Propriedades dos plásticos e propriedades dos vidros: semelhanças e diferenças

As propriedades físicas dos diferentes plásticos são muito semelhantes. São em geral "leves", combustíveis, têm baixa condutividade térmica, um coeficiente de expansão térmica elevado e elevado calor específico.

As propriedades principais dos vidros são: transparência, dureza, fragilidade elevada, resistência mecânica, resistência à corrosão, é um óptimo isolante eléctrico, tem baixa condutividade térmica e é durável. Estas propriedades conferem-lhe algumas vantagens tais como: é reciclável, higiénico, inerte, versátil, e é impermeável. Contudo estas propriedades levam também a que possua algumas desvantagens das quais se salienta: fragilidade; peso relativamente grande, preço elevado, dificuldade no fechamento hermético e dificuldade de manipulação.

Se se fizer uma comparação entre o vidro e os plásticos verifica-se que estes últimos oferecem algumas vantagens:

◙ Menos gastos de energia na sua produção;

◙ Diminuição do peso do lixo;

◙ Redução dos custos da recolha e destino final;

◙ Diminuição do peso;

◙ Diminuição dos riscos no manuseamento;

◙ Maior versatilidade em termos de design;

◙ Menos quebras;

◙ Cada vez mais semelhante ao vidro.

O que são vidros: composição e estrutura

Em ciência dos materiais, vidro é uma substância sólida e amorfa que apresenta temperatura de transição vítrea. No dia a dia o termo refere-se a um material rígido não cristalino de aspecto translúcido e geralmente transparente que resulta da fusão a altas temperaturas.

A produção de vidro faz-se através da moagem da matéria-prima: a sílica (proveniente da areia siliciosa), o óxido de cálcio (fornecido pelo carbonato de cálcio) e o óxido de sódio (fornecido pelo sulfato de sódio ou pelo carbonato de sódio).

          De seguida, a mistura moída é homogeneizada e cozida num forno. Após ter perdido toda a água, junta-se a esta massa o fundente, que, em geral, é constituído por bocados de vidro finamente moídos. A temperatura é elevada até 1200 a 1400^o C de acordo com a composição da matéria-prima. Nesta fase juntam-se-lhe os aditivos (dióxido de manganês, borato de sódio e óxido de arsénio) e os corantes (óxidos metálicos), se for caso de se querer obter vidros coloridos. A partir daí a temperatura do forno desce até aos 800 a 400^o C, sob a qual o vidro fica pastoso, pronto a ser moldado.                                                                      .
 Muitas vezes é necessário proceder ao recozimento do vidro para melhorar as suas características, com vista à eliminação das tensões residuais que condicionam a sua resistência ao choque.                                                      .

            Assim os ingredientes básicos na composição do vidro são a sílica ou óxido de silício (SiO2), obtida principalmente da areia branca pura, e álcalis (os principais são o carbonato de sódio, o sulfato de sódio e também a cal extinta). Milhares de tipos de vidros são produzidos industrialmente com esses materiais e diferentes técnicas. Todavia, o elevado ponto de fusão e a alta viscosidade tornam muito cara a fabricação de vidros com alto teor de sílica. Por isso os tipos de vidro mais comuns contêm, além de areia, diversas outras substâncias, que variam conforme as aplicações..                                                                    .

             Na composição dos vidros de garrafas, de vidraças e de bulbos de lâmpadas, de baixo custo e largo consumo, entram o carbonato de sódio e a cal. Os vidros empregados na confecção de utensílios de laboratório e no vasilhame de cozinha, resistentes ao calor e ao fogo, contêm borossilicato. Vidros de alta resistência a choques e a altas temperaturas, bem como aqueles destinados a janelas de aviões contêm aluminossilicato. O vidro de elevado grau de transparência, frequentemente chamado cristal, é fabricado à base de chumbo e alcális.

Quanto à estrutura, os vidros dispoem-se conforme uma estrutura não cristalina ou amorfa que consiste na forma como estão espacialmente ordenados os átomos ou moléculas que o constituem. Os sólidos cristalinos exibem uma estrutura ordenada ao nível atómico, replicada no espaço ao longo de distâncias significativas face à dimensão atómica ou molecular, o que é exclusivo dos cristais. As moléculas de um vidro não estão dispostas  numa ordem repetitiva e regular a longa distância. As moléculas mudam de orientação de um modo aleatório ao longo do material sólido.

Alguns tipos de vidros comercializados

Existem muitos vidros que apesar de terem a mesma origem, diferem na composição e, consequentemente, nas temperaturas de fusão diferentes, de acordo com a finalidade a que se destinam. Assim temos o vidro sódico-cálcico que contém 60 a 75% de sílica, 12 a 18% de óxido de sódio e 5 a 10% de óxido de cálcio, o vidro borossilicato que é um vidro silicatado que contem na sua composição pelo menos 5% de óxido de bário e uma pequena quantidade de óxido de alumínio, o vidro de chumbo que contém óxido de chumbo e ainda existem vidros especiais como por exemplo as fibras ópticas que são óxido de silício puro no estado não cristalino.

