Polímeros. saturada (ex.: CH 4 ). Se fizer ligações duplas ou

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2 Introdução Os polímeros são compostos químicos de elevada massa molecular, resultantes de reações químicas de polimerização. Eles podem ser naturais, quando originados de plantas e animais (madeira, borracha, algodão, lã, couro, seda, proteínas, amidos, celuloses. Os polímeros sintéticos vieram a partir da determinação das estruturas moleculares desses materiais e de pesquisas na área de seu desenvolvimento. Dentre eles encontram-se os plásticos, as borrachas e as fibras.

3 Origem A matéria-prima que dá origem ao polímero chama-se monômero, que pode ser obtido do petróleo, gás natural, madeira, álcool, carvão e até do CO 2, átomo principal que constitui os materiais poliméricos. Contudo, a forma mais abundante e comum de se obter a matéria-prima para a síntese dos polímeros é a destilação dos componentes do petróleo (fração nafta).

4 Origem Os polímeros são constituídos basicamente por hidrocarbonetos (C e H). Átomos de carbono fazem ligações covalentes (4). Os átomos de carbono compartilham seus elétrons, nos hidrocarbonetos, com os próprios átomos de carbono adjacentes, com hidrogênios ou heteroátomos (halogenetos, oxigênio e enxofre). Quando o átomo de carbono faz 4 ligações covalentes simples, a molécula é chamada de saturada (ex.: CH 4 ). Se fizer ligações duplas ou triplas, são chamadas de insaturadas.

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6 Estrutura e Classificação Os polímeros são compostos pela repetição da unidade básica. Podem existir centenas, milhares ou centenas de milhares de moléculas. Grau de polimerização (DP) é o número de meros presentes na cadeia polimérica. Teoricamente, a reação de polimerização pode prosseguir infinitamente. Fatores práticos, entretanto, limitam a continuação da reação. A ligação entre os monômeros é feita através de pontos reativos, pelo rompimento das insaturações ou pela eliminação de moléculas simples (H 2 O, NH 3, etc).

7 Estrutura das macromoléculas: O polímero constituído apenas de um tipo de mero é denominado homopolímero. Ex.: cloreto de polivinila (PVC). Quando há mais de um tipo de mero na composição do polímero, este é designado copolímero. Um exemplo é o elastômero SBR, que é um copolímero de butadieno e estireno (utilizado em pneus).

8 Estrutura das macromoléculas: Os copolímeros cujas unidades químicas não seguem qualquer ordenação, dispondo-se ao acaso, são chamados de estatísticos. Quando há perfeita regularidade de constituição, de modo alternado, são chamados de alternados. Se alternam-se sequências de unidades químicas iguais, é denominado em bloco. No caso particular de esses blocos existirem com ramificações poliméricas do esqueleto principal de macromoléculas o copolímero é dito grafitizado ou enxertado.

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10 Tipos de polímeros e polimerização: As reações de polimerização dividem-se em duas classes: Adição: se processam em cadeia e apresentam três etapas racionais (iniciação, propagação e terminação). São formados sem perda de moléculas e a unidade repetitiva tem quase a mesma composição do monômero. Os polímeros formados são sempre termoplásticos. Exs.: cloreto de polivinila (PVC), polipropileno, acetato de polivinila (PVA), teflon, neoprene;

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12 Tipos de polímeros e polimerização: Condensação: ocorrem em etapas e não há distinção entre o início da formação do polímero, ou o crescimento macromolecular, e a interrupção desse crescimento. São formados por monômeros por meio de várias reações de condensação química orgânica com eliminação de pequenas moléculas (água, cloreto de hidrogênio, etc). Exemplos: baquelite, poliéster, nylon, policarbonatos.

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14 Peso molecular médio e distribuição: Uma das características mais importantes de um polímero sintético é a não apresentação de uma massa molecular exata. A medida que aumenta a quantidade de carbonos na cadeia, aumenta a massa molecular e incremento nas propriedades (aumento do ponto de ebulição). Ex.: o metano é um gás e a parafina é sólida. A baixa resistência mecânica se deve ao fato de que as interações intermoleculares são fracas.

