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Polímeros

 

Os polímeros são compostos químicos de elevada massa molecular relativa, resultantes de reações químicas de polimerização. Estes contêm os mesmos elementos nas mesmas proporções relativas, mas em maior quantidade absoluta.

Os polímeros são macromoléculas formadas a partir de unidades estruturais menores (os monómeros). O número de unidades estruturais repetidas numa macromolécula é chamado grau de polimerização.

A polimerização é uma reação em que as moléculas menores (monómeros) se combinam quimicamente (por valências principais) para formar moléculas longas, mais ou menos ramificadas com a mesma composição centesimal. Estes podem formar-se por reação em cadeia ou por meio de reações de poliadição ou policondensação. A polimerização pode ser reversível ou não e pode ser espontânea ou provocada (por calor ou reagentes).

Exemplo: O etileno é um gás que pode polimerizar-se por reação em cadeia, a temperatura e pressão elevadas e em presença de pequenas quantidades de oxigénio gasoso resultando uma substância sólida, o polietileno. A polimerização do etileno e outros monómeros pode efetuar-se à pressão normal e baixa temperatura mediante catalisadores. Assim, é possível obter polímeros com cadeias moleculares de estrutura muito uniforme.

Na indústria química, muitos polímeros são produzidos através de reações em cadeia. Nestas reações de polimerização, os radicais livres necessários para iniciar a reação são produzidos por um iniciador que é uma molécula capaz de formar radicais livres a temperaturas relativamente baixas. Um exemplo de um iniciador é o peróxido de benzoilo que se decompõe com facilidade em radicais fenilo. Os radicais assim formados vão atacar as moléculas do monómero dando origem à reação de polimerização.

História

Polímeros são compostos orgânicos e reações de difícil execução em laboratório, tanto que, até a primeira metade do século XIX acreditava-se na chamada Teoria da Força Vital enunciada por Berzelius. Até o século passado somente era possível utilizar polímeros produzidos naturalmente, pois não havia tecnologia disponível para promover reações entre os compostos de carbono. Isso caracteriza a 1ª fase da história dos polímeros.

Na 2ª fase WOHLER, discípulo de Berzelius, derruba a teoria da Força Vital. Com essa derrubada as pesquisas sobre química orgânica se multiplicam.

Em 1883 GOODYEAR descobre a vulcanização da borracha natural. Por volta de 1860 já havia a moldagem industrial de plásticos naturais reforçados com fibras, como a goma-laca e a gutta-percha. Em 1910 começa a funcionar a primeira fábrica de rayon nos E.U.A. e em 1924 surgem as fibras de acetato de celulose.

Na 3ª Fase, REGNAULT polimeriza o cloreto de vinila com auxílio da luz do sol, EINHORN & BISCHOFF descobrem o policarbonato. Esse material só voltou a ser desenvolvido em 1950 e finalmente em 1907, BAEKELAND sintetiza resinas de fenol-formaldeído. É o primeiro plástico totalmente sintético que surge em escala comercial.

O período entre 1920 e 1950 foi decisivo para o surgimento dos polímeros modernos. Durante a década de 1960 surgem os plásticos de engenharia.

Na década de 1980 observa-se um certo amadurecimento da Tecnologia dos Polímeros: o ritmo dos desenvolvimentos diminui, enquanto se procura aumentar a escala comercial dos avanços conseguidos.

Finalmente na década de 1990 os catalisadores de metaloceno, reciclagem em grande escala de garrafas de PE e PET, biopolímeros, uso em larga escala dos elastômeros termoplásticos e plásticos de engenharia. A preocupação com a reciclagem torna-se quase uma obsessão, pois dela depende a viabilização comercial dos polímeros.

Características

As principais e mais importantes características dos polímeros são as mecânicas. Segundo ela os polímeros podem ser divididos em termoplásticos, termorrígidos (termofixos) e elastômeros (borrachas).

Termoplásticos

São também chamados plásticos, e são os mais encontrados no mercado. Pode ser fundido diversas vezes, alguns podem até dissolver-se em vários solventes.

Logo, sua reciclagem é possível, característica bastante desejável atualmente. Sob temperatura ambiente, podem ser maleáveis, rígidos ou mesmo frágeis.

Estrutura molecular: moléculas lineares dispostas na forma de cordões soltos, mas agregados, como num novelo de lã.

Exemplos: polietileno (PE), polipropileno (PP), poli(tereftalato de etileno) (PET), policarbonato (PC), poliestireno (PS), poli(cloreto de vinila) (PVC), poli(metilmetacrilato) (PMMA)...

Termorrígidos (Termofixos)

São rígidos e frágeis, sendo muito estáveis a variações de temperatura. Uma vez prontos, não mais se fundem. O aquecimento do polímero acabado promove decomposição do material antes de sua fusão, tornando sua reciclagem complicada.

Estrutura molecular: os cordões estão ligados fisicamente entre si, formando uma rede, presos entre si através de numerosas ligações, não se movimentando com tanta liberdade os termoplásticos. Pode-se fazer uma analogia com uma rede de malha fina.

Elastômeros (Borrachas)

Classe intermediária entre os termoplásticos e os termorrígidos: não são fusíveis, mas apresentam alta elasticidade, não sendo rígidos como os termofixos.

Reciclagem complicada pela incapacidade de fusão.

Estrutura molecular: a estrutura é similar à do termorrígido, mas há menor número de ligações entre os "cordões". Como se fosse a rede, mas com malhas bem mais largas .

Observação

A polimerização é um tipo particular de reação química. Quando são utilizados monômeros difuncionais obtêm-se uma estrutura linear. No caso de pelo menos um monômero ter mais de dois grupos funcionais é obtido um polímero contendo ligações cruzadas e uma estrutura ramificada.

Aplicações

O plástico é um dos materiais que pertence à família dos polímeros, e provavelmente o mais popular. É um material cada vez mais dominante em nossa era e o encontramos frequentemente em nosso dia a dia.

Por exemplo

Por que há baldes em plástico e não de chapa metálica ou madeira, como antigamente?

Resposta: O plástico é mais leve que os outros materiais. Os compósitos poliméricos são usados em aplicações estruturais devido à uma combinação favorável de baixa massa específica e desempenho mecânico elevado.

Para que carregar um pesado balde metálico se o plástico torna o balde leve e estável o suficiente para transportar água? Por que os fios elétricos são revestidos de plástico e não mais de porcelana ou tecido isolante, como antigamente?

Resposta: O revestimento plástico é mais flexível que a porcelana. Também é bem mais robusto e resistente às intempéries do que os tecidos. E tudo isso sem prejudicar o isolamento elétrico que é absolutamente vital neste caso.

Por que as geladeiras são revestidas internamente com plástico?

Resposta: O plástico é robusto o suficiente e é um ótimo isolante térmico, exigindo menor esforço do compressor para manter os alimentos congelados.

Por que o CD é feito de plástico?

Resposta: O plástico utilizado neste caso – policarbonato (ou, abreviadamente, PC) - é tão transparente quanto o vidro, ao mesmo tempo que é mais leve e é bem menos frágil.

Exemplos

Polímeros termoplásticos

PC - Policarbonato

Aplicações

Cd´s, garrafas, recipientes para filtros, componentes de interiores de aviões, coberturas translúcidas, divisórias, vitrines, etc.

PU – Poliuretano

Aplicações

Esquadrias, chapas, revestimentos, molduras, filmes, estofamento de automóveis, em móveis, isolamento térmico em roupas impermeáveis, isolamento em refrigeradores industriais e domésticos, polias e correias.

PVC - Rígido

Aplicações

Telhas translúcidas, portas sanfonadas, divisórias, persianas, perfis, tubos e conexões para esgoto e ventilação, esquadrias, molduras para teto e parede.

PS - Poliestireno

Aplicações

Grades de ar condicionado, gaiútas de barcos (imitação de vidro), peças de máquinas e de automóveis, fabricação de gavetas de geladeira, brinquedos, isolante térmico, matéria prima do isopor.

PP - Polipropileno

Aplicações

Brinquedos;Recipientes para alimentos, remédios, produtos químicos; Carcaças para eletrodomésticos; Fibras; Sacarias (ráfia); Filmes orientados; Tubos para cargas de canetas esferográficas; Carpetes; Seringas de injeção; Material hospitalar esterilizável; Autopeças (pára-choques, pedais, carcaças de baterias, lanternas, ventoinhas, ventiladores, peças diversas no habitáculo); Peças para máquinas de lavar.

Polímeros termorígidos (termofixos)

Baquelite

Usada em tomadas e no embutimento de amostras metalográficas.

Poliéster

Usado em carrocerias, caixas d'água, piscinas, etc., na forma de plástico reforçado (fiberglass).

Elastômeros (borrachas)

Aplicações

Pneus, vedações, mangueiras de borracha.

