ºC)	200 – 250
Temperatura do molde (ºC)	20-50
Quadro 22: Processamento de Poliestirenos (PS)

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CLORETO DE POLIVINILO

Este material termoplástico é obtido a partir da polimerização do cloreto de vinilo (ou monocloro etileno) (Figura 37).

 

O cloreto de polivinilo pode ser formulado com vários tipos de aditivos, podendo assim obter-se compostos rígidose flexíveis. Das suas boas propriedades, em geral, destacam-se uma boa resistência à abrasão e uma excelente resistência aos agentes químicos. Contudo, é fraca a sua resistência aos hidrocarbonetos aromáticos e hidrocarbonetos halogenados. Possui uma excelente resistência à chama. No Quadro 23 apresentam-se algumas das suas características.

 

Propriedade	PVC Rígido	PVC Plastificado	PVC Celular
Densidade	1,30-1,58	1,20-1,70	0,45-0,80
Velocidade de fluxo, g/10 min. (ASTM D1238)	0,74-4,3	0,42-12	\
Ponto de fusão (ºC)	212	\	\
Tensão de rotura, MPa	6,0-14,0	7,5-10,0	8,0-9,0
Alongamento na rotura, %	50-150	200-450	10- 11
Dureza (Shore D, Shore A)	D65-85	A50-100	A4-9
Dureza Rockwell	R100	\	\
Resistência ao impacto (Notch Izod), J/m	13,3-1260	107-1980	16-24
Absorção de água (24 horas), %	0,04-0,40	0,15-0,75	0,40-0,50
Temperatura máxima de serviço, ºC	70	60	60
Quadro 23: Propriedades do Cloreto de Polivinilo (PVC)

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No Quadro 24 apresentam-se algumas características de processamento de vários tipos de termoplásticos de cloreto de polivinilo.

 

Propriedades	PVC Rígido	PVC Semi Flexível	PVC Flexível
Contracção no molde (%)	0,10-0,50	1,0-1,5	1,0-5,0
Velocidade de fluxo da massa fundida (g/10 min)	0,74-4,30	0,80-6	0,42-12
Pressão de injecção (MPa)	80-160	60-100	50 –100
Temperatura na zona de alimentação (°C)	160-170	160-170	165-175
Temperatura na zona central (°C)	155-195	160-185	170-180
Temperatura na cabeça (°C)	170-190	175-185	177-182
Temperatura no bico de injecção (°C)	170-185	170-185	182
Temperatura da massa fundida (°C)	170-220	170-190	170-200
Temperatura do molde (°C)	20-60	20-60	20-60
Quadro 24: Processamento de PVC