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POLÍMEROS. Profª MSc . Janaína Araújo. CONCEITO. Macromoléculas formadas a partir de moléculas menores - os monômeros; O processo de transformação desses monômeros, formando o polímero, é chamado polimerização. . CONCEITO.
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POLÍMEROS ProfªMSc. Janaína Araújo
CONCEITO • Macromoléculas formadas a partir de moléculas menores - os monômeros; • O processo de transformação desses monômeros, formando o polímero, é chamado polimerização.
CONCEITO • Na fabricação de um polímero, a substância inicial constitui o monômero, e sua repetição 2, 3, ..., n vezes dá origem ao dímero, trímero, ..., polímero. • Teoricamente a reação de polimerização pode prosseguir infinitamente, dando origem a uma molécula de massa molecular infinita.
CONCEITO • A ligação entre os monômeros é feita através de pontos reativos, isto é, átomos ou grupos de átomos do monômero, capazes de efetuar uma nova ligação química, seja pelo rompimento de insaturações ou pela eliminação de moléculas simples (H2O, NH3 etc). Se existirem três ou mais pontos reativos no monômero, o polímero será tridimensional.
CONCEITO • Existe no mercado uma grande quantidade de tipos de polímeros, derivados de diferentes compostos químicos. Cada polímero é mais indicado para uma ou mais aplicações dependendo de suas propriedades físicas, mecânicas, elétricas, óticas etc. • Os tipos de polímeros mais consumidos atualmente são os polietilenos, polipropilenos, poliestirenos, poliesters e poliuretanos. Outras classes de polímeros, como os poliacrilatos, policarbonatos e fluorpolímeros tem tido uso crescente.
Classificação • Ocorrência • Naturais - São polímeros que já existem normalmente na natureza. Dentre os mais importantes estão os carboidratos (celulose, amido, glicogênio etc), as proteínas (existente em todos os seres vivos) e os ácidos nucléicos (existentes no núcleo das células vivas e responsáveis pelas características genéticas dos seres vivos). celulose
Classificação • Ocorrência • Sintéticos - São polímeros fabricados pelo homem, a partir de moléculas simples. Dentre eles estão o nylon, o polietileno, o PVC etc. No setor de fibras têxteis, além de falarmos em fibras naturais e artificiais, falamos também em fibras artificiais ou modificadas, como, por exemplo, o rayon.
Classificação • Natureza da cadeia • Polímero de cadeia homogênea - Quando o esqueleto da cadeia é formada apenas por átomos de carbono. • Polímero de cadeia heterogênea - Quando no esqueleto da cadeia existem átomos diferentes de carbono (heteroátomos).
Classificação • Disposição espacial dos monômeros • Polímero Tático - Quando as unidades monoméricas dispõem-se ao longo da cadeia polimérica segundo certa ordem, ou seja, de maneira organizada. • Isotáticos: distribuem-se ao longo da cadeia de tal modo que unidades sucessivas, após rotação e translação, podem ser exatamente superpostas; • Sindiotáticos: a rotação e translação de uma unidade monomérica, em relação à seguinte, reproduz a imagem especular desta última. • Polímero Atático - Quando as unidades monoméricas dispõem-se ao longo da cadeia polimérica ao caso, ou seja, de maneira desordenada.
Classificação • Estrutura final do polímero • Polímero linear - Quando a macromolécula é um encadeamento linear de átomos. Ex: polietileno: ...(-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-)... • Os polímeros lineares dão origem a materiais termoplásticos, isto é, plásticos que podem ser amolecidos pelo calor quantas vezes quisermos e, ao resfriarem, voltam a apresentar as mesmas propriedades iniciais.
Classificação • Estrutura final do polímero • Polímero tridimensional - Quando a macromolécula se desenvolve em todas as direções, isto é, há ligações entre cadeias adjacentes, através de átomos localizados ao longo da cadeia. Esses polímeros dão origem a materiais termofixos ou materiais termoendurecentes.
Reações de polimerização • Polímeros de adição • Polímeros vinílicos - Quando o monômero inicial tem o esqueleto C=C, que lembra o radical vinila. • Polietileno: É obtido a partir do etileno (eteno). Possui alta resistência à umidade e ao ataque químico, mas tem baixa resistência mecânica. Empregado na fabricação de folhas (toalhas, cortinas, envólucros, embalagens etc), recipientes (sacos, garrafas, baldes etc), canos plásticos, brinquedos infantis, no isolamento de fios elétricos etc.
Reações de polimerização • Polímeros vinílicos • Polipropileno: É obtido a partir do propileno (propeno), sendo mais duro e resistente ao calor, quando comparado com o polietileno. É muito usado na fabricação de artigos moldados e fibras.
Reações de polimerização • Polímeros vinílicos • Poliisobuteno: É obtido a partir do isobuteno (isobutileno). Constitui um tipo de borracha sintética denominada borracha butílica, muito usada na fabricação de "câmaras de ar" para pneus.
