Polímeros. Química Aplicada Prof a. Dr a. Carla Dalmolin. Elton José Sehnem

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1 Polímeros Química Aplicada Prof a. Dr a. Carla Dalmolin Elton José Sehnem

2 Obtenção Petróleo Principal fonte de obtenção de polímeros sintéticos Produtos Naturais Carvão mineral 5% da produção total dos derivados Óleo brasileiro muito pesado Números de 2013 (em milhões de toneladas) Produção nacional 3,8 Demanda petroquímica 8,7 Importação 4,9

3 Cadeia produtiva Camaçari BA Triunfo RS Capuava SP Duque de Caxias - RJ Metano Eteno Propeno Benzeno Tolueno Polietileno Polipropileno Polibutadieno PVC Peças Embalagens Filmes Garrafas Brinquedos Monômeros Polímeros Produtos

4 Definição Macromoléculas Compostos de origem natural ou sintética com elevado peso molecular e estrutura química complexa. Unidade básicas de repetição Polímeros

5 Classificação Origem Naturais Encontrados na natureza Proteínas Borracha natural Celulose Sintéticos Polimerização de substâncias de baixo peso molecular. PE - Polietileno PP - Polipropileno PVC Semi-sintéticos Modificação de polímeros naturais. Borracha Natural Clorada

6 Classificação Fusibilidade Termoplásticos Ligações intermoleculares Capazes de amolecer e fluir repetidas vezes Fusíveis Solúveis Recicláveis Termofixos Transformação química - Cura Ligações covalentes cruzadas Infusíveis Insolúveis

7 Classificação Disposição de grupos laterais Taticidade Isotático Catalisadores estereoespecíficos Sindiotático Atático 70% de cristalinidade Amorfo 40% de cristalinidade Disposição dos grupos laterais influencia na capacidade de empacotamento molecular alterando diretamente as propriedades do material

8 Classificação Morfologia Não existe 100% cristalino Amorfos Conformação aleatória das cadeias Maior liberdade de movimento Caracterizados pela Tg Temperatura de transição vítrea Faixa de temperatura proporciona movimento dos domínios amorfos Abaixo da Tg estado vítreo Acima da Tg estado borrachoso Semicristalinos Anel aromático impedimento estérico dificulta conformação e cristalinidade

9 Classificação Morfologia Amorfos Semicristalinos Cadeias ordenadas Estado de compactação Maior intensidade de ligações intermoleculares Possuem Tg e Tm ou Tf, no qual ocorre a fusão dos cristais Cristalinidade dependente de grupos laterais, taticidade entre outros fatores Conformação de lamelas ou cadeias dobradas Afeta diretamente propriedades mecânicas, térmicas e ópticas

10 Classificação Polirreações Reação de adição ou em cadeia Desestabilização da insaturação e formação de sítio ativo provocando sucessivas ligações de monômeros Reação de condensação ou em etapas Preservação do grupo reativo

11 Fases da Polimerização em Cadeia Iniciação Propagação Término Formação de sítio ativo por iniciador ou radiação O iniciador é desestabilizado termicamente, formando dois centros ativos (radical) O radical reage com o monômero, transferindo o centro ativo

12 Fases da Polimerização em Cadeia Iniciação Propagação Término Transferência do centro ativo de monômero a monômero

13 Fases da Polimerização em Cadeia Iniciação Propagação Término Combinação de macroradicais alta massa molecular Desaparecimento do centro ativo Desproporcionamento Transferência de H da cauda para cabeça

14 Fases da Polimerização em Cadeia Iniciação Propagação Término Transferência de cadeia Desaparecimento do centro ativo

15 Classificação Polirreações Reação de adição ou em cadeia Reação de condensação ou em etapas Monômeros bifuncionais Formação de subproduto de baixo peso molecular Sem necessidade de iniciadores Massa molecular aumenta com o tempo de reação Poliamida Primeiro número refere-se ao número de C da diamina e o segundo do diácido

16 Término da reação em Etapas * Adição não estequiométrica dos reagentes Quanto maior a diferença entre a quantidade de reagentes e a relação estequiométrica, a polimerização terminará mais rápido * Adição de um reagente monofuncional A ponta da cadeia que reage com uma molécula monofuncional pára de reagir * Redução da temperatura Reduz a velocidade da reação

17 Técnicas de polimerização Em massa Sem solvente Polimerização do monômero não diluído Monômero Grande aumento de viscosidade do sistema Reação muito rápida Iniciador Polímeros com alto grau de pureza Reação exotérmica Grandes gradientes de temperatura Grande distribuição de MM PA6 - PMMA - PS