15 Peso molecular médio e distribuição: A grande maioria dos polímeros não apresenta cadeias com o mesmo comprimento, nem mesma massa molar (polimolecularidade). Pode-se determinar valores médios de peso molecular: n ഥM n = i=1 ni M i n t n i = no. de cadeias de um tamanho Mt = massa molar de uma cadeia n t = número total de cadeias Temos, também, o peso molecular ponderal médio: w i = massa da cadeia; M i = massa molar da cadeia

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17 Estruturas das cadeias poliméricas: Os polímeros podem apresentar suas cadeias sem ramificações, admitindo conformação em zigue-zague (polímeros lineares) ou podem apresentar ramificações (polímeros reticulados). A formação de retículos amarra as cadeias, impedindo o seu deslizamento, umas sobre as outras, afetando a fusibilidade e a solubilidade. As ramificações dificultam a aproximação das cadeias poliméricas e diminuem as interações moleculares, o que acarreta prejuízo às propriedades mecânicas.

18 Polímeros termoplásticos: Ao serem aquecidos, sofrem amolecimento e, ao resfriarem, retornam à sua rigidez inicial. Este comportamento viabiliza a produção em larga escala de artefatos através de meios como a extrusão e a moldagem por injeção. Outro aspecto importante: podem ser reciclados. Eles são caracterizados por possuírem ligações químicas intermoleculares fracas, tipo Van der Waals, de maneira que podem ser facilmente rompidas. Quando tais materiais são aquecidos, as ligações são rompidas, permitindo que haja maior facilidade de movimento das cadeias poliméricas umas sobre as outras.

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21 Polímeros termorrígidos (termofixos): Na reação química, formam ligações cruzadas entre cadeias e se solidificam. Não amolecem com o aumento de temperatura, por isso, uma vez produzidos, não podem retornar ao processamento. Uma elevação contínua da temperatura leva à degradação do material (queima), tornando-o de difícil reciclagem. Apresentam suas cadeias conectadas através de ligações cruzadas, que somente são rompidas com elevadas quantidades de energia, levando ao rompimento das ligações das cadeias poliméricas.

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24 Tipos de materiais poliméricos: De acordo com o ponto de vista tecnológico, os polímeros são divididos em três grupos: 1. Elastômeros: também conhecidos como borracha, é um material que exibe uma elasticidade em longa faixa, à temperatura ambiente. Apresentam baixa resistência a deformação, grandes deformações reversíveis sob tensões e baixo módulo de deformação. Uma característica obrigatória é ter a estrutura com ligações cruzadas (vulcanização).

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26 2. Plásticos: o termo plástico significa adequado à moldagem. Embora sólidos à temperatura ambiente, em alguns estágios de seu processamento, tornam-se fluidos e possíveis de serem moldados, por ação de calor e/ou pressão. Plásticos rígidos suportam alto grau de tração, mas não experimentam muita deformação antes de se romperem. Apresentam cadeias moleculares lineares reticuladas, provendo módulo elevado, rigidez e alta resistência à deformação. Os plásticos flexíveis não resistem tanto à deformação e são mais resistentes à ruptura e apresentam módulo de moderado à alto.

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28 3. Fibras: são macromoléculas orientadas longitudinalmente, compostas principalmente por moléculas lineares, capazes de serem estiradas. Elas devem possuir resistência à tração elevada e alto módulo, propriedades controladas pela química dos polímeros e pelo processo de estiramento. Como exemplos, pode-se citar as fibras de polipropileno (reforço de concreto), náilon, poliéster, poliamida, polietileno, celulose e kevlar. As fibras de polipropileno são quimicamente inertes, possuem superfície hidrófuga e podem ser fabricadas em diversas geometrias e possuem massa específica baixa.

29 Aplicações: Exemplo 1: Determinou-se que uma amostra de acetato de polivinila (PVA) tem a distribuição molecular mostrada na figura abaixo. Qual é a massa média e o grau de polimerização médio do PVA (C 4 H 6 O 2 )? M M 19,2x10 3 Resolução: 0,12.7,5 0,18.12,5 0,26.17,5 0,21.22,5 0,14.27,5 0,09.32,5 x10 MM (C 4 H 6 O 2 ) = 86 g M DP MM 86 DP 224meros / molécula 3

30 Aplicações: Exemplo 2: Quantos quilos de enxofre são necessários para vulcanizar todas as ligações cruzadas de 100 kg de uma borracha de butadieno (C 4 H 6 )? Resolução: H 3 H 3 H C H H C H C=C C C C C H S H

31 Resolução: MM (C 4 H 6 ) = 54 g MM (S) = 32 g X X X S S S m m S t ,37 1 kg ~ 0,37 S 100 kg ~ Y Y = 37 kg S

32 FIM