POLÍMEROS TERMOPLÁSTICOS E TERMORRÍGIDOS

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1 1. O que são POLÍMEROS? Como estes materiais se distinguem de outros (metais e cerâmicas) em termos de propriedades, ligações químicas, estrutura, processamento e comportamento? Os materiais poliméricos são macromoléculas formadas pela reunião de unidades fundamentais (os meros ) repetidamente que dão origem a longas cadeias. O tamanho das cadeias formadas principalmente por átomos de carbono, ou seja, a massa molar é o aspecto principal que confere a este grupo de materiais uma série de características a eles associadas. Materiais poliméricos apresentam usualmente baixa densidade, pequena resistência à temperatura, baixas condutividades elétrica e térmica, etc. Polímeros são sintetizados por reações de polimerização a partir de dos reagentes monômeros. Materiais metálicos são aqueles que, em geral, apresentam altas condutividades térmica e elétrica, grande ductilidade, entre outras propriedades. Os metais são formados por átomos dotados de grande número elétrons suficientemente livres para se movimentarem a partir de baixos potenciais elétricos ou térmicos. Quando, em metais puros, são adicionados outros elementos, tem-se a formação das ligas. Assim, tem-se ligas de alumínio, de titânio, de magnésio, etc. O aço é formado pela introdução até 0,6% em peso de carbono no ferro. Já, materiais cerâmicos são geralmente carbonatos, óxidos, cloretos, fluoretos, carbetos, entre outros que apresentam propriedades como alta dureza, baixa ductilidade, baixas condutividades térmica e elétrica e elevada resistência à temperatura. Os materiais cerâmicos são usualmente formados pela associação de íons positivos (cátions) como íons negativos (ânions). Exemplos de cerâmicas incluem o cloreto de sódio, óxido de alumínio (ou alumina), óxido de silício (ou sílica), etc. 2. Quais são as diferenças entre POLÍMEROS TERMOPLÁSTICOS E TERMORRÍGIDOS (termofixos) em termos do comportamento desses materiais frente à temperatura, tipos de ligações químicas intermoleculares, processamento e reciclagem? Como se comportam polímeros termoplásticos e termorrígidos frente à ação de um solvente? Polímeros denominados TERMOPLÁSTICOS podem ser amolecidos, o que permite a deformação desses a partir da aplicação de pressão. Quando resfriados, tais polímeros retomam a sua rigidez inicial. O comportamento desse tipo de polímero viabiliza a produção em larga escala de artefatos através de meios como a extrusão (empurrar para fora; expulsão) e a moldagem por injeção. Outro importante aspecto desses polímeros é que eles podem ser reciclados a partir de rejeitos e refugos, já que são facilmente remodelados através da aplicação combinada de pressão e temperatura. Exemplos desse tipo de polímero são o polietileno, polipropileno, PMMA [poli(metacrilato de metila)], politetrafluoretileno (Teflon ), Nylon, etc. Por outro lado, polímeros TERMORRÍGIDOS são aqueles que não amolecem com o aumento da temperatura e por isso, uma vez produzidos, não podem ser re-deformados ou re-processados. Para esse tipo de polímero, uma elevação contínua da temperatura leva à degradação do material (queima) antes que qualquer alteração mais dramática nas propriedades mecânicas ocorra. Exemplos desse tipo de material englobam as borrachas vulcanizadas, os hidrogéis, as resinas epoxidícas e fenólicas, entre outras. Polímeros TERMOPLÁSTICOS são caracterizados por possuir ligações químicas fracas (Van der Waals) entre as cadeias que assim podem ser facilmente rompidas com a introdução de energia. Dessa forma, quando tais materiais são aquecidos, as ligações de Van der Waals são quebradas, permitindo que haja uma maior facilidade para a movimentação de cadeias poliméricas umas em relação às outras. 1

