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Polímeros
Conceito:
- Cadeias de moléculas formadas por unidades estruturais repetidas (monômeros - grau de polimerização) ligação covalente
- Podem ser de origem natural (celulose, lignina, proteínas, amido) ou sintética (plásticos, borrachas)
- Ex. de sintéticos: sacolas plásticas, para-choques de automóveis, canos para água, panelas antiaderentes, mantas, colas, tintas, chicletes, etc.
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Classificação quanto ao processo de preparação
a) Polímeros de adição ou de cadeia:
São polímeros cujos monômeros são idênticos.
Ex: polietileno
Os polímeros são classificados de acordo com o processo de preparação, de estrutura e de ocorrência.
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b) Copolímeros: São polímeros cujos monômeros são diferentes
c) Polímeros de condensação: São polímeros cuja formação dá-se com a retirada de moléculas de pequena massa molecular.
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Classificação quanto à estrutura
A) TERMOPLÁSTICOS
- ligações lineares;
- são moldáveis com a variação de temperatura (viscosidade reduzida);
- possuem massa molar elevada;
- são recicláveis pois não são decompostos com facilidade pela natureza;
- o processo de cura é reversível;
- Podem ser fundidos ou amolecidos quando se eleva a temperatura,
tornando a solidificar ao serem resfriados;
- são usados como solução ou em dispersão em água;
- polipropileno, o polietileno, o polimetil-metacrilato (ou acrílico) e
o policloreto de vinil (PVC), borracha.
B) TERMOFIXOS
- ligações cruzadas unem
- Polímeros tridimensionais que resistem fisicamente variações térmicas;
- Possuem massa molar baixa;
- Uma vez formado não pode mais ser fundido, pois o aumento da temperatura causa sua
degradação (endurecem por meio de reações químicas ativadas pela temperatura ou
catalisadores);
- São resistentes a umidade e ao calor;
- A prensagem é realizada para forçar o líquido adesívico a fluir sobre a superfície,
deslocando o ar, e penetrando na madeira;
- Exemplos de termofixos: resina epóxi (Durepóxi®) e material de bolas de bilhar; FF, UF,
MF,...
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Classificação quanto à ocorrência
a) Polímeros Naturais- São aqueles que existem na natureza;
- Ex.: Celulose, algodão, lã de carneiro e seda do bicho-da-seda.
A celulose, o amido e o glicogênio são polissacarídeos, uma vez que são
obtidos pela polimerização do monossacarídeos (C6H12O6).
- Borracha; Polissacarídeos; Proteínas; Borracha Natural → extraída da seringueira (Látex)
Elastômero
- não podem ser fundidos, mas são mais flexíveis que os termorrígidos;
- suporta grandes deformações antes da ruptura;
- Conhecido como cola de contato (cola de sapateiro) –secagem longa;
- Exige longo tempo para secagem, pressão e temperatura adequada;
- Adesivo-Adesivo
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b) Polímeros Sintéticos- São os obtidos artificialmente;
- Ex.: Acrílico, isopor, teflon, PVC, polivinil, polietileno e outros.
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PRINCÍPIOS BÁSICOS DE COLAGEM
São três as teorias:
* Teoria mecânica;
* Teoria da difusão de polímeros;
* Teoria da adesão química.
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Princípios básicos da colagem
Teoria mecânica
Parte de uma chave mecânica, ou ancoramento, do adesivo dentro
de cavidades, poros e asperezas da superfície para ser o principal
fator determinante da resistência adesiva;
Na maioria dos casos, o aumento da adesão pela ligação mecânica
pode ser atribuído simplesmente ao aumento da área interfacial
devido a rugosidade da superfície e no quanto as características do
substrato irão permitir a penetração do adesivo nos poros e
cavidades;
É aumentada melhorando-se o contato entre as irregularidades da
superfície. A viscosidade e outras propriedades de adesivos, são,
portanto, importantes para este mecanismo. 11
Princípios básicos da colagem
Teoria da difusão de polímeros
A adesão ocorre através da difusão de segmentos de cadeias de
polímeros a nível molecular através da interface, que permite uma
absorção gradual.
