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Polímeros

 

Polímeros
Polímero - molécula muito grande

O termo polímero é comumente usado hoje na indústria de plásticos e compósitos, e muitas vezes é usado para indicar o significado de "plástico" ou "resina". Na realidade, o termo polímero significa muito mais.

Um polímero é composto químico em que as moléculas estão ligadas entre si em cadeias longas de repetição. Estes materiais, polímeros, têm propriedades únicas e pode ser adaptado de acordo com a sua finalidade.

Polímeros são ambos feita pelo homem e estão ocorrendo naturalmente. Por exemplo, a borracha é um material polimérico natural que é extremamente útil e tem sido utilizada pelo homem há milhares de anos. Borracha tem excelentes propriedades elásticas, e este é um resultado da cadeia de polímero molecular criado pela mãe natureza. Ambos feita pelo homem e polímeros naturais podem exibir propriedades elásticas, no entanto, os polímeros podem apresentar uma vasta gama de propriedades úteis adicionais. Dependendo da utilização desejada, os polímeros podem ser finamente sintonizado para alavancar a propriedade vantajosa.

Polímeros - O que são

Os polímeros são moléculas muito grandes que são compostas de milhares - talvez milhões - de átomos que estão ligados juntos em um padrão de repetição. A estrutura de um polímero é facilmente visualizada por imaginando uma cadeia. A cadeia tem muitos links que são ligados entre si. Da mesma forma os átomos dentro do polímero são ligados um ao outro para formar os elos da cadeia de polímero.

As ligações moleculares na cadeia de polímero são designadas por unidades de repetição que são formados a partir de um ou mais monómeros de moléculas chamadas. A estrutura da unidade de repetição pode variar amplamente e depende das matérias-primas que formam o polímero. Por exemplo, o polietileno, o polímero usado para fazer uma grande variedade de recipientes e sacos de plástico, tem uma estrutura muito simples unidade de repetição, que dois átomos de carbono estão ligados um ao outro para formar uma única ligação.

Polímeros - Propriedades

Polímeros
Polímeros Naturais e Sinteticos

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

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.

Polímeros - Plásticos

Polímeros
Polímero

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: composite.about.com/www.qmc.ufsc.br/www.medio.com.br

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