Explicando A Matéria: Permeação em Polímeros

        No Explicando a Matéria dessa semana, será abordado mais um conceito importante para os materiais poliméricos: a permeação. Para essa classe de materiais é interessante analisar o movimento de pequenas moléculas através do sólido, e não o movimento dos átomos pertinentes a própria cadeia polimérica. Devido a sua baixa densidade, os materiais poliméricos são relativamente permeáveis a fluidos. Um maior conhecimento sobre o comportamento de permeação desses materiais é necessário quando são utilizados em aplicações nos setores de embalagens e revestimentos protetivos para alimento, bebidas e ambientes corrosivos, filtros, câmaras de pneus de veículos, por exemplo.

        O fenômeno de permeação é muito dependente de qual substância está se difundindo no material, uma vez que depende tanto do polímero quanto do permeante, em uma relação através do grau de permeabilidade. Também é válido ressaltar que esse processo de penetração pode levar à degradação do polímero, uma vez que podem ocorrer reações químicas e/ou inchamento do material.

        São as regiões amorfas do polímero que possuem as maiores taxas de difusão, pois nessas porções do material a estrutura é mais “aberta”, permitindo, assim, maior movimentação. É um processo similar ao de difusão intersticial em materiais metálicos: as moléculas que estão se difundindo perpassam por espaços vazios do sólido. Logo, podemos dizer que a permeação depende de uma propriedade intrínseca do polímero: o volume livre, ou seja, espaços deixados entre os enroscos das cadeias poliméricas.

        Outro fator que interfere é o tamanho da molécula que está se difundindo. Quanto maior a molécula, mais lenta será a permeação. Além disso, moléculas externas que são quimicamente inertes - não reagem com o polímero - difundem-se mais rapidamente.

        O transporte dos fluidos através dos materiais ocorre em três principais etapas:
- Sorção do material permeante na membrana do polímero;
- Difusão do permeante através do polímero;
- Dessorção do permeante através da membrana polimérica oposta.

        As propriedades de permeação de polímeros são geralmente caracterizadas em termos de um coeficiente de permeabilidade (Pm). Para o caso de permeação em regime estacionário através de uma membrana polimérica, a primeira lei de Fick é modificada e origina a equação que relaciona o fluxo difusivo do gás através da membrana (J), a espessura da membrana e a diferença na pressão do permeante através da membrana. Para moléculas pequenas em polímeros não vítreos, o coeficiente de permeabilidade pode ser aproximado como produto da solubilidade do permeante (S) e do coeficiente de difusão (D).

Fonte: CALLISTER, W. D.; RETHWISCH, D. G. Ciência e Engenharia de Materiais: Uma Introdução. 9. ed.: LTC, 2016.