Tal mecanismo pressupõe que correntes moleculares ou elos de
correntes são suficientemente móveis e mutuamente solúveis;
Fundamental para explicar os processos de penetração e
solidificação. Portanto, se o fenômeno da interdifusão está envolvido,
a resistência da junta irá depender de diferentes fatores (tempo de
contato, temperatura, natureza e peso molecular dos polímeros)
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Princípios básicos da colagem
Teoria da adesão química
A adesão ocorre através de ligações primárias (iônicas ou
covalentes) e/ou forças secundárias intermoleculares secundárias .
A força de uma ligação covalente geralmente encontra se entre 100
a 1.000kJ mol-1, enquanto que a ligação de van der Waals e pontes
de hidrogênio (próximas de 50kJ mol-1).
A formação da ligação química depende da reatividade entre o
adesivo e o substrato.
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Adesão Física-Pontes de Hidrogênio- van der Waals-Forças eletrostáticas-Forças dipolares
Adesão Química-Ligação covalente-Absorção química
Adesão Mecânica
Escala de Atuação2 mm 0,1 mm
Adesão total
Adesão específica
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Na formação da ligação substrato-adesivo, os adesivos executam cinco ações de movimentação, também chamado de funções de mobilidade do adesivo:
a) Fluidez
b) Transferência
c) Penetração
d) Umedecimento
e) Solidificação
Princípios básicos da colagem
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A) FLUIDEZ – escoamento da massa líquida (adesivo) sobre a superfície do substrato;
b) TRANSFERÊNCIA – movimento do adesivo para penetrar a estrutura capilar e porosa do substrato;
c) PENETRAÇÃO – movimento do adesivo para penetrar a estrutura capilar e porosa do substrato;
d) UMEDECIMENTO – movimento do adesivo para recobrir a estrutura microscópica do substrato;
e) SOLIDIFICAÇÃO – movimentos envolvidos na mudança do estado físico (líquido – sólido) através de processos químicos.
Princípios básicos da colagem:Funções de mobilidade do adesivo
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a) Fase de espalhamento da cola que é aplicada sobre uma superfície da madeira. Ocorre algum umedecimento espontâneo na superfície da madeira.
b) Movimentação da cola devido sua fluidez no plano da superfície da madeira e ainda transferência de adesivo para as duas faces.
c) Devido ao aumento da pressão ocorre movimento da penetração na estrutura capilar da madeira e ainda o umedecimento para ocorrer maior permeabilidade e contato.
d) A pressão continua sobre as peças e ocorre a movimentação completa da cola, havendo uma permeabilidade no sentido de dar credibilidade (solidificação) ao processo.
MOVIMENTO DO ADESIVO NA LINHA DA COLA
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Ponto de ancoragem
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Ponto de ancoragem
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1: Filme do adesivo;
2 e 3: camada de ligação intra-adesivo;
4 e 5: interface adesivo / aderente;
6 e 7: sub-superfície da madeira;
8 e 9: madeira
Processo de colagem: interface entre adesivo líquido > superfície madeira >
ações de movimento > solidificação do adesivo > formação da ligação entre
duas peças
Elos de conexão adesivo-madeira
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Fatores que influenciam na eficiência e qualidade da colagem
• Características (propriedades) adesívicas
– Viscosidade
– Tempo de formação de gel
– Teor de sólidos
– pH
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• Características da madeira
– Anatomia (lenho, cerne, idade, grã,...)
– Propriedades físicas (dens., umidade)
– Propriedades químicas (cinzas, extr., pH, ...)
