agosto 1, 2022
A diferença entre PVC e PE
Contribuição de Josh Goldberg, gerente de desenvolvimento de negócios
Fomos criados em um mundo cercado de plásticos, mas por que existem tantos deles e qual é a diferença entre eles? Para um químico de polímeros, há todo um campo de materiais interessantes com base nas propriedades que são essenciais para um determinado trabalho. No entanto, o resto do mundo vê o plástico apenas como plástico. Para abordar esse ponto, podemos perguntar: o que é um polímero e como a química se encaixa nessa discussão?
Um polímero é uma macromolécula composta de várias unidades repetitivas chamadas de monômero (mono significa um). A mistura, a ligação cruzada e o tamanho da molécula determinam o tipo de propriedades de um polímero e como ele é fabricado. Alguns exemplos de polímeros incluem polietileno (PE), cloreto de polivinila (PVC), polipropileno (PP), fluoreto de polivinilideno (PVDF), borracha, tintas, adesivos, proteínas, ácidos nucleicos e outros. Em resumo, um polímero abrange um vasto espectro de materiais. Quando pensamos em plásticos, tendemos a pensar em coisas como garrafas de água, Tupperware®, filme plástico, cortinas de chuveiro e peças de fabricação barata, e não em polímeros como PE, PP, PVC e PVDF. Embora os itens de plástico mencionados acima sejam feitos de polímeros como PE, PP e PVC, há uma grande diferença entre esses itens de plástico de fabricação barata e polímeros de desempenho como PE, PP e PVC usados em sistemas de tubulação e válvulas para aplicações de encanamento industrial. Então, qual é a diferença entre essas duas categorias de plásticos?
Os polímeros geralmente se dividem em dois grupos diferentes: termoplásticos e termofixos. Um termoplástico é um emaranhado de polímeros e um termofixo é um emaranhado de polímeros que são reticulados uns aos outros. Ambos os tipos de polímeros têm seu próprio conjunto de vantagens e desvantagens. Por exemplo, os termoplásticos podem ser remoldados, soldáveis e recicláveis. No entanto, eles têm um coeficiente comparativo de expansão térmica (CTE) mais alto e podem ser mais suscetíveis aos raios UV e a ataques químicos severos quando comparados aos termofixos (com exceção de fluoropolímeros como PVDF e ECTFE). Para esta discussão, vamos nos concentrar nos termoplásticos, como PE, PP e PVC, e no que os diferencia uns dos outros e de seus “primos mais baratos” que todos nós associamos à palavra plástico.
Os termoplásticos, como PE, PP e PVC, podem ser fabricados de forma rápida e econômica e geralmente são misturados com algum plastificante para torná-los maleáveis e duradouros. Então, como podemos tornar esses polímeros tão fortes que possam resistir a produtos químicos, como ácido sulfúrico, peróxidos, cáusticos ou alvejantes? A resposta está no uso da estrutura do polímero para manipular as propriedades do polímero. Há duas partes gerais em um polímero: a fase cristalina e a fase amorfa. O que cada fase faz e como isso pode ser usado em benefício do polímero?
A fase cristalina de um polímero pode assumir muitas formas, mas geralmente aparece como uma bola ou nódulo difuso chamado de região cristalina. Se olharmos mais de perto essa região, veremos que ela é composta de pequenos cristalitos. Se você tivesse acesso a um microscópio forte o suficiente para observar os cristalitos, veria que eles são formados pelo polímero que se dobra para frente e para trás sobre si mesmo em uma sequência regular, como uma dobra de acordeão em uma folha de papel. Essa dobra regular para frente e para trás do polímero é a chave para algumas propriedades físicas fundamentais de um polímero.
A forma regular significa que você precisa de mais energia para quebrar o grupo cristalino, de modo que a região cristalina possa determinar a temperatura de fusão do polímero (Tm). A forma regular apertada requer mais energia para ser separada, de modo que a região cristalina também pode determinar propriedades como a resistência à tração. Como o polímero é dobrado contra si mesmo, como um acordeão de papel, a maior parte do polímero está seguramente escondida contra si mesma, deixando menos locais ao longo da cadeia do polímero abertos a ataques químicos ou de UV. Devido a essa região cristalina, os polímeros também têm propriedades associadas à resistência química. Entretanto, é o tamanho, a forma e a distribuição da região cristalina no polímero em massa que determinam o grau de força do polímero e sua resistência química e ao calor. Esses atributos essenciais são o que determina muitas propriedades físicas de materiais como PE e PP. Então, por que não fazemos um polímero super-resistente que seja totalmente cristalino e possa suportar altas temperaturas e os piores produtos químicos? Na ciência dos materiais, sempre há compensações nas propriedades dos materiais, portanto, vamos dar uma olhada rápida no PVC para demonstrar esse ponto.
O polímero PVC é muito atraído por si mesmo. Isso pode ser bom porque forma cristais muito fortes, dando ao PVC grande resistência química e ao calor e uma boa quantidade de resistência à tração. No entanto, como o PVC é muito atraído por si mesmo, o que faz com que seus cristais aumentem com o tempo, isso, por sua vez, pode criar rachaduras no polímero em massa e gerar fragilidade. Para evitar isso, são adicionados plastificantes entre as cadeias do polímero para impedir a formação de cristais. Vale a pena mencionar que algo pode ser quebradiço e ter alta resistência à tração e dureza ao mesmo tempo. A fragilidade reflete a capacidade do material de se flexionar quando a força é aplicada a ele sem se quebrar, a dureza demonstra a capacidade do material de ser arranhado e a resistência à tração refere-se à força necessária para separar um material. Portanto, embora a dureza e a resistência à tração sejam mais elevadas do que as propriedades iniciais do material, o material também se estilhaçaria quando a força fosse aplicada. Isso leva à outra propriedade importante de um polímero: a fase amorfa.
A fase amorfa é a região caótica do polímero ao redor das regiões cristalinas. Quando energia térmica suficiente é introduzida no polímero e a região se torna móvel, isso é conhecido como temperatura de transição vítrea (Tg). A vantagem de ter um material com uma Tg baixa, em que a fase amorfa é móvel à temperatura ambiente, como no PE e no PP, é que isso confere uma grande elasticidade ao material. É por isso que você pode bater nos tubos de PE e PP com uma marreta e eles não racham nem quebram. Quando a fase amorfa é móvel, ela pode agir como uma mola e absorver uma grande quantidade de energia no material sem quebrá-lo. Você pode usar a fase amorfa para fazer isso. Se a mesma coisa fosse feita com o PVC, ele se estilhaçaria em centenas de pedacinhos, pois sua fase amorfa está congelada no lugar, conforme indicado por sua alta Tg.
Ao manipular a região cristalina e usar a região amorfa a seu favor, materiais como PE e PP podem ganhar resistência à tração, temperatura e resistência química, mantendo a flexibilidade. Esses são conhecidos como polímeros de desempenho.
Sistema de tubulação Sistema de tubulação Chem Proline® Advanced PE (PE100RC) ou Sistema de tubulação Proline® PP-R são conhecidos como polímeros de desempenho, que foram transformados de plásticos simples em materiais poliméricos de alto desempenho.
Embora esses polímeros de desempenho, como PE, PP e PVC, tenham grande resistência química e à temperatura, eles não são capazes de lidar com produtos químicos desagradáveis, como o ácido sulfúrico concentrado >85%. Há um grupo específico de polímeros que abordaremos em um artigo posterior, chamado fluoropolímeros, que pode lidar com ácido sulfúrico e outros produtos químicos altamente reativos e altas temperaturas.
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