1. Universidade Federal de Pernambuco
Departamento 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
2. 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;
3. 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.
4. 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:
𝑆𝐸 = 𝐷 (
𝐾𝐽
𝐾𝑔
)
• A “Specific energy requirement” ainda pode ser expressa em termos do
peso molecular e de G-values:
𝑆𝐸 =
9,65. 106
𝐺 (𝑀𝑜𝑙. 𝑊𝑡)
(
𝐾𝐽
𝐾𝑔
)
• Range G-values: 0,1-10, sendo 1 o valor típico para reticulação de
polímeros puros.
5. 2. Specific energy requirement (SE)
• Combinando as duas equações chegamos a conclusão que SE pode
ser calculada por:
𝑆𝐸 =
9,65. 106
𝐺 (𝑀𝑜𝑙. 𝑊𝑡)
(𝑘𝐺𝑦)
6. 3.Temperature Rise
O aumento da temperatura de materiais irradiados também é
proporcional à energia absorvida por unidade de massa:
T= 𝐷/𝑐 (K)
Onde: T é o aumento da temperatura; D é a dose absorvida; c é a
capacidade térmica.
8. 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.
9. 4. Polymerization
Composite 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;
10. 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.
11. 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.
14. 6. Crosslinking
Fios 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.
15. 6. Crosslinking
Tubos 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.
16. 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
17. 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
18. 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;
19. 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.
20. 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).
21. 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.
22. 7. Degradação
Celulose
• 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.
23. 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
24. 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.
