Universidade Federal de PernambucoDepartamento de Energia Nuclear

Programa de Pós-Graduação em Tecnologias Energéticas e Nucleares

Applications for radiation processing of materials.

M.R. Cleland, L.A. Parks, S. Cheng

Aluno: José Daniel Soares de Paiva

Professor: Elmo de Araújo

Disciplina: Química das Radiações em Sistemas Poliméricos

1. Introdução• Objetivo da irradiação de polímeros é a

modificação de suas propriedades afim de

torná-los mais atrativos as indústrias e ao

comércio.

• As propriedades físicas e químicas dos

polímeros podem ser modificadas através

da exposição a radiação: Raios-, raios-X,

elétrons energizados e feixe de elétron de

alta energia.

• Polimerização, enxerto, reticulação e

reações em cadeia;

1. Introdução• Os efeitos da radiação em sistemas

poliméricos são utilizados a mais de 60

anos.

• Iniciou-se com a reticulação de materiais

plásticos, esterilização de produtos médicos

e preservação de alimentos.

• Atualmente existem inúmeras aplicações,

como o uso de feixe de elétrons de alta

energia para produção de filmes plásticos

“packaging” para embalagem de alimentos,

hidrogéis, tubos de plástico “heat-

shrinkable”, plástico em espuma e etc.

2. Specific energy requirement (SE)• A energia por unidade de massa exigida para que ocorram as reações

químicas induzidas pela radiação são proporcionais a dose absorvida

(D). Portanto a “Specific energy requirement” é dada por:

• A “Specific energy requirement” ainda pode ser expressa em termos

do peso molecular e de G-values:

• Range G-values: 0,1-10, sendo 1 o valor típico para reticulação de

polímeros puros.

2. Specific energy requirement (SE)• Combinando as duas equações chegamos a conclusão que SE pode

ser calculada por:

3.Temperature RiseO aumento da temperatura de materiais irradiados também é

proporcional à energia absorvida por unidade de massa:T (K)

Onde: T é o aumento da temperatura; D é a dose absorvida; c é a capacidade térmica.

3.Temperature RiseDados semelhantes de metais são apresentados na Tabela 2:

4. Polymerization

Revestimentos, adesivos e tintas

• Revestimentos, adesivos e tintas podem ser curados (polimerizados)

por tratamento com feixes de elétrons de baixa energia;

• Estes materiais são combinações de oligômeros (polímeros com

pesos moleculares baixos) e monômeros, que controlam a

viscosidade antes da cura. Os solventes voláteis não são necessários

e o endurecimento ocorre sem perda de material;

• As doses necessárias são relativamente baixas, na faixa de 10-30

kGy.

4. PolymerizationComposite materials

• São utilizados em produtos que necessitam de uma maior

resistência;

• Tais materiais são usualmente curados com calor, mas a

cura por feixe de elétrons oferece melhorias, tempo e custo;

• Os materiais típicos são fibras de carbono com epóxis

acrilados;

• As principais aplicações são na indústria automotiva e

aeroespacial

• As doses, geralmente, são de 150-250 kGy;

5. Grafting

• As propriedades de superfície dos polímeros podem ser modificados

pela copolimerização de enxerto;

• O enxerto pode ser realizada por irradiação de feixe de eltróns de

polímeros comuns, tais como polietileno, polipropileno e

fluoropolímeros;

• A biocompatibilidade de vários polímeros podem ser melhoradas

para utilizações médicas.

6. Crosslinking

• A ligação cruzada é o mais importante efeito da irradiação do

polímero, poisgeralmente melhora as propriedades mecânicas,

térmicas, estabilidades química, ambientais e de radiação de peças

pré-formadas, bem como materiais a granel;

• Tanto a reticulação do polímero como a cisão na cadeia principal

pode ocorrer durante o tratamento, mas um ou outro destes efeitos

podem ser predominante.

6. Crosslinking

6. Crosslinking

6. CrosslinkingFios e cabos isolados

• A reticulação do isolamento de fios elétricos e cabos foi uma das

primeiras aplicações práticas de processamento de feixe de elétrons;

• Alguns polímeros utilizados nesta aplicação são o polietileno,

policloreto de vinila e a borracha de etileno-propileno;

• Melhorias obtidas por irradiação: tolerância a ambientes de alta

temperatura e condutores sobrecarregados, retardamento do fogo,

aumento da resistência;

• Fios irradiados são utilizados em automóveis, veículos militares,

aviões, naves espaciais e muitas outras aplicações onde é necessário

alto desempenho.