Reciclagem

Alguns polímeros, como termorrígidos e borrachas, não podem ser reciclados de forma direta, pois não existe uma forma de refundí-los ou depolimerizá-los. Na maioria das vezes a reciclagem de termoplásticos não é economicamente viável devido ao seu baixo preço e baixa densidade. Somente plásticos consumidos em massa, como o PE e PET, apresentam bom potencial econômico. Outro problema é o fato dos plásticos reciclados serem encarados como material de segunda classe. Quando a reciclagem não é possível a alternativa é queimar os plásticos, transformando-os em energia. Porém os que apresentam halogânio, como o PVC e o PTFE, geram gases tóxicos na queima. Para que isso não ocorra esse material deve ser encaminhado para dehalogenação antes da queima.

Fonte: www.ctec.ufal.br

Polímeros

Denominam-se polímeros as moléculas muito grandes formadas por unidades moleculares que se repetem, denominadas monómeros.

A reação pela qual os monómeros se unem para formar o polímero recebe o nome de polimerização.

Existem muitos polímeros naturais. Assim, por exemplo, a celulose é um polímero da glucose que se encontra nas plantas. A nitração parcial da celulose com uma mistura dos ácidos nítrico e sulfúrico concentrados e o posterior tratamento do produto obtido com cânfora origina o celulóide, que é o primeiro plástico de importância comercial, usado para películas fotográficas e de cinema.

Os polímeros possuem propriedades físicas e químicas muito distintas das que têm os corpos formados por moléculas simples. Assim, por exemplo, são muito resistentes à rotura e ao desgaste, muito elásticos e resistentes à ação dos agentes atmosféricos. Estas propriedades, juntamente com a sua fácil obtenção a baixas temperaturas, têm possibilitado a sua fabricação em grande escala. Os polímeros de estrutura unidimensional, têm elevados pesos moleculares e, geralmente, são rígidos à temperatura ambiente, embora se tornem moles e flexíveis ao elevar a temperatura. Então, denominam-se plásticos.

Por vezes, o processo de emaranhamento das cadeias lineares pode mudar a sua forma, a baixa tensão, se a temperatura é suficientemente elevada. Porém recuperam a forma primitiva ao fazer desaparecer a tensão. Agora o polímero é elástico e pode ser estirado sem se romper até um comprimento muito superior ao primitivo. Neste caso, o polímero recebe o nome de elastómero.

Os polímeros de estrutura tridimensional formam moléculas rígidas de pesos moleculares não muito altos que produzem substâncias duras, denominadas resinas.

Os polímeros podem dividir-se em dois grupos: polímeros de condensação, formados por eliminação de pequenas moléculas como a água, e polímeros de adição, formados por sucessivas adições de unidades moleculares que se encontram repetidas.

Polímeros
As borrachas sintéticas preparam-se por polimerização do butadieno e do cloropreno
sozinhos ou também copolimerizados com outras substâncias. A borracha natural é um polímero do isopreno.

Fonte: www.escolavesper.com.br

Polímeros

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.

Logo, pode-se fazer uma analogia: as moléculas de um polímero estão dispostas de uma maneira muito semelhantes a um novelo de lã. É difícil extrair um fio de um modelo de lã. Também é difícil remover uma molécula de uma porção de plástico, pois as cadeias “seguram-se” entre si.

Por exemplo, o polietileno (ou, abreviadamente, PE) - plástico extremamente comum usado, por exemplo, em saquinhos de leite - é composto pela repetição de milhares de unidades da molécula básica do etileno (ou eteno):

Polímeros

onde n normalmente é superior a 10.000. Ou seja, uma molécula de polietileno é constituída da repetição de 10.000 ou mais unidades de etileno.

O parâmetro n é definido como sendo o Grau de Polimerização do polímero, ou seja, o número de meros que constitui a macromolécula.

Vejamos agora a definição formal de polímero: materiais, cujo elemento essencial é constituído por ligações moleculares orgânicas, que resultam de síntese artificial ou transformação de produtos naturais.

Alguns polímeros podem ser constituídos da repetição de dois ou mais meros. Neste caso, eles são chamados copolímeros.

Por exemplo, a macromolécula da borracha sintética SBR é formada pela repetição de dois meros: estireno e butadieno:

Polímeros

Para enfatizar que um polímero é formado pela repetição de um único mero, ele é denominado homopolímero.

COMO SÃO PRODUZIDOS OS POLÍMEROS?

A matéria prima que dá origem ao polímero chama-se monômero. No caso do polietileno (PE) é o etileno (ou eteno).

Por sua vez, o monômero é obtido a partir do petróleo ou gás natural, pois é a rota mais barata.

É possível obter monômeros a partir da madeira, álcool, carvão e até do CO2, pois todas essas matérias primas são ricas em carbono, o átomo principal que constitui os materiais poliméricos. Todas essas rotas, contudo, aumentam o preço do monômero obtido, tornando-o não competitivo.

No passado, os monômeros eram obtidos de resíduos do refino do petróleo. Hoje o consumo de polímeros é tão elevado que esses “resíduos” de antigamente tem de ser produzidos intencionalmente nas refinarias para dar conta do consumo!

COMO SE DIVIDEM OS POLÍMEROS?

Há diversas maneiras de se dividir os polímeros. A classificação conforme as características mecânicas talvez seja a mais importante. Ela decorre, na verdade, da configuração específica das moléculas do polímero.

Sob este aspecto, os polímeros podem ser divididos em termoplásticos, termorrígidos (termofixos) e elastômeros (borrachas).

Termoplásticos

São os chamados plásticos, constituindo a maior parte dos polímeros comerciais.

A principal característica desses polímeros é poder ser fundido diversas vezes. Dependendo do tipo do plástico, também podem dissolver-se em vários solventes.

Logo, sua reciclagem é possível, uma característica bastante desejável nos dias dias de hoje.

As propriedades mecânicas variam conforme o plástico: sob temperatura ambiente, podem ser maleáveis, rígidos ou mesmo frágeis.

Estrutura molecular: moléculas lineares dispostas na forma de cordões soltos, mas agregados, como num novelo de lã.

Exemplos: polietileno (PE), polipropileno (PP), poli(tereftalato de etileno) (PET), policarbonato (PC), poliestireno (PS), poli(cloreto de vinila) (PVC), poli(metilmetacrilato) (PMMA)...

Termorrígidos (Termofixos)

São rígidos e frágeis, sendo muito estáveis a variações de temperatura.

Uma vez prontos, não mais se fundem. O aquecimento do polímero acabado a altas temperaturas promove decomposição do material antes de sua fusão. Logo, sua reciclagem é complicada.

Estrutura molecular: na verdade, os cordões estão ligados fisicamente entre si, formando uma rede ou reticulado. Eles estão presos entre si através de numerosas ligações, não se movimentando com alguma liberdade como no caso dos termoplásticos. Pode-se fazer uma analogia com uma rede de malha muito fina.

Exemplos: baquelite, usada em tomadas e no embutimento de amostras metalográficas; poliéster usado em carrocerias, caixas d'água, piscinas, etc., na forma de plástico reforçado (fiberglass).

Elastômeros (Borrachas)

Classe intermediária entre os termoplásticos e os termorrígidos: não são fusíveis, mas apresentam alta elasticidade, não sendo rígidos como os termofixos.

Reciclagem complicada pela incapacidade de fusão, de forma análoga aos termorrígidos.

Estrutura molecular: a estrutura é similar à do termorrígido mas, neste caso, há menor número de ligações entre os “cordões”. Ou seja, é como se fosse uma rede, mas com malhas bem mais largas que os termorrígidos.

Exemplos: pneus, vedações, mangueiras de borracha.

PROPRIEDADES FÍSICAS DOS POLÍMEROS

Leves

Mais leves que metais ou cerâmica. Ex: PE é 3 vezes mais leve que o alumínio e 8 vezes mais leve que o aço.

Motivação para uso na indústria de transportes, embalagens, equipamentos de esporte...

Propriedades Mecânicas Interessantes

Alta flexibilidade, variável ao longo de faixa bastante ampla, conforme o tipo de polímero e os aditivos usados na sua formulação;

Alta resistência ao impacto. Tal propriedade, associada à transparência, permite substituição do vidro em várias aplicações.

Quais seriam: lentes de óculos (em acrílico ou policarbonato), faróis de automóveis (policarbonato), janelas de trens de subúrbio, constantemente quebradas por vândalos (policarbonato);

Note-se, contudo, que a resistência à abrasão e a solventes não é tão boa quanto a do vidro. Lentes de acrílico riscam facilmente e são facilmente danificadas se entrarem em contato com solventes como, por exemplo, acetona!

Baixas Temperaturas de Processamento

Conformação de peças requer aquecimento entre Tamb e 250oC. Alguns plásticos especiais requerem até 400oC.

Disso decorre baixo consumo de energia para conformação.

E também faz com que os equipamentos mais simples e não tão caros quanto para metais ou cerâmica.

Ajuste Fino de Propriedades através de Aditivação

Cargas inorgânicas minerais inertes (ex. CaCO3) permitem reduzir custo da peça sem afetar propriedades. Exemplo: piso de vinil/cadeiras de jardim (PP), que contém até 60% de cargas.