Reações de polimerização • Polímeros vinílicos • Poliestireno: É obtido a partir do estireno (vinil-benzeno). Esse polímero também se presta muito bem à fabricação de artigos moldados como pratos, copos, xícaras etc. É bastante transparente, bom isolante elétrico e resistente a ataques químicos, embora amoleça pela ação de hidrocarbonetos. Com a injeção de gases no sistema, a quente, durante a produção do polímero, ele se expande e dá origem ao isopor.
Reações de polimerização • Polímeros vinílicos • Cloreto de Polivinila (PVC): É obtido a partir do cloreto de vinila. O PVC é duro e tem boa resistência térmica e elétrica. Com ele são fabricadas caixas, telhas etc. Com plastificantes, o PVC torna-se mais mole, prestando-se então para a fabricação de tubos flexíveis, luvas, sapatos, "couro-plástico" (usado no revestimento de estofados, automóveis etc), fitas de vedação etc.
Reações de polimerização • Polímeros vinílicos • Acetato de Polivinila (PVA): É obtido a partir do acetato de vinila. É muito usado na produção de tintas à base de água (tintas vinílicas), de adesivos e de gomas de mascar.
Reações de polimerização • Polímeros vinílicos • Politetrafluoretileno ou Teflon: É obtido a partir do tetrafluoretileno. É o plástico que melhor resiste ao calor e à corrosão por agentes químicos; por isso, apesar de ser caro, ele é muito utilizado em encanamentos, válvulas, registros, panelas domésticas, próteses, isolamentos elétricos, antenas parabólicas, revestimentos para equipamentos químicos etc.
Reações de polimerização • Polímeros acrílicos - Quando o monômero inicial tem o esqueleto do ácido acrílico: H2C=C(CH3)-COOCH3. • Polimetacrilato: É obtido a partir do metacrilato de metila (metil-acrilato de metila). Este plástico é muito resistente e possui ótimas qualidades óticas, e por isso é muito usado como "vidro plástico", conhecido como plexiglas ou lucite. É muito empregado na fabricação de lentes para óculos infantis, frente às telas dos televisores, em parabrisas de aviões, nos "vidros-bolhas" de automóveis etc.
Reações de polimerização • Polímeros acrílicos • Poliacrilonitrila: É obtido a partir da nitrila do ácido acrílico (acrilonitrila). É usado essencialmente como fibra têxtil - sua fiação com algodão, lã ou seda produz vários tecidos conhecidos comercialmente como orlon, acrilan e dralon, respectivamente, muito empregados especialmente para roupas de inverno.
Reações de polimerização • Polímeros diênicos - Quando o monômero inicial tem o esqueleto de um dieno conjugado, C=C-C=C. • Polibutadieno ou Buna: É obtido a partir do 1,3-butadieno (eritreno), por adições 1,4. Este polímero constitui uma borracha sintética não totalmente satisfatória, e por esse motivo o 1,3-butadieno costuma ser copolimerizado com outras substâncias.
Reações de polimerização • Polímeros diênicos • Poliisopreno: É obtido a partir do metil-butadieno-1,3 (isopreno). Este polímero possui a mesma fórmula da borracha natural (látex) e é muito empregado na fabricação de carcaças de pneus.
Reações de polimerização • Polímeros diênicos • Policloropreno ou Neopreno: É obtido a partir do 2-cloro-butadieno-1,3 (cloropreno). O neopreno é uma borracha sintética de ótima qualidade: resiste muito bem a tensões mecânicas, aos agentes atmosféricos e aos solventes orgânicos. É também empregado na fabricação de juntas, tubos flexíveis e no revestimento de materiais elétricos.
Reações de polimerização • Copolímeros: formados a partir de dois ou mais monômeros diferentes. • Saran: É obtido a partir do cloroetano (cloreto de vinila) e do 1,1-dicloroeteno. É um polímero muito resistente aos agentes atmosféricos e aos solventes orgânicos, sendo empregado na fabricação de tubos plásticos para estofados de automóveis, folhas para envólucros de alimentos etc.
Reações de polimerização • Copolímeros • Buna-S, Borracha GRS ou Borracha SBR: É obtido a partir do estireno e do 1,3-butadieno, tendo o sódio metálico como catalisador. Essa borracha é muito resistente ao atrito, e por isso é muito usada nas "bandas de rodagem" dos pneus.
Reações de polimerização • Copolímeros • Buna-N ou Perbunam: É obtido a partir da acrilonitrila e do 1,3-butadieno. É uma borracha muito resistente aos óleos minerais, e por isso é muito empregada na fabricação de tubos para conduzir óleos lubrificantes em máquinas, automóveis etc.