– Propriedades mecânicas (tensões)
Fatores que influenciam na eficiência e qualidade da colagem
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• Condições de colagem
• Condições de uso do produto
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Fatores que influenciam na eficiência e qualidade da colagem
Principais adesivos• Naturais
– Origem animal – glutina (couro, pele, ossos), caseína (leite), albumina (sangue)– Origem vegetal – soja, taninos, amido, trigo, borracha– Éter celulósico
• Termoplásticos– PVAc; Hot Melt; Polietileno; Polistirol; Borracha sintética
• Termofixos (termoendurecedores)– UF– FF– MUF– MF– TF– RF– RFF– FMUF– Licor sulfito– Isocianato (MDI)
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Taninos
• grande grupo de substâncias naturais, complexas, de
natureza fenólica, hidrossolúveis, com peso molecular entre
500 e 3000 Dalton e que, além das reações clássicas dos
fenóis, apresentam a propriedade de precipitar alcalóides,
gelatina e outras proteínas;
• historicamente usados para “curtir” couro;
• responsáveis pela adstringência de muitos frutos e outros
produtos vegetais.
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Hidrolisáveis
- São misturas de fenóis simples como pirogalol e ácido elágico, e também ésteres do ácido gálico com açúcares simples (glucose).
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Condensados
- polímeros de pesos moleculares variados, formados por unidades flavonóides.
+ 90% da produção mundial de taninos comerciais.
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Características tecnológicas aproximadas
• Fácil obtenção
• Aceita tratamentos diferenciados
• Rendimento entre 0,4 e 38 %
• Viscosidade entre 150 e 875 Cp
• Teor de sólidos entre 38 e 40 %
• Tempo de gel entre 25 e 53 min.
• pH entre 3,7 e 5,9
São influenciadas pela temperatura de extração, concentração e tipo de sal, idade da planta, posição de coleta, local, espécie ...
Algumas limitações > baixa resistência coesiva e à umidade > minimizado com adição de resinas RF, FF, UF 28
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Uréia formaldeído
• Utilizada em ambientes internos devido a hidrólise pela água.
• Ponto de cura entre 90 a 140 ºC (sulfato de amônia)
• Colagem a “frio” usa-se catalisadores (ácido cítrico, fórmico e
tártaro)
• pH entre 7,2 a 8,0
• Densidade (25°C): 1,25 – 1,30 g/cm³
• Teor de sólidos entre 60 a 78 %
• Viscosidade entre 300 a 1.000 Cp
• Tempo de gel entre 2,0 e 2,5 min.
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UF
Pleszczak (2010)30
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• São produtos de condensação de formaldeído e fenol envolvendo processos de química orgânica altamente complexos
• A coloração pode ser considerada uma desvantagem
• O fenol-formaldeído é resistente a aditivos como fungicidas e a retardantes de fogo
• Uso externo
Fenol formaldeído
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• Colagem a quente – catalisador: carbonato de potássio
• Teor de sólidos entre 48 a 60%
• Temperatura de cura entre 130 a 180ºC
• pH entre 11 e 13
• Viscosidade entre 300 a 600 Cp
• Tempo de gel 44 min (6 – 11 min.)
• Densidade (25°C): 1,19 – 1,25 g/cm³
Fenol formaldeído
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FF
Ple
szcz
ak(2
01
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Hot Melt
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– Adesivo na forma sólida;
– Fundido à alta temperatura na superfície da madeira;
– Copolímero de etileno com acetato de vinila, polietileno e poliamida
– Aplicações: junção de lâminas e sarrafos
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Melanina formaldeído
• Indicada para aplicações que requerem alta resistência à umidade, como em usos estruturais
• Fabricação atual (para madeira) em escala comercial as resinas compostas, tais como melamina-uréia-formaldeído (40%) e melamina-fenol-formaldeído, para aplicações semi-estruturais, com maior resistência à umidade e custos compatíveis.