Os vidros mais comercializados são os seguintes:

Img 1- Funil de vidro comum

Vidro Comum (Vidro sódico-cálcico)

   O vidro comum constitui 90% do vidro que se fabrica e pode ser usado em bancadas, esquadrias, mobiliário e decoração de interiores, por ser plano e possuir óptima transparência. É comercializado nas cores verde, bronze, incolor e fume.

Vidro Temperado

Img 2- Vidro temperado 

  
O vidro temperado, no seu processo de produção, recebe fortes jactos de ar direccionados por toda a sua superfície o que lhe confere uma maior resistência a atritos, sendo menos sujeito a quebra durante o uso. Em caso de quebra fica reduzido a pedaços pequenos e sem pontas, evitando ferimentos.

É comercializado nas cores verde, bronze, fume, pontilhado, incolor e serigrafados. Tem a sua apl

icaçãovitrines e mobiliário.

Vidro Laminado



img 3- Vidro Laminado



   O vidro laminado Padrão é composto por duas lâminas de vidro e uma película de Polivinil Butiral. Através desta película, o vidro torna-se mais resistente a impactos frontais. Outro aspecto importante é que, em caso de quebra, os estilhaços ficam presos à película, reduzindo o risco de ferimentos. Existe também o laminado múltiplo, para casos de resistência à bala, usando 3 vidros ou mais.

É utilizado em cabines, fachadas, divisórias, coberturas, clarabóias, guarda corpos, pisos e revestimentos. São vendidos nas cores verde e incolor.

Img 4- Vidro jateado

Jateados

  
Habitualmente utilizado em divisórias, portas e fachadas, o vidro jateado é produzido em cabine fechada com pós-abrasivos. É possível reproduzir desenhos, fotos e figuras estampadas na superfície do mesmo. Permite criar privacidade devido ao seu aspecto opaco.

Vidro Quadrato



Img 5- Vidro Quadrato

   O  vidro quadrato, possui uma textura delicada em forma de pequenos quadrados. Este vidro é novo e como tem um design moderno proporciona bem-estar, aconchego e sofisticação a cada ambiente, valorizando e engrandecendo projectos residenciais e comerciais. O Quadrato transforma-se em elemento estético que garante privacidade sem perda da luminosidade, combinando com os mais variados estilos de decoração.

É aplicado em divisórias, portas e janelas. É comercializado na cor incolor.

Pirex (vidro borossilicato)

Img 6- Vidro Borossilicato

   As suas propriedades de resistência ao calor tornam este tipo de vidro útil em material de laboratório que tenha que suportar temperaturas elevadas. O seu baixo coeficiente de dilatação permite que instrumentos de vidro possam manter a precisão das suas medidas mesmo quando sujeitos ao calor. Outro uso comum é como utensílio de cozinha, quer pelos recipientes e pratos resistentes à temperatura dos fornos, quer pelos copos graduados para medir quantidades de ingredientes.

Fibra óptica (vidros especiais)

Img 7- Fibras Ópticas

    Podemos encontrar aplicações do uso de fibra optica na medicina (endoscopias por exemplo) como também em telecomunicações (principalmente internet) em substituição aos fios de cobre.

Cristal (vidro de chumbo)

  

Img 8- Cristal



    Na linguagem corrente e no comércio, a palavra cristal é utilizada para designar vidros de elevada transparência e qualidade, genericamente comercializados como cristais. Estes cristais de vidro não são mais do que vidro com um elevado teor de óxido de chumbo, os quais, como vidros que são, não têm estrutura cristalina, já que neles os átomos não apresentam qualquer forma de arranjo regular.

   O cristal é usado no fabrico de peças decorativas consideradas muitas delas obras de arte.

Estrutura polimérica, estrutura vítrea e estrutura cristalina

Polímeros e vidros são materiais sólidos com estrutura desordenada que, ao passar da fase sólida para a fase líquida, não sofrem verdadeira fusão, como os materiais cristalinos, mas sim uma transição de fase chamada de transição vítrea.

Estrutura polimérica

Os polímeros são materiais compostos por macromoléculas. Essas macromoléculas são cadeias compostas pela repetição de uma unidade básica, chamada mero. Daí o nome: poli (muitos) + mero. Os meros estão dispostos um após o outro, como pérolas num colar. Uma macromolécula assume formato muito semelhante ao de um cordão.

A matéria prima que dá origem ao polímero chama-se monómero. Por exemplo no caso do polietileno (PE) é o etileno (ou eteno).

O monómero é obtido geralmente a partir do petróleo ou gás natural, pois é a forma mais barata. É possível obter monómeros a partir da madeira, álcool, carvão e até do CO₂, pois todas essas matérias primas são ricas em carbono, átomo principal que constitui os materiais poliméricos, mas torna-se mais dispendioso.