Reações de polimerização • Copolímeros • Poliuretana: É obtido a partir do diisocianato de parafenileno e do etilenoglicol (1,2-etanodiol). Possui rersistência à abrasão e ao calor, sendo utilizado em isolamentos revestimento interno de roupas, aglutinantes de combustível de foguetes e em pranchas de surfe. Quando expandido a quente por meio de injeção de gases, forma uma espuma cuja dureza pode ser controlada conforme o uso que se quiser dar a ela.
Reações de polimerização • Polímeros de condensação: formados a partir de monômeros iguais ou diferentes, havendo eliminação de moléculas simples (H2O, NH3 etc). • Polifenol ou Baquelite: É obtido pela condensação do fenol com o formaldeído (metanal). Usado na fabricação de tintas, vernizes e colas para madeira.
Reações de polimerização • Polímeros de condensação • Polímero uréia-formaldeído: É um polímero tridimensional obtido a partir da uréia e do formaldeído. Quando puro é transparente, e foi por isso usado como o primeiro tipo de vidro plástico. No entanto, ele acaba se tornando opaco e rachando com o tempo. Este defeito pode ser evitado pela adição de celulose, mas ele perde sua transparência, sendo então utilizado na fabricação de objetos translúcidos. Esse polímero é também usado em vernizes e resinas, na impregnação de papéis. As resinas fenol-formaldeído e uréia-formaldeído são usadas na fabricação da fórmica.
Reações de polimerização • Polímeros de condensação • Polímero melamina-fomaldeído ou Melmae: É de estrutura semelhante à anterior, porém, trocando-se a uréia pela melamina. Foi muito utilizada na fabricação dos discos musicais antigos.
Reações de polimerização • Polímeros de condensação • Poliésteres: Resultam da condensação de poliácidos (ou também seus anidridos e ésteres) com poliálcoois. Um dos poliésteres mais simples e mais importantes é obtido pela reação do éster metílico do ácido tereftálico com etileno-glicol. É usado como fibra têxtil e recebe os nomes de terilene ou dacron. Em mistura com outras fibras (algodão, lã, seda etc) constitui o tergal.
Reações de polimerização • Polímeros de condensação • Outro poliéster importante é o gliptal, obtido pela reação entre o anidrido ftálico e a glicerina e muito usado na fabricação de tintas secativas ou não. os poliésteres também são utilizados na fabricação de linhas de pesca, massas para reparos, laminados, filmes etc.
Reações de polimerização • Polímeros de condensação • Poliamidas ou Nylons: Estes polímeros são obtidos pela polimerização de diaminas com ácidos dicarboxílicos. Os nylons são plásticos duros e têm grande resistência mecânica. Se prestam à fabricação de cordas, tecidos, garrafas, linhas de pesca etc.
Propriedades mecânicas • Dependentes do tamanho médio e da distribuição de comprimentos das cadeias de polímero. • Embora a estrutura química do polímero seja igual, pesos moleculares diferentes podem mudar completamente as propriedades do polímero (propriedades físicas, mecânicas, térmicas, 5 reológicas, de processamento e outras), e por esta razão, os polímeros são caracterizados principalmente por seu peso molecular.
Propriedades mecânicas • Tanto o peso molecular quanto a distribuição de pesos moleculares são determinadas pelas condições operacionais da reação, sendo que diferentes condições operacionais produzirão polímeros com pesos moleculares médio diferentes. • Devido à grande competição industrial, são de extrema importância: a habilidade de poder controlar o peso molecular do polímero durante sua produção; e o entendimento de como o peso molecular influencia nas propriedades finais do polímero.
Propriedades mecânicas • Peso molecular: Como uma cadeia de polímero é formada pela adição de uma grande quantidade de monômeros, durante a polimerização, cadeias com diferentes comprimentos serão formadas, e portanto, uma distribuição de comprimentos de cadeia será obtida.Conseqüentemente, uma distribuição de pesos moleculares também existirá, não sendo possível obter um valor único e definido para o peso molecular do polímero. Sendo que este deve ser calculado baseado numa média dos pesos moleculares da distribuição.
Propriedades mecânicas • Peso molecular: • Mn – Peso Molecular Médio Numérico • Mw – Peso Molecular Médio Ponderal • ci à peso total das moléculas de comprimento de cadeia i • Mi à peso do polímero de comprimento de cadeia i
Propriedades mecânicas • Arquitetura molecular: • Polímero Linear: cada monômero é ligado somente a outros dois monômeros, existindo a possibilidade de ramificações pequenas que são parte da estrutura do próprio monômero. • Polímero Ramificado: um monômero pode ser ligar a mais de dois outros monômeros, sendo que as ramificações não são da estrutura do próprio monômero. • Polímero em Rede: as ramificações do polímero se interconectam formando um polímero com peso molecular infinito. Um polímero é considerado de peso molecular infinito quando seu valor é maior do que o peso molecular que os equipamentos de análise conseguem medir.