• Muito usado em painel sarrafeado
• Uso exterior e semi-exterior e para preparação de papel laminado de alta pressão e revestimento em painéis
• Linha de cola clara
• Custo elevado (chega a 5x para UF e 30% para FF) MUF (40:60)
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• pH entre 7,5 e 10,0
• Teor de sólidos entre 53 e 55 %
• Densidade (25°C): 1,28 – 1,29 g/cm³
• Mesmos catalisadores da UF
• Temperatura de cura entre 65 e 130 ºC (sem catalisador)
• Viscosidade Brookfield (25°C): 150 – 210cp
• Forma líquida (1 semana – 30 a 35 ºC) e na forma de pó (1 ano)
Melanina formaldeído
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MF
Ple
szcz
ak(2
01
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Resorcinol formaldeído
• Resina em forma líquida e catalisador em pó;
• Poder ser copolimerizado com Fenol;
• Linha de cola vermelha escura;
• Resorcinol puro cura à temperatura ambiente;
• Mistura com fenol: cura de 21 a 66°C;
• Elevada resistência à água, variações de umidade e altas temperaturas;
• Alta resistência mecânica;
• Alto Custo.
• Viscosidade Brookfield (25°C): 500 – 800 cP
• Teor de sólidos (0,5g/3h/105°C): 53 – 55%
• pH (25°C): 6,9 – 7,5
• Gel time (21°C): 4 – 6 h 40
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RF
Pleszczak (2010)
Ple
szcz
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PVAc
• Solução líquida e leitosa;
• Pode ser utilizado juntamente com outros polímeros que permitem o cross-linking com uso de catalisador;
• Curável à temperatura ambiente ou prensa quente;
• Puro: Baixa resistência à umidade e temperatura;
• Reticulado: Aumento da resistência à umidade e temperatura.
• TS entre 51 a 55 %
• Viscosidade entre 6.000 a 8.000 Cp
• pH entre 4,0 a 5,0
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PVAc
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Difenil Metano di-isocianato (MDI)
• Desenvolvido na Alemanha (1930) e utilizadas a partir década 40
• Utilizada em OSB (35% das empresas)
• Nas camadas internas: Externa Fenol
• OSB Home e OSB Multiuso são produzidos com resina MDI (camada interna e FF nas externas) – 6 a 35mm de espessura com largura e comprimento de 1220x2440mm ou 1600x2500mm
• Vantagens
• Partículas maior teor umidade
• Menor tempo prensagem
• Ausência de emissão de formaldeído livre
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MDI
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EXTENSORES
• Extensores:– Substâncias à base de amido ou proteína, com alguma ação adesiva,
adicionadas na composição do adesivo para produção de compensados
• Finalidades de uso:
– Redução do custo do adesivo– Prolongar tempo de panela / tolerância no tempo montagem– Aumentar a viscosidade do adesivo > melhorar espalhamento / evitar
penetração excessiva na madeira– Evitar a redução acentuada da viscosidade da resina na fase inicial de
aquecimento– Limitações
base amido – aumenta absorção de água e susceptibilidade ao ataque de insetos
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EXTENSORES
– Formulação adesivo maior proporção extensor • Menor custo
• Maior viscosidade
• Maior vida útil em panela
• Menor resistência a água
– Materiais alternativos – extensor farinha soja e milho, farinha de trigo, amido de milho, ...
– Características básicas – extensor:• Partículas finas (150 – 200 mesh) – facilita espalhamento
• Fácil dispersão na resina líquida – mistura homogênea
• Melhorar capacidade de ligamento / coesividade do adesivo
• Manter viscosidade do adesivo na faixa de 4000 – 6500 cp
• pH neutro – não interferir na cura adesivo
• Baixo teor de cinzas – não prejudicar ferramentas de corte
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MATERIAIS DE ENCHIMENTO
– Substâncias sem propriedades de adesão, adicionados na composição do adesivo para compensados
– Objetivo: reduzir custos
– Função física: controle penetração do adesivo na madeira
– Uso excessivo: enfraquecimento da ligação adesiva
– Vantagens: reduz absorção de água / susceptibilidade ao ataque de insetos
– Produtos: minerais – caolina; farinha de casca de coco; substâncias sintéticas pulverizadas