Uso de fibras (vidro, carbono, boro) ou algumas cargas minerais (talco, mica, caolim, wolastonita) aumentam a resistência mecânica; As cargas fibrosas podem assumir forma de fibras curtas ou longas, redes, tecidos.

Negro de fumo em pneus (borracha) e filmes para agricultura (PE) aumentam resistência mecânica e a resistência ao ataque por ozônio e raios UV.

Aditivos conhecidos como plastificantes podem alterar completamente as características de plásticos como o PVC e borrachas, tornando-os mais flexíveis e tenazes.

A fabricação de espumas é feita através da adição de agentes expansores, que se transformam em gás no momento da transformação do polímero, quando ele se encontra no estado fundido.

Baixa Condutividade Elétrica

Polímeros são altamente indicados para aplicações onde se requeira isolamento elétrico. Explicação: polímeros não contém elétrons livres, responsáveis pela condução de eletricidade nos metais.

A adição de cargas especiais condutoras (limalha de ferro, negro de fumo) pode tornar polímeros fracamente condutores, evitando acúmulo de eletricidade estática, que é perigoso em certas aplicações.

Há polímeros especiais, ainda a nível de curiosidades de laboratório, que são bons condutores. O Prêmio Nobel de Química do ano 2000 foi concedido a cientistas que sintetizaram polímeros com alta condutividade elétrica.

Baixa Condutividade Térmica

A condutividade térmica dos polímeros é cerca de mil vezes menor que a dos metais. Logo, são altamente recomendados em aplicações que requeiram isolamento térmico, particularmente na forma de espumas.

Mesmo explicação do caso anterior: ausência de elétrons livres dificulta a condução de calor nos polímeros.

Maior Resistência a Corrosão

As ligações químicas presentes nos plásticos (covalentes/Van der Walls) lhes conferem maior resistência à corrosão por oxigênio ou produtos químicos do que no caso dos metais (ligação metálica).

Isso, contudo, não quer dizer que os plásticos sejam completamente invulneráveis ao problema. Ex: um CD não pode ser limpo com terebentina, que danificaria a sua superfície.

De maneira geral, os polímeros são atacados por solventes orgânicos que apresentam estrutura similar a eles. Ou seja: similares diluem similares.

Porosidade

O espaço entre as macromoléculas do polímero é relativamente grande. Isso confere baixa densidade ao polímero, o que é uma vantagem em certos aspectos.

Esse largo espaçamento entre moléculas faz com que a difusão de gases através dos plásticos seja alta. Em outras palavras: esses materiais apresentam alta permeabilidade a gases, que varia conforme o tipo de plástico.

A principal conseqüência deste fato é a limitação dos plásticos como material de embalagem, que fica patente no prazo de validade mais curto de bebidas acondicionadas em garrafas de PET. Por exemplo, o caso da cerveja é o mais crítico.

Essa permeabilidade, contudo, pode ser muito interessante, como no caso de membranas poliméricas para remoção de sal da água do mar.

Reciclabilidade

Alguns polímeros, como termorrígidos e borrachas, não podem ser reciclados de forma direta: não há como refundí-los ou depolimerizá-los.

A reciclagem de polímeros termoplásticos, apesar de tecnicamente possível, muitas vezes não é economicamente viável devido ao seu baixo preço e baixa densidade. Compare com o caso do alumínio... Somente plásticos consumidos em massa (PE, PET, ...) apresentam bom potencial econômico para reciclagem.

Problema adicional: o plástico reciclado é encarado como material de segunda classe, ao contrário do que ocorre com aço ou mesmo o alumínio.

Nos casos em que a reciclagem do polímero não for possível, sempre é possível queimá-lo, transformando-o em energia, em incineradores ou alto-fornos. Esta última saída é mais favorável, pois o carbono do polímero seria usado na redução do minério.

Contudo, plásticos que contém halogêneos (PVC e PTFE, por exemplo) geram gases tóxicos durante a queima.

Solução: identificação desse material, que deve ser encaminhado para dehalogenação antes da queima.

CRONOLOGIA DA TECNOLOGIA DOS POLÍMEROS

1ª Fase: Polímeros, Materiais Naturais

Por que os polímeros demoraram tanto a surgir, viabilizando-se comercialmente apenas nos últimos 50 anos?

Polímeros são compostos orgânicos, ou seja, baseados em átomos de carbono. Suas reações químicas, portanto, são regidas pela Química Orgânica.

São reações de difícil execução em laboratório, tanto que, até a primeira metade do século XIX, acreditava-se na chamada Teoria da Força Vital, enunciada por Berzelius, célebre alquimista da época: “Reações orgânicas só são possíveis no interior de seres vivos, através da ação de uma força vital”.

Por isso, até o século passado, somente era possível utilizar polímeros produzidos naturalmente, pois não havia tecnologia disponível para promover reações entre os compostos de carbono.

Principais materiais estudados: borracha, goma-laca, gutta-percha, extraídos de vegetais.

Por volta de 1860, já havia a moldagem industrial de plásticos naturais reforçados com fibras, como a goma-laca e a gutta-percha. Eles eram usados, por exemplo, em daguerreótipos (máquinas fotográficas antigas).

2ª Fase: Polímeros Naturais e Modificados

1828: WOHLER (Alemanha), discípulo de Berzelius, sintetiza uréia a partir do isocianato de uréia inorgânico em laboratório, derrubando a teoria da Força Vital, proposta por seu mestre...

AgOCN (aq) + Nh2Cl (aq) -----> AgCl (s) + Nh2OCN (aq)

Com a derrubada da teoria da força da Força Vital, as pesquisas sobre química orgânica se multiplicam, criando a base fundamental para o desenvolvimento dos materiais poliméricos.

Ainda não havia tecnologia disponível para se sintetizar industrialmente esses materiais, mas já era possível alterar polímeros naturais de modo a torná-los mais adequados a certas aplicações.

1839: GOODYEAR (E.U.A.) descobre a vulcanização (desenvolvimento de ligações cruzadas) da borracha natural, viabilizando o uso desse material.

1835-1900: Grande progresso no desenvolvimento de derivados de celulose, tais como o nitrato de celulose (nitrocelulose), celulóide (nitrocelulose plastificada com cânfora), fibras de viscose rayon...

1910: Começa a funcionar a primeira fábrica de rayon nos E.U.A.

1924: Surgem as fibras de acetato de celulose.

3ª Fase: Polímeros Sintéticos

1838: REGNAULT (França) polimeriza o cloreto de vinila (P.V.C.) com auxílio da luz do sol.

1898: EINHORN & BISCHOFF descobrem, sem querer, o policarbonato. Esse material só voltou a ser desenvolvido em 1950.

1907: BAEKELAND (E.U.A.) sintetiza resinas de fenol-formaldeído (baquelite). É o primeiro plástico totalmente sintético que surge em escala comercial.

O avanço da tecnologia e da Química Orgânica já permite a síntese de polímeros nessa época.

Contudo, ainda haviam grandes dúvidas sobre a real natureza desses materiais. A idéia de macromoléculas ainda parecia estranha e muito pouco aceitável. Muitos acreditavam que os polímeros eram colóides, ou seja, associações físicas de moléculas pequenas.

Essa dúvida atravancou por muito tempo o avanço do estudo sobre esses materiais, sendo resolvida plenamente apenas na década de 1920, quando STAULDINGER (Alemanha) sedimentou os conceitos sobre as macromoléculas.

O período entre 1920 e 1950 foi decisivo para o surgimento dos polímeros modernos.

Uma série de fatores alavancou esse desenvolvimento:

A consagração da hipótese de macromolécula para os polímeros, proposto por STAULDINGER, permitiu um redirecionamento mais preciso dos desenvolvimentos nesta área.

A borracha tornou-se matéria prima estratégica devido à sua fundamental importância para a indústria automobilística e para a guerra moderna. Durante a década de 1930 tanto os E.U.A. como a Alemanha desenvolveram programas ambiciosos para produzir a borracha sintética, visando diminuir ou mesmo eliminar a dependência da borracha natural, produzida em locais remotos do globo.

A ênfase do programa alemão era a produção de borracha comum para pneus, enquanto que o programa americano visava desenvolver borrachas especiais para aplicações mais severas.

Ambos os programas, contudo, proporcionaram um enorme progresso à Ciência dos Polímeros, em função do grande número de projetos de pesquisa básica e aplicada que tiveram de ser desenvolvidos para se atingir aos objetivos propostos.

A Segunda Guerra Mundial, ao impor restrições às fontes de borracha natural e outras matérias primas, motivou o desenvolvimento de processos industriais para a síntese de plásticos com propriedades equivalentes ou similares à borracha, principalmente o PVC plastificado.