18 Técnicas de polimerização Em solução Dissolver o monômero e o iniciador Resolve problema da transferência de calor e homogeneização da temperatura MONÔMERO + INICIADOR Polímero em solução SOLVENTE Polímero precipitado (separado, seco e granulado) Contaminação e reciclagem do solvente Poliolefinas - Resina fenólica Pode reagir com a cadeia e terminar a propagação MM Pureza

19 Técnicas de polimerização Em Suspensão Monômeros insolúveis são dispersos em água Água substitui o solvente na dissipação de calor Iniciador dissolvido no monômero Quando suspensos em água, pulverizam, formando regiões de polimerização individuais PVC - PS - PMMA Evita-se a coalescência das gotas com a adição de agentes tensoativos

20 Técnicas de polimerização Solvente não contamina o polímero Em emulsão Monômero insolúvel em água Iniciador solúvel em água Agente emulsificante sabão Parte hidrofílica e hidrofóbica Faz aproximação do iniciador e monômero ocorrendo a polimerização nas micelas Migração de monômeros das gotas para as micelas por diferença de concentração

21 Técnicas de polimerização Interfacial Monômeros dissolvidos em solventes imiscíveis entre si Monômeros devem ser muito reativos Polimerização ocorre na fronteira entre os solventes

22 Técnicas de processamento Extrusão Processo contínuo Matéria-prima em grânulos ou pó Amolecimento do polímero ocorre por aquecimento e cisalhamento Rosca apresenta zonas com diferentes funções

23 Técnicas de processamento Extrusão Matrizes que dão forma ao perfil extrudado

24 Técnicas de processamento Injeção Ciclos de moldagem Unidades de injeção, fechamento e resfriamento Permite a moldagem de peças mais complexas Material fundido é injetado dentro de um molde, onde solidifica e adquire forma

25 Técnicas de processamento Sopro Obtenção de peças ocas através da insuflação de ar no interior de um tubo termoplástico amolecido pré-formado (parison)

26 Técnicas de processamento Rotomoldagem Molde é carregado com polímero em pó. Gira vertical e horizontalmente enquanto é aquecido Polímero adere às paredes do molde pela força centrípeta Forma peças ocas e de grande porte

27 Técnicas de processamento Termoformagem Moldagem de chapas por aquecimento, pressão e vácuo

28 Vídeo sobre alguns tipos de processamento

29 Polímeros e o meio ambiente

30 Reciclagem

31 Reciclagem Para haver reciclagem são necessários quatro elos: Elo 1 - coleta e separação Elo 2 Logística reversa como o material volta para a indústria da Reciclagem Elo 3 Parque industrial reciclador capacidade e tecnologia Elo 4 Perfil da demanda por materiais reciclados empresas usuárias, estímulo, valorização do reciclado

32 Separação dos materiais plásticos Ação magnética ou eletrostática eliminação de contaminantes ferrosos Ar comprimido flotação do material mais leve (papel) Hidrociclone ou tanque de sedimentação para separar resinas por diferença de densidade

33 Tipos de reciclagem de polímeros Mecânica Primária Secundária Química (terciária) Energética (quaternária) Monômeros ou misturas de hidrocarbonetos que servem como matériaprima Plástico atua como combustível para geração de energia elétrica e térmica. Os plásticos são os materiais com maior poder energético dentro da composição do lixo urbano. Em 1 kg de plástico existe energia equivalente a 1 kg de óleo diesel.

34 Reciclagem Mecânica Conversão dos descartes plásticos pósindustriais ou pós-consumo em grânulos. Primária Resíduos de processamento Produtos a partir de um único tipo de plástico ou misturas de diferentes plásticos Secundária Provenientes de produtos pósconsumo

35 E além de reciclar... Biopolímeros Obtidos de fontes renováveis cana-de-açucar, milho, beterraba PLA Poli ácido lático Ciclo de obtenção mais curto que o do petróleo Atenção: Nem todo Biopolímero é um biomaterial Difícil processabilidade - Alto custo

36 E além de reciclar... Biodegradáveis Degradação resulta da ação de microorganismos de ocorrência natural sob condições favoráveis de temperatura e umidade Pode ser consumido em semanas ou meses PCL - Policaprolactona

37 E além de reciclar... Polímeros verdes Não confunda: o PE verde não é biodegradável Polímeros já existentes de fonte fóssil, mas que por avanços tecnológicos podem ser produzidos através de fontes renováveis Para cada tonelada de polietileno verde produzido, uma média de 2,5 toneladas de (CO 2 ) é removida da atmosfera, ao invés de 2,5 toneladas de CO 2 liberadas por um polietileno produzido a partir de matéria-prima fóssil, como a nafta petroquímica

38 E além de reciclar... Oxi-Biodegradável Não é biodegradável Polímeros contendo aditivos que aceleram sua degradação oxidativa na presença de luz ou calor. Esses aditivos são compostos de metais de transição: Ferro, Níquel ou Cobalto

39 Obrigado!