Ciência dos Polímeros
Código
1154
Unidade Orgânica
Faculdade de Ciências e Tecnologia
Departamento
Departamento de Química
Créditos
6.0
Professor responsável
Ana Maria Martelo Ramos
Horas semanais
10
Total de horas
72
Língua de ensino
Português
Objectivos
Nesta disciplina pretende-se que o aluno adquira um conhecimento horizontal sobre os materiais poliméricos, envolvendo a aprendizagem nas seguintes três áreas:
1. Aquisição de conhecimentos sobre aspectos fundamentais do comportamento químico e físico (incluindo a caracterização) dos materiais poliméricos e sobre a sua relação com a estrutura, distribuição de massa molecular e o tamanho da cadeia, os quais lhe permitam entender o seu comportamento global e fazer a previsão de potenciais aplicações.
2. Estudo aprofundado da cinética de polimerização, sabendo estabelecer para cada tipo de mecanismo as leis de velocidade e a sua relação com o grau médio de polimerização, de forma a poder realizar com rigor o dimensionamento de reactores de polimerização.
3. Conhecimento dos diferentes processos industriais de polimerização.
Pré-requisitos
Não é necessário nenhum requisito.
Conteúdo
PARTE 1- Aspectos fundamentais do comportamento químico e físico dos materiais poliméricos e sua caracterização.
Definições e nomenclatura de macromoléculas.
Classificação dos polímeros em relação a: síntese e mecanismos, natureza dos monómeros na cadeia (homopolímeros e copolímeros), estereoisomerismo, utilização final, processabilidade (termoplásticos e termoendurecíveis), estrutura molecular, morfologia e propriedades mecânicas.
Métodos de identificação de materiais poliméricos:
Identificação sumária.
Métodos de identificação rigorosa: espectrometria de infravermelho e ressonância magnética nuclear.
Estudo do comportamento dos polímeros em solução:
Breve análise termodinâmica. Factores associados à estrutura e morfologia que afectam a solubilidade. Solventes teta e temperatura de Flory.Definição de massas moleculares médias e suas distribuições. Métodos de determinação de massas moleculares médias. Métodos absolutos: Osmometria de membrana e de vapor, dispersão de luz e espectrometria de massa.
Métodos não absolutos:
Viscosimetria capilar. Definições de viscosidade. Tipos de viscosímetros. Equações de Huggins, Kramer e Mark-Houwink-Sakurada. Cromatografia líquida de exclusão molecular (GPC/SEC):Comportamento mecânico dos materiais poliméricos: Modelos de Maxwell e Voigt-Kelvin (ensaios de fluência e de relaxação de tensão. Curva real de fluência. Modelo de quatro parâmetros. Comportamento real dos polímeros. Curvas tensão/deformação. Influência da temperatura neste comportamento. Príncipio de sobreposição de Boltzmann. Príncipio de sobreposição tempo-temperatura.Temperaturas de transição características (Tg e Tm) e sua relação com a morfologia. Curvas de variação do volume específico com a temperatura.Mecanismo de cristalização. Efeito do tamanho das cristalites na fusão.Morfologia dos polímeros cristalinos: modelos das micelas e das esferulites.Especificações dos materiais poliméricos. Normas.Aditivação de polímeros.
PARTE 2- Mecanismos e cinética das reacções de polimerização.
Características gerais dos mecanismos de crescimento gradual e crescimento em cadeia e sua comparação.
Polimerização por crescimento gradual: Polimerização linear. Reacções típicas. Estudo cinético. Polimerização não linear.Polimerização por crescimento em cadeia: Polimerização radicalar, catiónica, aniónica e de coordenação. Características e estudo cinético.Reacções de copolimerização radicalar. Modelo cinético terminal de Mayo-Lewis. Equação de copolimerização binária. Referência aos modelos penúltimo e antepenúltimo de copolimerização.
PARTE 3- Breve abordagem dos processos industriais de polimerização:
Polimerização em massa, em soluçao, em suspensão e em emulsão. Polimerização no estado sólido e em fase gasosa.
Bibliografia
J.M.G. Cowie, V. Arrighi, Polymers: Chemistry & Physics of Modern Materials, CRC Press, 3rd Ed., 2007
G. Odian, Principles of Polymerization, John Wiley & Sons, 4th Ed, 2004
Fred W. Billmeyer, Jr., Textbook of Polymer Science, Wiley Intersci., 3ª Ed., 1984
F. Rodriguez, Principles of Polymer Systems, McGraw-Hill, 3ª Ed., 1983
M. Campbell, Introduction to Synthetic Polymers, OxfordScience Publications, 3ª Ed., 1997
H. Allcock, F.W. Lampe, J. E. Mark, Comtemporary Polymer Chemistry, Prentice Hall, 3ª.Ed., 2003
J. Brandrup, E.H. Immergut, E.A. Grulke, Polymer Handbook, John Wiley & Sons, 4ª Ed., 2003
Método de ensino
1. Aulas teóricas com apresentação em PowerPoint. Página Web da disciplina disponível.
2. Aulas de laboratório nos laboratórios 515 e 521 do DQ (grupos de 3 alunos).
3. Visita de estudo à unidade industrial de produção de poliacrilonitrilo, Fisipe, Fibras Sintéticas de Portugal, S.A., Lavradio, Barreiro.
4. Visita de estudo ao laboratório de ensaios de materiais plásticos do LNEC.
5. Apresentação de um seminário sobre um tema à escolha dos alunos, no âmbito do programa da disciplina (grupos de 3 alunos).
Método de avaliação
1. A avaliação na disciplina é constituída por uma parte escrita e uma parte prática.
A parte escrita consiste em dois testes ou num exame final.
A nota da média dos testes nunca poderá ser inferior a 9,45 val.
2. A nota final é a média ponderada da parte escrita - 70% e da parte prática - 30% (30% relatórios + 70% seminário).
3. São aprovados na disciplina os alunos com nota final igual ou superior a 9,45 val.
As notas correspondentes à parte escrita e prática NÃO PODEM ser inferiores a 9,45 val.
4. A frequência à disciplina é dada pela realização da parte prática.