Polímeros desenvolvidos entre 1920 e 1950: PVC, PMMA, PS, nylon, PE, silicone, poliuretano, ABS, poliéster; borrachas Thiokol, neoprene, estireno-butadieno (Buna-S ou SBR), acrilonitrila-butadieno (Buna N); resinas de uréia-formaldeído, melamina-formaldeído; fibras sintéticas de poliéster e acrílico; e muito mais!

A década de 1950 se notabilizou principalmente pela popularização de toda a tecnologia de polímeros desenvolvida durante a guerra.

Porém, os desenvolvimentos continuaram: polipropileno, espumas de poliuretano, PE linear, poliacetais, policarbonatos...

Durante a década de 1960 surgem os plásticos de engenharia, materiais de alto desempenho (e custo equivalente...) que começam a desafiar materiais tradicionais, como o aço, em diversos tipos de aplicações: poliimidas, poli(óxido de fenileno), polisulfonas, ABS, poliamidas, polisulfonas, policarbonatos (PC), poli(tereftalato de butila) (PBT), poli(tereftalato de etileno) (PET), etc. Surgem ainda os elastômeros termoplásticos, plásticos com comportamento de borrachas, desenvolvidos a partir da engenharia de macromoléculas. Começam a aparecer os tanques de combustível feitos em PEAD, lentes de contato flexíveis, garrafas de PET, sacos de supermercado em PEAD...

Na década de 1980 observa-se um certo amadurecimento da Tecnologia dos Polímeros: o ritmo dos desenvolvimentos diminui, enquanto se procura aumentar a escala comercial dos avanços conseguidos.

Ainda assim, pode-se ressaltar as seguintes inovações: polímeros de cristal líquido, polímeros condutores de eletricidade, polisilanos, novos polímeros de engenharia como poli(eter-imida), poli(éter-éter-cetona)...

Finalmente, na década de 1990: catalisadores de metaloceno, reciclagem em grande escala de garrafas de PE e PET, biopolímeros, uso em larga escala dos elastômeros termoplásticos e plásticos de engenharia. A preocupação com a reciclagem torna-se quase uma obsessão, pois dela depende a viabilização comercial dos polímeros.

ALGUNS POLÍMEROS DE IMPORTÂNCIA INDUSTRIAL

Certos plásticos se destacam por seu baixo preço e grande facilidade de processamento, o que incentiva seu uso em larga escala. São os chamados plásticos ou resinas commodities, materiais baratos e usados em aplicações de baixo custo. São o equivalente aos aços de baixo carbono na siderurgia.

Os principais plásticos commodities são: polietileno (PE), polipropileno (PP), poliestireno (PS) e o policloreto de vinila (PVC).

Polietileno (PE)

Principais propriedades
Baixo custo;
Elevada resistência química e a solventes;
Baixo coeficiente de atrito;
Macio e flexível;
Fácil processamento;
Excelentes propriedades isolantes;
Baixa permeabilidade à água;
Atóxico;
Inodoro.

Há quatro tipos básicos

Polietileno de Baixa Densidade (PEBD): 0,910-0,925 g/cm3. Apresenta moléculas com alto grau de ramificação. É a versão mais leve e flexível do PE. É utilizado basicamente em filmes, laminados, recipientes, embalagens, brinquedos, isolamento de fios elétricos, etc.

Produção brasileira em 1998: 652.647 t.

Polietileno de Baixa Densidade Linear (PEBDL): 0,918-0,940 g/cm3. Apresenta menor incidência de ramificações, as quais se apresentam de forma mais regular e são mais curtas que no PEBD. Suas propriedades mecânicas são ligeiramente superiores ao PEBD em termos de resistência mecânica. Seu custo de fabricação é menor. Sua flexibilidade e resistência ao impacto recomenda sua aplicação para embalagens de alimentos, bolsas de gelo, utensílios domésticos, canos e tubos.

Produção brasileira em 1998: 175.053 t.

Polietileno de Alta Densidade (PEAD): 0,935 - 0,960 g/cm3. Apresenta estrutura praticamente isenta de ramificações. É um plástico rígido, resistente à tração, com moderada resistência ao impacto. Utilizado em bombonas, recipientes, garrafas, filmes, brinquedos, materiais hospitalares, tubos para distribuição de água e gás, tanques de combustível automotivos, etc.

Produção brasileira em 1998: 692.864 t.

Polietileno de Ultra Alto Peso Molecular (PEUAPM): G.P. da ordem de 3.000.000 a 6.000.000. Alta inércia química, alta resistência à abrasão e ao impacto, baixo coeficiente de atrito, alta maciez. Praticamente infusível, processado com grande dificuldade, geralmente através de sinterização.

Aplicações: engrenagens, componentes para bombas de líquidos corrosivos, implantes de ossos artificiais, isolamento de fios e cabos, mancais, revestimentos de pistas, trilhos-guias, etc. O Brasil ainda não produz este tipo de plástico.

Polipropileno (PP)

Mero: propileno (designação antiga do propeno):

Propriedades muito semelhantes às do PE, mas com ponto de amolecimento mais elevado.

Principais propriedades

Baixo custo;
Elevada resistência química e a solventes;
Fácil moldagem;
Fácil coloração;
Alta resistência à fratura por flexão ou fadiga;
Boa resistência ao impacto acima de 15oC;
Boa estabilidade térmica;
Maior sensibilidade à luz UV e agentes de oxidação, sofrendo degradação com maior facilidade.

Aplicações

Brinquedos;
Recipientes para alimentos, remédios, produtos químicos;
Carcaças para eletrodomésticos;
Fibras;
Sacarias (ráfia);
Filmes orientados;
Tubos para cargas de canetas esferográficas;
Carpetes;
Seringas de injeção;
Material hospitalar esterilizável;
Autopeças (pára-choques, pedais, carcaças de baterias, lanternas, ventoinhas, ventiladores, peças diversas no habitáculo).
Peças para máquinas de lavar.

Atualmente há uma tendência no sentido de se utilizar exclusivamente o PP no interior dos automóveis. Isso facilitaria a reciclagem do material por ocasião do sucateamento do veículo, pois se saberia com qual material se estaria lidando.

Termoplástico duro e quebradiço, com transparência cristalina.

Principais propriedades

Fácil processamento;
Fácil coloração;
Baixo custo;
Elevada resistência a ácidos e álcalis;
Semelhante ao vidro;
Baixa densidade e absorção de umidade;
Baixa resistência a solventes orgânicos, calor e intempéries.

Há quatro tipos básicos

PS cristal: homopolímero amorfo, duro, com brilho e elevado índice de refração. Pode receber aditivos lubrificantes para facilitar processamento. Usado em artigos de baixo custo.

PS resistente ao calor: maior P.M., o que torna seu processamento mais difícil. Variante ideal para confecção de peças de máquinas ou automóveis, gabinetes de rádios e TV, grades de ar condicionado, peças internas e externas de eletrodomésticos e aparelhos eletrônicos, circuladores de ar, ventiladores e exaustores.

PS de alto impacto: contém de 5 a 10% de elastômero (borracha), que é incorporado através de mistura mecânica ou diretamente no processo de polimerização, através de enxerto na cadeia polimérica. Obtém-se desse modo uma blenda. Muito usado na fabricação de utensílios domésticos (gavetas de geladeira) e brinquedos.

PS expandido: espuma semi-rígida com marca comercial isopor(R). O plástico é polimerizado na presença do agente expansor ou então o mesmo pode ser absorvido posteriormente. Durante o processamento do material aquecido, ele se volatiliza, gerando as células no material. Baixa densidade e bom isolamento térmico.

Aplicações: protetor de equipamentos, isolantes térmicos, pranchas para flutuação, geladeiras isotérmicas, etc.

Produção brasileira em 1998: 10.000 t.

Há também os chamados plásticos de engenharia, que são resinas que apresentam propriedades superiores às chamadas resinas commodities. Seu preço, porém, é bem mais elevado. Seriam os equivalentes aos aços-liga da siderurgia.

Aplicações

Como garrafas para bebidas carbonatadas, óleos vegetais, produtos de limpeza, etc.;

Na forma de fibras, sob marcas Tergal ® (ICI) ou Dracon ® (Du Pont), apresentam excelente resistência mecânica e ao amassamento, bem como lavagem e secagem rápida;

Na forma de películas transparentes e altamente resistentes, sob marca Mylar ®, mas algo caras.

São usadas em aplicações nobres: isolamento de capacitores, películas cinematográficas, fitas magnéticas, filmes e placas para radiografia;

Resina para moldagem com reforço de 30% de fibra de vidro, sob marca Rynite ® (Du Pont), usada na fabricação de carcaças de bombas, carburadores, componentes elétricos de carros, etc.

Policarbonato

Plástico da família dos poliésteres aromáticos.

Monômeros: fosgênio e bisfenol A. Há suspeitas de que o bis-fenol A mimetizaria efeitos de hormônios humanos, o que po-deria causar distúrbios endócrinos.

Contudo, elas não foram confirmadas até o momento.