2 A capacidade das cadeias de fluir com a aplicação de temperatura garante a esses materiais suas características fundamentais de fácil re-processabilidade. Por outro lado, polímeros TERMORRÍGIDOS apresentam cadeias conectadas entre si por ramificações ou braços compartilhados. Assim, ligações químicas primárias (covalentes) são responsáveis pelas ligações cruzadas entre cadeias, as quais só são rompidas com a introdução de elevadas quantidades de energia que usualmente levam também ao rompimento das ligações constituidoras das cadeias poliméricas (com a consequente degradação - queima - do polímero). Assim sendo, percebe-se que o tipo de ligação entre cadeias, nesse caso, é responsável pelo comportamento característico dos termorrígidos: não são facilmente conformados e reprocessados. O comportamento dos polímeros frente à ação de solventes também pode ser explicado pelo tipo de interação entre cadeias existente. Assim, para polímeros termoplásticos, a solubilização do polímero por um determinado solvente é possível quando as interações entre as moléculas do solvente e as cadeias poliméricas apresentam uma magnitude superior à magnitude de interações entre as cadeias poliméricas. Nesse caso, as moléculas de solvente são capazes de romper as ligações fracas (Van der Waals) que unem as cadeias poliméricas e substituí-las por ligações um pouco mais fortes (mas ainda do tipo Van der Waals) solvente-polímero. Já no caso de polímeros termorrígidos, as ligações entre cadeias são primárias, de alta energia e que não são passíveis de rompimento pela ação de solventes. Assim, polímeros termorrígidos são normalmente insolúveis. 3. O que são copolímeros? Mostre as diferenças entre copolímero aleatório e copolímero alternado. Descreva copolímeros em bloco e copolímeros enxertados. Qual a motivação para a produção de copolímeros em substituição aos correspondentes homopolímeros? Os copolímeros são polímeros constituídos de diferentes unidades de repetição. Polímeros que apresentam apenas uma unidade de repetição podem ser chamados de homopolímeros. A produção de copolímeros é geralmente motivada pelo objetivo de se alterar propriedades e comportamento dos polímeros. Assim, o comportamento de certos polímeros frente a temperatura (temperatura de amolecimento, por exemplo) ou à presença de solventes (grau de solubilização) pode ser radicalmente alterada com a introdução de determinadas unidades de repetição em homopolímeros. 1º ) POLIETILENO: é obtido a partir do etileno (eteno). Possui alta resistência à umidade e ao ataque químico, mas tem baixa resistência mecânica. O polietileno é um dos polímeros mais usados pela indústria, sendo muito empregados na fabricação de folhas (toalhas, cortinas, invólucros, embalagens, etc.), recipientes (sacos, garrafas, baldes, etc.), canos plásticos, brinquedos infantis, no isolamento de fios elétricos etc. 2º )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. 2

3 3º ) 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. 4º )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. 5º )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 tornase 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. 6º ) 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. 7º ) 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, 3

4 antenas parabólicas, revestimentos para equipamentos químicos etc. A pressão necessária para produzir o teflon é de cerca de atmosferas. 8º )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". É muito empregado na fabricação de lentes para óculos infantis, frente às telas dos televisores, em para-brisas de aviões, nos "vidros-bolhas" de automóveis etc. 9º )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. 10º) 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, como veremos mais adiante. 11º) 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. 12º) 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. 4

5 1º ) 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. 2º ) 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. 1º ) POLIURETANO (A): é obtido a partir do diisocianato de parafenileno e do etilenoglicol (1,2- etanodiol). Possui resistência 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. Veja o mecanismo da síntese da poliuretana e como efetuar essa reação em laboratório. 5

6 2º ) POLIFENOL OU BAQUELITE: é obtido pela condensação do fenol com o formaldeído (metanal). No primeiro estágio da reação forma-se um polímero predominantemente linear, de massa molecular relativamente baixa, conhecido como novolae. Ele é usado na fabricação de tintas, vernizes e colas para madeira. A reação, no entanto, pode prosseguir dando origem à baquelite, que é um polímero tridimensional. A baquelite é o mais antigo polímero de uso industrial (1909) e se presta muito bem à fabricação de objetos moldados, tais como cabos de panelas, tomadas, plugues etc. 3º ) 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. 4º ) POLIAMIDAS OU NYLONS: estes polímeros são obtidos pela polimerização de diaminas com ácidos dicarboxílicos. Os nylons são plásticos duros e têm grande resistência mecânica. São moldados em forma de engrenagens e outras peças de máquinas, em forma de fios e também se prestam à fabricação de cordas, tecidos, garrafas, linhas de pesca etc. O mais comum é o nylon-66, resultante da reação entre a hexametilenodiamina (1,6-diamino-hexano) com o ácido adípico (ácido hexanodióico) 5º)KEVLAR: é considerada uma poliamida aromática, formada através da reação que ocorre entre o ácido tereftálico e a parafenilenodiamina. Ele é utilizado na fabricação de coletes à prova de balas, capacetes de motociclistas, chassis de carros de corrida, peças de avião. etc. Ex.: Ácido tereftálico (parabenzenodióico) + para-benzeno-diamina 6