6. CrosslinkingTubos de plástico Heat-shrinkable

• É reticulado para aumentar o “efeito de memória”;

• Eeste efeito se baseia em forças de entropia e pontos vulcanizados

de estabilidade física ou química;

• Quando é aquecido acima da temperatura em que o material não

irradiado derreteria, o tubo se torna elástico, quando resfriado, ele

mantém a dimensão expandida, ou seja a '' memória '' de sua

dimensão inicial;

• Exemplos: encapsulamentos para componentes eletrônicos, feixes de

fios elétricos e conectores de cabo de telefone exterior.

6. Crosslinking

Filmes plásticos Heat-shrinkable

• Também são reticulados para aumentar o efeito de memória;

• Possui muitas aplicações na indústria de alimentos;

• As Embalagens de filmes modernos usam misturas de vários

polímeros diferentes para proporcionar propriedades desejáveis

como clareza, dureza, a exclusão de oxigénio e retenção de umidade

6. Crosslinking

Pneus de borracha• Estes materiais são irradiados para se obter reticulação parcial antes do

pneu ser montado;

• Estabilização durante a curagem no processamento;

• O resultado é um pneu de alta qualidade com uniformidade de

espessura;

• Permite que o pneu tenha espessura fina;

• Um pneu mais fino, gera menos atrito;

• As doses estão na faixa de 30-50 kGy

6. Crosslinking

Plastic pipe

• Tubo de polietileno reticulado é usado para o aquecimento de pisos

de concreto com água quente;

• As camadas de plástico interiores e exteriores são irradiadas

simultaneamente com elétrons de alta energia;

6. Crosslinking

Espuma de plástico

• A Reticulação permite a utilização em temperaturas mais elevadas,

a expansão e controle do processo de expansão;

• As aplicações incluem o isolamento de espuma em cabos coaxiais,

juntas, fitas revestidas, suporte de pisos, forros de capacete,

almofada,s sutiã, assentos de automóvel e etc.

6. Crosslinking

Hidrogel

• É um material polimérico que tem a capacidade de inchar na água e reter

uma fracção significativa (mais de 20%) de água dentro da sua estrutura;

• Os hidrogéis têm excelente biocompatibilidade e podem ser utilizados para

suportes de enzimas e de liberação de fármacos que podem ser incorporados

ao hidrogel;

• Alguns polímeros que podem formar hidrogéis são: álcool polivinílico

(PVA), poliacrilamida (PAAm), polivinil-pirrolidona (PVP), óxido de

polietileno (PEO) e metilcelulose (MC).

7. Degradação

Polytetrafluoroethylene

• Possui um G de cisão alto e G de reticulação baixo, portanto a

irradiação írá reduzir seu peso molecular;

• Este efeito é desejável para converter o PFTE em partículas finas;

• O pó resultante tem várias utilizações, por exemplo: aditivos para

lubrificantes, óleos de motor, tintas de impressão, revestimentos e

termoplásticos;

• As doses são elevadas, na faixa de 500-1000 kGy, embora doses

menores também seja utilizada.

7. DegradaçãoCelulose

• As fibras de celulose a partir de polpa de madeira podem ser

convertidas a um líquido chamado de viscose, que é usado para

fazer tecidos de rayon e filmes de celofane;

• A Irradiação inicial da celulose provoca uma redução no peso

molecular, e permite que o resto do processo se complete em menos

tempo. Isto reduz o custo e também a poluição ambiental.

• A dose utilizada é de aproximadamente 15 kGy.

7. Degradação

Polypropylene

• É intencionalmente degradado pela radiação para melhorar a

capacidade de processamento para extrusão;

• As doses estão, geralmente, na faixa de 15-80 kGy

8. Conclusão

• Processamento por radiação é um método viável e econômico para

modificar as propriedades físicas e químicas dos materiais

poliméricos.

• O número de instalações de irradiação e as vendas anuais de

produtos irradiados aumentaram substancialmente.

• O crescimento contínuo desta indústria é assegurada pelos efeitos

benéficos que podem ser obtidos com este processo de tratamento.

Obrigado!