Principais propriedades:

Excelente resistência ao impacto;
Excelente transparência: 96%;
Boa estabilidade dimensional e térmica;
Resistente aos raios ultravioleta;
Boa usinabilidade;
Alta temperatura de deflexão;
Boas características de isolamento elétrico.
Produção brasileira em 1995: 10.000 t.

Este importante plástico de engenharia foi acidentalmente descoberto em 1898 na Alemanha, mas só em 1950 é que seu desenvolvimento foi retomado, passando a ser comercializado a partir de 1958.

Aplicações

Compact-Discs (CD’s);
Janelas de segurança (por exemplo, em trens de subúrbio);
Óculos de segurança;
Carcaças para ferramentas elétricas, computadores, copiadoras, impressoras...
Bandejas, jarros de água, tigelas, frascos...
Escudos de polícia anti-choque;
Aquários;
Garrafas retornáveis.

Que tal vermos a cotação desses materiais?

Em dezembro de 1998, o preço por quilo em reais era:

PEBD: 1,19
PEAD: 1,15
PP: 1,17
PS: 1,18
PET: 1,20
HIPS: 1,18
PS Exp.: 1,78
PVC rígido: 1,38
PVC flexível: 1,38
PC: 6,85

Contudo, a crise cambial ocorrida no início de 1999 provocou acréscimo de preços de até 50% no preço das resinas, de acordo com manifesto da Abiplast em fevereiro daquele ano.

Fonte: www.gorni.eng.br

Polímeros

Se dissermos que são PLÁSTICOS toda a gente sabe do que estamos a falar. Mas os polímeros não são apenas os plásticos, eles também entram na constituição do nosso corpo. Por exemplo, o ADN, que contém o código genético que define as características das pessoas e outros seres vivos, é um polímero.

Também são polímeros as proteínas e o amido nos alimentos.

Se aprendermos coisas sobre os polímeros que são tão habituais no nosso dia podemos perceber como utilizá-los melhor e como reciclá-los melhorando o ambiente.

Como são feitos os polímeros?

Toda a matéria é constituída por pequenas unidades a que chamamos moléculas. Os POLÍMEROS são grandes moléculas. Aqui ao lado podemos ter uma ideia do seu aspecto.

  Polímeros
Estireno – substância obtida a partir do petróleo (peça de Lego)

A razão pela qual são tão grandes é porque são formadas por moléculas mais pequenas e que estão todas ligadas como blocos numa construção de LEGO.

A palavra “poli” em “polímero” significa “muito”. Estas moléculas mais pequenas, que formam o polímero, são chamadas monómeros. A palavra “mono” em “monómero” significa “um”. A figura ao lado é o monómero que forma o polímero que vimos antes.

Polímeros
Poliestireno – vários estirenos unidos (Lego montado com várias peças)

Apesar das macromoléculas dos polímeros serem grandes, ainda são pequenas demais para poderem ser vistas, mesmo com um microscópio, porque as moléculas são as mais pequenas porções de matéria.

Apesar de não podermos ver as moléculas de polímero individualmente podemos ver os polímeros, porque eles são constituídos por BILIÕES ou TRILIÕES destas moléculas juntas. Elas formam aquilo que são os materiais nossos conhecidos, de que falámos no começo, como os plásticos e a borracha.

De fato os polímeros são dos materiais mais usados no nosso dia a dia. Para qualquer lado que nos viremos encontramos um exemplo de um polímero. E ouvimos chamar-lhes muitos nomes geralmente começados por POLI-.

Exemplos de polímeros são: o polietileno, dos sacos de plástico das compras e dos brinquedos; o policarbonato, dos CD´s; o poliestireno, dos copos que mantém as bebidas frias ou quentes; o polipropileno, das películas para embrulhar os alimentos e dos cordéis, o Teflon, dos revestimentos antiaderentes das frigideiras; o poliester, das roupas; o nylon, das roupas, das cordas e dos tapetes; o spandex, dos fatos de banho e o Kevlar, das canoas e dos coletes à prova de bala.

Como examinar os polímeros?

Existem várias técnicas para descobrirmos várias coisas sobre os polímeros, como por exemplo, o seu tamanho. A técnica a que vamos recorrer é a dispersão dinâmica da luz (DLS). Com esta técnica podemos estudar o modo com a luz é dispersa pelas moléculas do polímero para obter a sua velocidade.

Na Dispersão da luz usamos uma característica dos polímeros: o fato de se movimentarem mais lentamente do que as moléculas mais pequenas. E quanto maiores e mais pesadas forem as moléculas do polímero mais lentamente se movem.

Assim, se conseguirmos saber a que velocidade se deslocam as moléculas do polímero podemos saber o seu tamanho.

Querem experimentar?

É fácil! quando estiverem no pátio da escola, experimentem chegar rapidamente até à porta da vossa sala de aula. Foi rápido, não foi?

Agora, peçam a uns seis, ou mais, colegas para fazerem a mesma experiência fazendo o mesmo caminho. Mas, só podem deslocar-se sempre juntos. Para isso têm que dar as mãos, sem que nenhum se solte.

Que tal? demoraram mais, não é verdade? E quantos mais forem, no grupo, maior dificuldade têm em se deslocar. É mais difícil vencer os obstáculos que vos vão surgindo, tais como outros colegas que se atravessem no caminho, as colunas do pátio, as escadas ou alguma passagem mais estreita.

Com as moléculas acontece exatamente o mesmo. As moléculas pequenas podem mover-se mais livre e rapidamente. Se se juntarem formando grandes e longas moléculas como as dos polímeros, o seu movimento torna-se mais lento, tal como na vossa experiência quando tentam chegar à aula de mãos dadas.

Fonte: polimeros.no.sapo.pt

Polímeros

CONCEITOS FUNDAMENTAIS

Quando as moléculas se tornam muito grandes, contendo um número de átomos encadeados superior a uma centena e podendo atingir valor ilimitado, as propriedades dessas moléculas – que se chamam então macromoléculas – ganham características próprias, gerais, muito mais dominantes que as características que decorrem da natureza química dos átomos que as constituem ou dos grupamentos funcionais presentes. Essas propriedades decorrem de interações envolvendo seguimentos da mesma macromolécula ou de outras; a forma, o comprimento das ramificações presentes na cadeia macromolecular tem papel importante. Pontes de hidrogênio e interações dipolo-dipolo, ao lado de forças de Van der Walls, atuando nessas macromoléculas no estado sólido, criam resistência muito maior do que o caso de moléculas de cadeia mais curtas. Em solução, essas interações entre as moléculas de alto peso molecular acarretam um pronunciado aumento de viscosidade, que não se observa nas micromoléculas. Da mesma maneira, as evaporações do solvente dessas soluções viscosas resultam na formação de filmes, enquanto que as soluções de substâncias sólidas de baixo peso molecular geram cristais ou pós.

Esse, aliás, é um dos meios mais simples e imediatos para o reconhecimento das macromoléculas: capacidade de formação de filmes, ou películas.

Encontram-se macromoléculas tanto como produtos de síntese, quanto como de origem natural. Polissacarídeos, poli-hidrocarbonetos, proteínas e ácidos nucléicos todos constituem exemplos de macromoléculas naturais orgânicas. Incluem, assim, amido, algodão, madeira, lã, cabelo, couro, etc. Poliestireno e náilon são macromoléculas sintéticas orgânicas. Diamante, grafite sílica e asbesto, são macromoleculares naturais inorgânicos. Ácido polifosfórico e poli (cloreto de fosfonitrila) são produtos moleculares sintéticos inorgânicos. São considerados polímeros relativamente grandes, de pesos moleculares da ordem de 103 a 106, em cuja estrutura se encontram, repetidas, unidades químicas simples conhecidas como meros.

O termo “polímeros” vem do grego (“muitas partes”) e é indefinido, no sentido de que o menor comprimento ou tamanho de molécula não é especificado.

Entretanto, essa expressão é geralmente aceita como significando uma molécula muito maior, de tamanho tal que as propriedades associadas às moléculas de cadeia longa tenham-se tornado evidentes. Os polímeros de baixo peso molecular são chamados oligômeros (também do grego, “poucas partes”).

Em contraste com as substâncias químicas comuns, os polímeros não são produtos homogêneos; contém mistura de moléculas, de variados pesos moleculares, apresentando o que se chama de polimolecularidade. O conceito de polímero puro é bem diferente do que se aplica à Química em geral, já que não se obtém, nem interessa obter, frações com absoluta uniformidade molecular, para qualquer finalidade de aplicação industrial. Monômeros são compostos químicos que reagem para formar polímeros.

A reação química que conduz a formação de polímeros é a POLIMERIZAÇÃO. Grau de polimerização é o número de meros da cadeia polimérica. Quando há mais de um tipo de mero na composição do polímero, este é designado por copolímero, e os monômeros que lhe dão origem comonômeros. Em reação de polimerização, tal como ocorre na Química Orgânica em geral, o encadeamento das unidades monoméricas pode ser feito na forma regular, cabeça-cauda, ou na forma cabeça-cabeça, cauda-cauda, ou mista.