No quadro 1 encontra-se uma representação de um monómero e de um polímero.

A técnica de fabricação essencial na indústria é o processo pelo qual as unidades básicas, os monómeros, são reunidas. Há dois meios comuns de fazer isso, conduzindo a estruturas moleculares intrinsecamente diferentes e, portanto, a propriedades diferentes. A polimerização por adição implica ligar os monômeros juntos numa cadeia, em geral pela aplicação de calor e pressão, na presença de um catalisador. Os monómeros podem ser do mesmo tipo ou de diferentes tipos, como em co-polimerização.

A polimerização por adição forma cadeias articuladas, com vários graus de ramificação. Isto normalmente conduz a materiais flexíveis, cuja rigidez aumenta com o comprimento das cadeias e a quantidade de ramificações. Também produz, geralmente, propriedades "termoplásticas", permitindo que o material seja amolecido sob calor. Os materiais característicos são o polyvinil chloride (PVC) e o polymethyl methacrylate (PMMA ou acrílico).

Polimerização por condensação implica uma reação química entre dois monómeros, levando a uma reconstituição da sua estrutura molecular e à eliminação de um subproduto como a água, com uma estrutura resultante, frequentemente mais interligada do que a produzida pela polimerização de adição.

A interligação cruzada das estruturas poliméricas proporciona grande rigidez, mas com menos capacidade de ser processada por "calor" ou "fusão".

Os termoplásticos, que são produzidos com polimerização por adição ou por condensação, amolecem sob a aplicação de calor.

Os plásticos termoestáveis - "thermosetting" (que se estabilizam pelo calor) - são sempre produzidos com polimerização por condensação, estabilizados e solidificados quando aquecidos, e não podem ser amolecidos de novo sob calor,.

Estrutura Vítrea

            Qualquer que seja o tipo de vidro apresenta uma estrutura amorfa ou vítrea, isto é, um estado de matéria que combina a estrutura ordenada dos materiais sólidos cristalinos, com a estrutura desordenada, característica dos líquidos –  estado vítreo. Os átomos no vidro, embora apresentem um arranjo desordenado, apresentam uma posição fixa.

O vidro apresenta  um comportamento particular durante o arrefecimento. Como se sabe, resulta de um arrefecimento rápido de materiais que foram fundidos, tornando-se rígidos, sem, no entanto, adquirirem uma estrutura sólida cristalina.

Contudo, o processo inverso da fusão é a cristalização, que surge normalmente, por arrefecimento do líquido, à mesma temperatura que ocorre a fusão. Por exemplo, um material que funde a uma temperatura de 1500ºC, cristaliza à mesma temperatura, quando se verifica o arrefecimento do material fundido.

Assim, para que ocorra vitrificação é necessário que o arrefecimento seja de tal forma rápido, que não dê tempo para haver uma reorganização da estrutura atómica dos materiais, requerida pela cristalização.

Estrutura cristalina

A estrutura cristalina de um sólido é a designação dada ao conjunto de propriedades que resultam da forma como estão espacialmente ordenados os átomos ou moléculas que o constituem. Note-se que apenas os sólidos cristalinos exibem esta característica, já que ela é o resultado macroscópico da existência subjacente de uma estrutura ordenada ao nível atómico, replicada no espaço ao longo de distâncias significativas face à dimensão atómica ou molecular, o que é exclusivo dos cristais.

Dado que, de maneira geral, a matéria sólida, se apresenta sob dois estados fundamentais de ordenação: o amorfo e o cristalino, como é óbvio, apenas os sólidos que tenham uma estrutura interna ordenada, os cristalinos, apresentem estrutura cristalina.

As estruturas cristalinas estão presentes em diversos materiais, em que os átomos distribuídos dentro de sua estrutura formam uma rede chamada retículo cristalino. Possuem estruturas cristalinas os sais, metais e a maior parte dos minerais.

As moléculas das estruturas cristalinas podem possuir dois tipos de ligações, as direccionais, em que se incluem as covalentes e dipolo-dipolo e as não-direccionais em que estão as ligações metálica, iónica, Van Der Walls.

As estruturas cristalinas são formadas por células unitárias que são a sua unidade básica, pois constituem o menor conjunto de átomos associados encontrados numa estrutura cristalina.

Há sete tipos de sistemas cristalinos que abrangem as substâncias conhecidas pelo homem:

• Cúbico: em que todos os ângulos são iguais a 90º
• Tetragonal: em que todos os ângulos são iguais a 90º
• Ortorrômbico:  em que todos os ângulos são iguais a 90º
• Monoclínico: em que há dois ângulos iguais a 90º e dois ângulos diferentes de 90º
• Triclínico: em que todos ângulos são diferentes e nenhum é igual a 90º
• Hexagonal: em que dois ângulos são iguais a 90º e um ângulo é igual a 120º
• Romboédrico: em que todos os ângulos são iguais, mas diferentes de 90º.