7 1) Qual das opções abaixo contém um material melhor indicado para constituir recipientes utilizados na armazenagem de soluções concentradas de hidróxido de sódio? a) vidro b) alumínio c) zinco d) ferro e) poliéster 2) Completa-se adequadamente a tabela a seguir se A, B e C forem, respectivamente: 1) Fórmula do monômero Nome do polímero Uso H 2 C=CH 2 A Sacos plásticos B Policloreto de vinila Capas de chuva H 2 C=CH-CN poliacrilonitrila C a) polietileno, H 3 C-CH 2 Cl e tubulações. b) polietileno, H 2 C=CHCl e roupas. c) poliestireno, H 2 C=CHCl e tomadas elétricas. d) poliestireno, C 6 H 5 CH=CH 2 e roupas. e) polipropileno, H 3 CCH 2 Cl e tomadas elétricas. 3) A polimerização do composto a seguir origina uma lã sintética importantíssima chamada: H 2 C=CH-CN. a) buna-s b) lucite c) orlon d) baquelite e) tergal 4) A polimerização (trimerização) do acetileno produz o benzeno. Por analogia, espera-se que a polimerização do propino produza: a) trimetilbenzeno vicinal b) meta-dimetil benzeno c) para-xileno d) tolueno e) hexametilbenzeno 5) Qual das moléculas abaixo tem estrutura adequada à polimerização, formando macromoléculas? a) triclorometano b) clorometano c) etano d) eteno e) cloroetano 6) Polímeros são compostos orgânicos obtidos por reação de: a) condensação de duas moléculas de um composto orgânico b) condensação de muitas moléculas de um composto orgânico c) quebra de cadeia de um composto orgânico alifático d) fermentação da sacarose e) saponificação de ésteres 7) A recuperação de matérias-primas do lixo doméstico seria muito facilitada se os componentes fossem separados em classes de compostos. Por exemplo, os resíduos de alimentos, que são biopolímeros, e os compostos orgânicos mais simples poderiam ser empregados para gerar gás metano e para adubo orgânico. Os componentes do lixo: papéis, frascos plásticos, latas e vidros, podem ser separados e classificados, respectivamente, como: a) polímeros naturais; polímeros sintéticos; sais metálicos; acrílicos. b) polímeros naturais; polímeros sintéticos; metais; misturas de óxidos e silicatos metálicos. c) biopolímeros; polímeros inorgânicos; ligas; misturas de sais. d) misturas de hidrocarbonetos; polímeros orgânicos; cerâmicas; polímeros inorgânicos. e) minerais; misturas de hidrocarbonetos; metalóides; cerâmicas. 8) Reações de desidratação de álcoois, oxidação de aldeídos e poliadição do cloro eteno dão origem, respectivamente, a: a) alcenos, ácidos carboxílicos e PVC. b) alcanos, fenóis e poliamidas. c) alcinos, aminas e dióis. 7

8 d) éteres, cetonas e baquelite. e) ácidos carboxílicos, álcoois e proteínas. 9) O poliestireno é um dos plásticos mais usados atualmente. É polimerizado a partir do estireno, que pode ser obtidos pela reação entre: a) tolueno e propeno b) benzeno e but-2-eno c) tolueno e etileno d) benzeno e etileno e) benzeno e propileno 10) Dentre as opções a seguir, assinale a que contém afirmação falsa: a) cinzas vegetais são ricas em potássio b) vinagre é essencialmente uma solução de ácido acético em água c) enzimas presentes na saliva humana são capazes de hidrolisar amido produzindo glicose d) poliestireno é um polímero de biodegradação relativamente fácil e) a presença de íons cálcio e/ou magnésio em águas naturais restringe a formação de espuma na presença de sabão comum 11) A reação de três moléculas de acetileno a 500 o C e utilizando ferro como catalisador forma: a) ciclohexano d) ciclohexeno b) benzeno e) estireno c) vinilacetileno 12) O polímero utilizado no revestimento de panelas tem fórmula [... CF 2 -CF ] n. Pode-se afirmar que o polímero pertence à função orgânica: a) poliamida b) poliéster c) poliamina d) poli-haleto e) poliálcool 13) Em relação aos polímeros a seguir, pode-se afirmar que: (verdadeira ou falsa) I [...- CH 2 -CH ] n III [...- CF 2 -CF ] n IV - [...- CF 2 -CHCH ] n V - [...- CHC 6 H 5 -CF ] n ( ). I é derivado de um composto parafínico chamado etano e muito utilizado na fabricação de fios sintéticos ( ). II é derivado de um composto saturado, de massa molecular 62,5u. ( ). III é o teflon, usado principalmente como isolante elétrico. ( ). IV é derivado do propeno. ( ). V é derivado de um composto conhecido como vinilbenzeno e é muito usado na fabricação de espumas sintéticas. ( ). I, II, III, IV e V são polímeros resultantes de reação de condensação em presença de catalisadores. 14) O poliestireno, o nylon e o policloreto de vinila (PVC) são substâncias poliméricas obtidas respectivamente por: a) polimerização em cadeia, copolimerização e policondensação. b) copolimerização, policondensação e polimerização em cadeia. c) polimerização em cadeia, policondensação e policondensação. d) polimerização em cadeia, policondensação e polimerização em cadeia. e) polimerização em cadeia, polimerização em cadeia e policondensação. 15) O polímero dracon, usado na fabricação de tecidos, é obtido pela condensação do etileno glicol com o ácido tereftálico (parabenzenodicarboxílico). Na estrutura do monômero caracteriza-se a função: a) éter b) aldeído c) anidrido de ácido d) cetona e) éster 16) Dentre os polímeros seguintes, qual pode ser extraído de vegetais? a) nylon b) polietileno c) baquelite d) celulose e) policloreto de vinila II [...- CH 2 -CHCl-...] n 8

9 17) Abaixo está representada a fórmula estrutural do polímero natural cautchu: Qual das alternativas abaixo indica o monômero e o tipo de isomeria desses polímeros? a) propeno geométrica b) but-1,3-dieno óptica c) metil-but-1,3-dieno geométrica d) but-1,3-diendo functional e) pentano óptica 9