Os polímeros podem ter suas cadeias sem ramificações, admitindo conformação em zigue-zague - polímeros lineares – ou podem apresentar ramificações, cujo então ao que se denomina polímero reticulado, ou polímero com ligações cruzadas ou polímero tridimensional. Como conseqüência imediata, surgem propriedades diferentes do produto, especialmente em relação à fusibilidade e solubilidade. Os ramos laterais, dificultando a aproximação das cadeias poliméricas, portanto diminuindo as interações moleculares, acarretam prejuízo às propriedades mecânicas, “plastificando” internamente o polímero. A formação de resíduos, devido às ligações cruzadas entre as moléculas “amarra” as cadeias, impedindo o seu deslizamento, umas sobre as outras, aumentando a resistência mecânica e tornando o polímero umas sobre as outras, aumentando a resistência mecânica e tornando o polímero infusível e insolúvel.

NOMENCLATURA DOS POLÍMEROS

Três diferentes sistemas são comumente empregados para a designação de polímeros. Baseiam-se ou no processo eventualmente usado em sua preparação, ou na estrutura do mero, ou em bases empíricas tradicionais.

Com base no processo de preparação eventualmente empregado ou, em outras palavras, na fonte, isto é, no monômero, basta colocar o prefixo poli. Ex. polietileno.

Com base na estrutura do mero, isto é, na unidade estrutural, há vantagens e desvantagens. Exemplo: poli (tereftalato de etileno), vulgarmente denominado, de modo errôneo, tereftalato de polietileno, significa estruturas diferentes, conforme a interpretação. Em alguns casos, no entanto é sem ambigüidade a designação poli(p-fenileno).

A nomenclatura de homopolímero segundo bases empíricas é ilustrada pelos náilons e as borrachas de origem diênica. Por exemplo, náilon-6, náilon-11.

CLASSIFICAÇÃO DE POLÍMEROS

As classificações mais comuns envolvem a estrutura química, o método de preparação, as características tecnológicas e o comportamento mecânico.

Segundo a estrutura química, conforme os grupos funcionais presentes nas macromoléculas, estas serão classificadas em poliamidas, poliésteres, etc.

Quanto ao método de preparação, são divididos, em linhas gerais, em polímeros de adição e polímeros de condensação, conforme ocorra uma simples adição, sem subproduto, ou uma reação em que são abstraídas dos monômeros pequenas moléculas, como HCL, H2O, KCL.

As características tecnológicas, que impõe diferentes processos tecnológicos, são à base da classificação dos polímeros termoplásticos e termorrígidos. Os polímeros lineares ou ramificados, que permitem fusão por aquecimento e solidificação por resfriamento, são chamados termoplásticos. Os polímeros que, por aquecimento ou outra forma de tratamento, assumem estrutura tridimensional, reticulada, com ligações cruzadas, tornando-se insolúveis e infusíveis, são chamados termorrígidos (thermoset).

De acordo com seu comportamento mecânico, os polímeros são divididos em três grandes grupos: elastômeros ou borrachas, plásticos e fibras. Em sua aplicação, estes termos envolvem a expressão resina. Resina é uma substância amorfa ou uma mistura, de peso molecular intermediário ou alto, insolúvel em água, mas solúvel em alguns solventes orgânicos, e que, a temperatura ordinária, é sólida ou um liquido muito viscoso, que amolece gradualmente por aquecimentos.

Todas as resinas naturais são solúveis e fusíveis, e todos os polímeros sintéticos que obedecem as condições acima apontadas são também chamados de resinas sintéticas. Borracha ou elastômeros é um material macromolecular exibindo elasticidade em longa faixa, à temperatura ambiente. O termo plástico vem do grego, e significa “adequado à moldagem”. Plásticos são materiais que contém, como componente principal, um polímero orgânico sintético e se caracterizam porque, embora sólidos à temperatura ambiente em seu estado final, em alguns estágios a de seu processamento, tornam-se fluídos e possíveis de serem moldados, por ação isolada ou conjunta de calor e pressão. Esse ingrediente polimérico é chamado de resina sintética. Fibra é um corpo que tem uma elevada razão entre o comprimento e as dimensões laterais, e é composto principalmente de macromoléculas lineares, orientadas longitudinalmente.

POLÍMEROS DE INTERESSE INDUSTRIAL

Os principais polímeros de interesse industrial podem ser divididos em duas grandes categorias: plásticos e/ou fibras e borrachas.

PLÁSTICOS E/OU FIBRAS

1- Resultante de Poliadição (Reação em Cadeia)

A - poli-hidrocarbonetos

Polietileno
Poliprolileno
Poliestireno

B - poli-hidrocarbonetos substituídos

Por halogênio: poli(cloreto de vinila) e poli(tetrafluoro-etileno)
Por grupo éster: poli(acetato de vinila) , poli(acrilato de alquila) e poli(metacrilato de metila)
Por grupo nitrila: poliacrilonitrila

C - poliésteres

Polioximetileno

D - poliamidas

Policaprolactama

2 - Resultantes de Policondensação (Reação em Etapas)

A - poliésteres

Poliglicóis
Resinas epoxílicas

B - poliésteres

Saturados: poli(tereftalato de etileno)
Poli(teflalato de etileno) e policarbonato
Insaturados: poli(teftalato-maleato de etileno) estirenizado

C - poliamidas

Poliamida 11
Poliamida 66
Poliamida 610

D - resinas fenólicas

Resina de fenol-formaldeído

E - resinas aminadas

Resina de uréia-formaldeído
Resina de melamina-formaldeído.

3 - Resultantes de outras Polirreações

Poliuretanos

4- Resultante de Modificações de Polímeros

Celulose: nitrato de celulose, acetato de celulose, metil-celulose, carboxi-metil-celulose.
Poli(acetato de vinila): poli(álcool vinílico)

BORRACHAS

1- Resultante de Poliadição (Reação em Cadeia)

A - poli-hidrocarbonetos

Borracha natural - elastômero IR
Elastômero BR
Elastômero EPR
Elastômero IIR
Elastômero SBR
Ooli-hidrocarbonetos substituídos
Elastômero CR
Elastômero NBR
Elastômero fluorados

2 - Resultantes de Policondensação (Reação em Etapas)

Polissulfetos
Polissiloxanos
Poliuretanos

Polímeros de adição

POLÍMERO MONÔMERO(S) APLICAÇÃO
Polietileno etileno baldes, sacos de lixo, sacos de embalagens
Polipropileno propileno cadeiras, poltronas, pára-choques de automóveis
PVC cloreto de vinila tubos para encanamentos hidráulicos
Isopor estireno isolante térmico
Orlon acrilnitrilo lã sintética, agasalhos, cobertores, tapetes.
Plexiglas "Vidro plástico" Acrílicos metilacrilato de metila plástico transparente muito resistente usado em portas e janelas, lentes de óculos.
Teflon tetrafluoretileno revestimento interno de panelas
Borracha fria isobuteno  
Borracha natural isopreno pneus, câmaras de ar, objetos de borracha em geral
Neopreno ou duopreno cloropreno  
Buna 1,3-butadieno  

Polímeros de condensação

POLÍMERO MONÔMERO(S) APLICAÇÃO
Amido a glicose alimentos, fabricação de etanol
Celulose b glicose papel, algodão, explosivos

Copolímeros de adição

POLÍMERO MONÔMERO(S) APLICAÇÃO
Buna-N ou perbuna 1,3-butadieno
acrilnitrilo
pneus, câmaras de ar e objetos de borracha em geral
Buna-S 1,3-butadienoestireno

Copolímeros de condensação

POLÍMERO MONÔMERO(S) APLICAÇÃO
Náilon 1,6-diaminoexano
ácido adípico
rodas dentadas de engrenagens, peças de maquinaria em geral, tecidos, cordas, escovas
Terilene ou dacron etilenoglicol
ácido tereftálico
tecidos em geral (tergal)
Baquelite
(fórmica)
aldeído fórmico
fenol comum
revestimento de móveis (fórmica), material elétrico (tomada e interruptores)
Poliuretano poliéster ou poliéter
isocianato de p. fenileno
colchões e travesseiros (poliuretano esponjoso), isolante térmico e acústico, poliuretano rígido das rodas dos carrinhos de supermercados

POLÍMEROS NATURAIS

Os polímeros naturais são: a borracha; os polissacarídeos, como celulose, amido e glicogênio; e as proteínas.

A borracha natural é um polímero de adição, ao passo que os polissacarídeos e as proteínas são polímeros de condensação, obtidos, respectivamente, a partir de monossacarídeos e aminoácidos.

A borracha natural é obtida da árvores Heveu brasilienses (seringueira) através de incisão feita em seu caule, obtendo-se um líquido branco de aspecto leitoso, conhecido atualmente por látex. As cadeias que constituem a borracha natural apresentam um arranjo desordenado e, quando submetidas a uma tensão, podem ser espichadas, formando estruturas com comprimento maior que o original

POLÍMEROS SINTÉTICOS

Os polímeros sintéticos são sintetizados quimicamente, em geral, de produtos derivados de petróleo. Em contrapartida aos polímeros naturais e naturais modificados, os sintéticos são " injetados" como moléculas relativamente pequenas. Eles podem oferecer uma infinidade de desenhos possíveis. São costurados para atender cada aplicação requerida. O tamanho e composição química podem ser manipulados a fim de criar propriedades para quase todas as funções dos fluidos. Freqüentemente, polímeros sintéticos são preparados para substituir o etileno. O processo de polimerização ocorre através de uma reação adicional onde o etileno é substituído no final da cadeia de polímero.

Na figura abaixo, o substituído A pode ser algum grupo ativo:

Observe a ligação C - C e a enorme possibilidade de substituições. A ligação C - C é mais estável do que a união C - O encontrada em polímeros a base de celulose e amido. O C - C é resistente a bactérias e tem estabilidade de temperatura acima de 371°C. Mesmos os grupos de substituição vão degradar antes da união C - C nestas condições.

Polímeros

Observe a ligação C - C e a enorme possibilidade de substituições. A ligação C - C é mais estável do que a união C - O encontrada em polímeros a base de celulose e amido. O C - C é resistente a bactérias e tem estabilidade de temperatura acima de 371°C. Mesmos os grupos de substituição vão degradar antes da união C - C nestas condições.

Ano de introdução de alguns polímeros no mercado

1930

Borracha estireno-butadieno

1943

Silicones

1936

Poli(cloreto de vinila) (PVC)

1944

Poli(etileno teraftalato)

1936

Policloropreno (neopreno)

1947

Epóxis

1936

Poli(metil metacrilato)

1948

Resinas ABS

1936

Poli(acetado de vinila)

1955

Polietileno linear

1937

Poliestireno

1956

Poli(oximetileno)

1939

Nylon 66

1957

Polipropileno

1941

Poli(tetrafluoroetileno) (teflon)

1957

Policarbonato

1942

Poliesteres insaturados

1964

Resinas ionoméricas

1943

Polietileno ramificado

1965

Poli(imidas)

1943

Borracha butilada

1970

Elastômeros termoplásticos

1943

Nylon 6

1974

Poliamidas aromáticas

Como os polímeros são feitos?

Os polímeros são produzidos sinteticamente através da reação de polimerização de seus monômeros. Um dos métodos mais utilizados, nas indústrias, para a produção de polímeros de vinilas é a polimerização em emulsão. Este processo envolve uma emulsão estável de água, monômeros do polímeros, e um surfactante (sabão ou detergente) como o agente emulsificante. Os surfactantes formam micelas, que dissolvem os monômeros, geralmente hidrofóbicos. Os iniciadores de radicais livres, quando jogados na fase aquosa, também migram para a fase micelar, iniciando a polimerização. As vantagens deste método incluem o baixo consumo de energia (a reação pode ser feita mesmo na temperatura ambiente) e a obtenção de polímeros com grande massa molar. A maior desvantagem é que a formulação é relativamente complexa se comparada com os outros métodos, e requer uma etapa de purificação do polímero que, algumas vezes, pode ser problemática.

Fonte: www.qmc.ufsc.br

Polímeros

Polímeros e suas aplicações no nosso cotidiano

O que são polímeros?

Polímeros são compostos formados, geralmente, de moléculas grandes, macromoléculas, obtidas pela combinação de moléculas pequenas. os monômeros.

Esta combinação é denominada Polimerização e é realizada através de reações químicas.

Popularmente, os polímeros são denominados plásticos.

Polímeros
Tanto o Chiclete de Bola quanto o vidro de segurança dos veículos modernos são compostos por um mesmo polímero: o Acetato de Polivinila

Propriedades Físico-Químicas dos Polímeros

Eles possuem propriedades diferentes dos monômeros que os constituem.

As características mais importantes são:

Não são atacados por ácidos, bases ou agentes atmosféricos
Suportam ruptura e desgaste
Possuem alta resistência elétrica e baixa densidade (em geral entre 0,9 g/cm³ e 1,5 g/cm³)
Quanto à temperatura, reagem de forma variável

Classificando os Polímeros

Os polímeros são classificados de acordo com o processo de preparação, de estrutura e de ocorrência.

Classificação quanto ao processo de preparação:

Polímeros de adição ou de cadeia: São polímeros cujos monômeros são idênticos. Polietileno
Copolímeros: São polímeros cujos monômeros são diferentes. buna-S
Polímeros de condensação: São polímeros cuja formação dá-se com a retirada de moléculas de pequena massa molecular. Baquelite

Classificação quanto à estrutura

Polímeros Termoplásticos Polímeros Termofixos
Polímeros filiformes, sendo moldáveis com a
variação de temperatura;

Possuem massa molar elevada;

O principal termoplástico é o polietileno;

Eles devem ser reciclados pois não são
decompostos com facilidade pela natureza.

Polímeros tridimensionais que resistem
fisicamente variações térmicas;

Possuem massa molar baixa;

Exemplos de termofixos: resina epóxi
(Durepóxi®) e material de bolas de bilhar.

Classificação quanto à ocorrência

De acordo com à ocorrência os polímeros podem ser:

Polímeros Naturais Polímeros Sintéticos
São aqueles que existem na natureza;

Exemplos:

Celulose;

Algodão;

Lã de carneiro;

Seda do bicho-da-seda.

-São os obtidos artificialmente;

-Exemplos:

-Acrílico;

-Isopor;

-Teflon;

-PVC;

-E outros.

Os Polímeros Sintéticos

O Polietileno (PEAD ou PEBD)

É o polímero de maior aplicação comercial.

Suas características são:

Grande resistência a agentes químicos
Boa Flexibilidade

O Polietileno rígido (PEAD) é utilizado, por exemplo, na fabricação de recipientes, baldes, garrafas. O Polietileno flexível (PEBD) é utilizado na fabricação de sacolas plásticas em geral.

Os Polímeros Sintéticos

O Polipropileno (PP)

Suas características são:

Alta dureza
Resistente à tração

Utilizado na confecção de capas, cordas, tubos, pára-choques e equipamentos médicos.

Os Polímeros Sintéticos

O Poliestireno (PS)

Utiliza-se na produção de objetos que devem ser moldados, como pratos, xícaras, copos.

Possui elevado índice de refração podendo ser utilizado em iluminação.

Se no processo de produção for expandido por gases origina o isopor, de baixa densidade, servindo para produção de geladeiras portáteis, baldes de gelo, bandejas descartáveis etc.

O Policloreto de vinila (PVC)

O PVC possui às mesmas características dos metais, podendo ser serrado ou moldado.

Com isso, pode ser utilizado na produção de tubos, filmes plásticos, bolsas, toalhas, couros artificiais, cortinas entre outros.

O Teflon (PTFE)

O Teflon possui várias utilidades e aplicações dentre as quais destacamos:

O Teflon apresenta baixo coeficiente de atrito, podendo ser utilizado em mancais.

É resistente a solventes e ao calor, utilizado em revestimento de panelas.

É também um isolante elétrico, por isso é utilizado também em peças eletroeletrônicas.

O Poliacrilonitrila (PAN)

Lã sintética, conhecidas no comércio pelos nomes: Orlon, Dralon e Acrilã.

Utilizada na confecção de cobertores e carpetes.

O Polimetilacrilato de Metila (Acrílico®)

É o vidro plástico, é utilizado em anúncios luminosos, óculos, lustres e objetos transparentes.

É o vidro plástico, é utilizado em anúncios luminosos, óculos, lustres e objetos transparentes.

Vulcanização da Borracha

A borracha natural é resultado da polimerização do isopreno, feita na própria planta, a seringueira Hevea brasiliensis. Este produto é mole e não apresenta resistência mecânica.

Para que possa ser utilizada comercialmente ela é submetida ao processo de vulcanização (adição de enxofre às duas ligações), fazendo com que a borracha natural se transforme na borracha vulcanizada tridimensional.

Buna-S

Foi muito utilizada na 2ª Guerra Mundial para substituir a borracha natural, sendo utilizada atualmente nas bandas de rodagem dos pneus.

Conhecida por GRS (Government Rubber Styrene) e SBR (Styrene Butadiene Rubber).

Buna-N

Outro tipo de borracha sintética, conhecida pelos nomes Perbunan e Chemipol

Utilizado como isolante termo-acústico.

Pode ser expandido por gases, formando uma espuma utilizada na fabricação de colchões e travesseiros.

Poliamida (Nylon®)

Apresenta elevada dureza, é utilizado na fabricação de engrenagens e em outras peças de maquinaria;

Possui baixo coeficiente de atrito podendo ser utilizado em rolamentos não lubrificados;

Pode ser transformado em finos filamentos, empregados principalmente na confecção de roupas e até pára-quedas.

Poliésteres (PET)

Obtidos pela reação entre um carboxilácido e um diálcool.

Mais importante é o dacron, conhecido pelo nome Tergal.

É utilizado em capas de chuva, garrafas de refrigerantes, como fibra têxtil, fabricação de engrenagens, varas e linhas de pesca.

Se for filiforme, é conhecido como Novolac, usado como verniz.

Se for tridimensional, recebe o nome de baquelite e é usado em materiais elétricos (baixa condutividade elétrica) e em cabos de panelas (baixa condutividade térmica).

Silicones

Entre o carbono e o silício (Fam. 4A) formam-se compostos orgânicos de silício;

-Estes compostos podem sofrer polimerização;

Tais compostos são usados em borrachas de silicone, resinas, graxas, colas, implantes dentários, cirurgias plásticas.

PARE

Você já parou para pensar que quase tudo é embrulhado em plástico
Os calçados são feitos de couro artificial
As roupas são de Nylon, tergal
O leite é vendido em saco plástico ou em “caixinha”
Os encanamentos são de PVC
Os cobertores, de orlon, drálon

OLHE

...para si mesmo:

Seus óculos devem ser de acrílico;
Sua roupa toda é feita com materiais que não existiam há 60 anos;
Seu computador é de plástico, os CDs de música também;
A garrafa de refrigerante agora é plástico;
Siga pensando na natureza: onde todo este plástico consumido irá parar?
Saiba que os plásticos demoram para se decompor na natureza e muitos não se decompõem;
Saiba também que os plásticos são feitos de petróleo, um recurso natural não renovável;

SIGA

Prefira consumir produtos armazenados em embalagens de material reciclável, assim você estará garantindo um futuro melhor para as próximas gerações que habitarão a Terra.

Afinal, COMO VIVERIA O HOMEM SEM OS PLÁSTICOS?

Bibliografia

COVRE, Geraldo José. Química – O homem e a natureza. São Paulo, FTD, 2000.
CANTO, Eduardo. Ciências Naturais – aprendendo com o cotidiano. São Paulo, Moderna, 1999.
Serviço de busca de imagens.

Fonte: www.fec.unicamp.br

Polímeros

Os polímeros não são apenas plásticos, como muito se fala por aí. Eles são uma espécie de material que está presente nos mais diversos lugares, como por exemplo no DNA (constituição básica dos seres vivos) ou em um simples saquinho de leite que levamos para casa.

Para entendermos melhor, vamos a uma definição: polímeros são materiais inorgânicos ou orgânicos, de alto peso molecular. A sua estrutura molecular consiste na repetição de pequenas unidades chamadas monômeros, sendo que a união de vários monômeros dá origem a um polímero. Devido ao seu tamanho avantajado, a molécula de um polímero é chamada macromolécula. A reação que produz o polímero é denominada reação de polimerização. A molécula inicial (monômero) vai sucessivamente se unindo a outras, dando o dímero, trímero, tetrâmero, até chegar ao polímero. É interessante destacar que normalmente esses monômeros são compostos covalentes.

Apesar das macromoléculas dos polímeros serem grandes, ainda são pequenas demais para serem vistas, mesmo com um microscópio, porque as moléculas são as menores porções de matéria. Mesmo não podendo ver as moléculas de polímero individualmente, podemos ver os polímeros, porque eles são constituídos por BILHÕES ou TRILHÕES destas moléculas juntas.

De fato, os polímeros são materiais muito usados no nosso dia a dia. Para onde quer que olhemos, encontramos um exemplo de polímero e ouvimos chamar-lhes por muitos nomes, sendo geralmente começados por POLI-.

Por exemplo:

Policloreto de vinila, também conhecido como PVC, usado em canos para tubulações hidráulicas.

Politetrafluoretileno, mais encontrados como teflon, usados em registros, panelas domésticas, próteses, isolamentos elétricos, antenas parabólicas e equipamentos diversos.

Poliestireno, conhecido popularmente como isopor.

DNA E RNA, macromoléculas reponsavéis por guardar nossa identidade genética.

Os mais comuns e abundantes polímeros comercializados atualmente no mundo são conhecidos como plásticos, mas é possivel notarmos facilmente que os plasticos não são todos iguais. Um carrinho de brinquedo, um saquinho de leite, uma borracha para apagar uma escrita a lápis ou até mesmo o plástico da caixa de uma televisão possuem propriedades e aspectos diferenciados.

Apresentamos as características dos plásticos mais comuns:

PEAD: Posuem aspecto incolor ou opaco, são utilizado na confecção de tampas, vasilhas e frascos em geral.
PET:
Posuem aspecto incolor trasparente ou opaco, são utilizado em fibras têxteis, frascos de refrigerantes e mantas de impermeabilização.
PVC:
Posuem aspecto incolor ou transparente, são utilizados na confecção de tubos rígidos ou flexíveis e na fabricação de cortinas.
PS:
Posuem aspecto incolor e transparente e são utilizados na confecção de artigos rígidos como vasilhas, brinquedos e na indústria eletrônica.
PP:
Posuem aspecto incolor e opaco e são utilizados na indústria automobilistica e na produção de garrafas e embalagens.
PEBD:
Posuem aspecto incolor, translúcido ou opaco, sendo utilizados em utensílios domésticos, garrafas e sacos flexivéis.

Fonte: www.medio.com.br

Polímeros

A principal conquista industrial da química orgânica no século XX foi a fabricação em grande escala de polímeros sintéticos. Com eles foram criados materiais fundamentais para o desenvolvimento tecnológico, como os plásticos, as fibras sintéticas e as resinas artificiais.

Polímero é uma macromolécula natural ou sintética, de alto peso molecular, formada pelo encadeamento de unidades moleculares fundamentais chamadas monômeros. Os polímeros formam muitos dos materiais que compõem os organismos vivos, como as proteínas, a celulose e os ácidos nucléicos. Constituem também a base de minerais como o diamante, o quartzo e o feldspato, além de materiais criados pelo homem, como concreto, vidro, papel, plástico e borrachas.

Alguns polímeros naturais, como as proteínas, são compostos de um só tipo de monômero, mas a maioria dos polímeros naturais e sintéticos é formada de vários tipos de monômeros -- são os chamados copolímeros.

Propriedades

Como as cadeias poliméricas são normalmente formadas pela união de um número aleatório de moléculas de monômeros, os polímeros não são constituídos de moléculas do mesmo tamanho. Conseqüentemente, pode-se definir apenas um valor médio para propriedades físicas como ponto de fusão e peso molecular. A elasticidade e a resistência à abrasão das borrachas, a resistência à tração das fibras e a flexibilidade e transparência dos filmes são também atribuídas ao grande tamanho das cadeias.

Mecanismos de polimerização

A reação química que dá origem aos polímeros chama-se polimerização e em geral se diferencia em dois tipos: por condensação e por adição. Na polimerização por condensação, cada etapa do processo é acompanhada da formação de uma molécula de um composto simples, geralmente a água. Na polimerização por adição, os monômeros reagem para produzir um polímero sem formar subprodutos, de tal forma que o polímero conserve a mesma proporção de átomos da molécula original. As polimerizações por adição são normalmente conduzidas na presença de catalisadores, os quais, em certos casos, exercem controle sobre detalhes estruturais que têm efeitos importantes nas propriedades do polímero.

Exemplos de polímeros

As partes sólidas de todas as plantas se compõem de polímeros, que incluem a celulose (polissacarídeo), a lignina (uma complexa rede tridimensional de polímeros) e várias resinas. Outros importantes polímeros são as proteínas (formadas pelo encadeamento de aminoácidos) e os ácidos nucléicos (polímeros de nucleotídeos, formados de uma base nitrogenada, um fosfato e um açúcar). O amido, importante fonte de energia vegetal, é um polímero composto de glucose.

Nos diamantes, as cadeias de carbono formam uma rede tridimensional que dá ao material sua resistência.

Os polímeros sintéticos incluem o polietileno, que, obtido a partir do etileno, é cristalino, translúcido e termoplástico (amolece ao ser aquecido e endurece ao ser resfriado). É usado em revestimentos, embalagens, peças moldáveis e na fabricação de garrafas e outros recipientes. O polipropileno, polímero do propeno, também é cristalino e termoplástico. Suas moléculas podem ser compostas de 50.000 a 200.000 monômeros. É usado na indústria têxtil e para fazer objetos moldáveis.

O polibutadieno, o poliisopreno e o policloropreno são de grande importância na fabricação de borrachas sintéticas. Alguns polímeros são vítreos e transparentes à temperatura ambiente, além de serem termoplásticos. É o caso do poliestireno, que pode ser tingido de qualquer cor e é usado na fabricação de brinquedos e outros objetos de plástico.

Um dos polímeros de uso mais difundido é o náilon, derivado da poliamida descoberto em 1938 por Wallace Hume Carothers. O náilon apresenta grande resistência ao rompimento, ao calor e à abrasão. Não é combustível, não é tóxico e pode ser facilmente tingido. Essas propriedades o transformaram num dos tecidos sintéticos de maior aceitação.

Fonte: biomania.com

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