Origem Forças Intermoleculares Peso Molecular Classificação Morfologia Comportamento Térmico Comportamento Mecânico INTRODUÇÃO AOS POLÍMEROS Introdução aos polímeros Polímeros: o que é isso ? Origem Forças Intermoleculares • Classes de materiais: METAIS Classificação CERÂMICOS Peso Molecular POLÍMEROS Morfologia Comportamento Térmico COMPÓSITOS: composto por mais de um tipo de material Comportamento Mecânico 2 Introdução aos polímeros Origem dos polímeros macromoléculas orgânicas Origem borracha natural proteínas macromoléculas inorgânicas polipeptídeos Forças Intermoleculares Classificação Peso Molecular Morfologia Comportamento Térmico Comportamento Mecânico celulose amido polissacarídeos quitina queratina cartilagem colágeno 3 Introdução aos polímeros Como é um polímero ? celulose Origem Forças Intermoleculares Classificação Peso Molecular Morfologia Comportamento Térmico Comportamento Mecânico amido 4 Introdução aos polímeros Cadeia Petroquímica • Refinaria: Origem Petróleo Nafta Forças Intermoleculares • Petroquímica 1ª geração: Classificação Nafta Monômero Peso Molecular • Petroquímica 2ª geração: Morfologia Comportamento Térmico Comportamento Mecânico Monômero Polímero • Petroquímica 3ª geração: Polímero Produto 5 Introdução aos polímeros Como é um polímero ? Monômero (gás / líquido) Polímero (sólido) Origem Forças Intermoleculares Classificação temperatura pressão ativadores catalizadores Peso Molecular Morfologia Monômero = molécula pequena capaz de reagir Mero = estrutura química repetitiva da molécula Comportamento Térmico Oligômero = molécula com poucos meros Comportamento Mecânico Polímero = macromolécula com muitos meros 6 Introdução aos polímeros Como é um polímero ? Origem Forças Intermoleculares Classificação várias moléculas de cloreto de vinila uma molécula de PVC poli (cloreto de vinila) Peso Molecular Morfologia Comportamento Térmico Comportamento Mecânico várias moléculas de água uma molécula de “poliágua” Nem toda molécula é capaz de polimerizar 7 Introdução aos polímeros Como é um polímero ? Origem Forças Intermoleculares Classificação Peso Molecular Todo polímero é uma macromolécula, mas nem toda macromolécula é um polímero Macromolécula polimérica possui unidade química repetitiva Macromolécula não polimérica não possui unidade química repetitiva Morfologia Comportamento Térmico Comportamento Mecânico 8 Introdução aos polímeros Aplicações Origem Forças Intermoleculares Classificação Peso Molecular Morfologia Comportamento Térmico • • • • • • • Plásticos Borrachas Fibras Adesivos Tintas Cosméticos Alimentos Comportamento Mecânico 9 Introdução aos polímeros Forças Intermoleculares: tipos • Forças de dispersão Origem – Dipolo temporário de uma molécula induz dipolo temporário em molécula vizinha Forças Intermoleculares Classificação Peso Molecular Morfologia Comportamento Térmico Comportamento Mecânico 11 Introdução aos polímeros Forças Intermoleculares: tipos • Interação dipolo-dipolo Origem Forças Intermoleculares – Moléculas polares possuem dipolos permanentes – Dipolos de moléculas vizinhas atraem-se – Magnitude superior às forças de dispersão, pois as interações dipolo-dipolo são permanentes Classificação Peso Molecular Morfologia Comportamento Térmico Comportamento Mecânico 12 Introdução aos polímeros Forças Intermoleculares Origem Forças Intermoleculares Classificação Peso Molecular Morfologia Comportamento Térmico Comportamento Mecânico Influência das forças intermoleculares no ponto de ebulição de substâncias orgânicas Molécula Temperatura de ebulição ºC CH4 –161,5 C2H4 –89 C3H8 –44 C4H10 0,5 C5H12 36 Quanto maior o comprimento da cadeia carbônica, maior é o ponto de ebulição, pois há um maior número de forças atrativas agindo entre as moléculas da substância Quando a substância líquida é aquecida, a energia absorvida faz com que as moléculas movimentem-se com maior amplitude, enfraquecendo as forças intermoleculares isso permite o afastamento das moléculas ebulição 13 Introdução aos polímeros Forças Intermoleculares nos polímeros Origem Forças Intermoleculares Classificação Porque os polímero são sólidos à temperatura ambiente ? moléculas muito compridas: muitas forças intermoleculares Emaranhamento das moléculas Peso Molecular Morfologia Comportamento Térmico Comportamento Mecânico 14 Introdução aos polímeros Forças Intermoleculares nos polímeros Ponto de fusao: Policetona: 255° Origem Polietileno: 120° Forças Intermoleculares Classificação Peso Molecular Fortes interações dipolo-dipolo atraem as moléculas de policetona alto ponto de fusão Morfologia Comportamento Térmico Comportamento Mecânico Pontes de hidrogênio no nylon 6/6 facilitam o alinhamento das moléculas capacidade de formação de fibras 15 Introdução aos polímeros Forças Intermoleculares ligação covalente primária: Origem Forças Intermoleculares Classificação - ligações covalentes secundárias: - Peso Molecular - Morfologia - Comportamento Térmico compartilhamento de elétrons É o tipo de ligação que ocorre entre os átomos da molécula intramolecular Ocorrem entre átomos de moléculas diferentes intermoleculares São muito mais fracas do que as primárias Tipos principais: • • • Interação dipolo-dipolo Forças de dispersão Pontes de hidrogênio Comportamento Mecânico 16 Introdução aos polímeros Classificação: origem Origem Forças Intermoleculares Classificação Peso Molecular Morfologia Comportamento Térmico • Naturais • Celulose • Borracha natural • Naturais Modificados • Acetato de celulose • Nitrato de celulose • Sintéticos • PVC • Poliestireno • ABS Comportamento Mecânico 17 Introdução aos polímeros Polímeros sintéticos Polietileno (PE) Origem Forças Intermoleculares Classificação Polipropileno (PP) Peso Molecular Morfologia Comportamento Térmico Comportamento Mecânico 18 Introdução aos polímeros Polímeros sintéticos Poliestireno (PS) Origem Forças Intermoleculares Classificação Peso Molecular Poliacrilonitrilo (PAN) Morfologia Comportamento Térmico Comportamento Mecânico 19 Introdução aos polímeros Polímeros sintéticos Origem Poli (metacrilato de metila) ou acrílico (PMMA) Forças Intermoleculares Classificação Peso Molecular Morfologia Poli (cloreto de vinila) (PVC) Comportamento Térmico Comportamento Mecânico 20 Introdução aos polímeros Polímeros sintéticos Polibutadieno (PB) Origem Forças Intermoleculares Classificação Poliamida (PA) ou Nylon Peso Molecular Morfologia Comportamento Térmico Comportamento Mecânico 21 Introdução aos polímeros Polímeros sintéticos Poliésteres (PET, PBT, PEN) Origem Forças Intermoleculares Classificação Peso Molecular Policarbonato (PC) Morfologia Comportamento Térmico Comportamento Mecânico 22 Introdução aos polímeros Polímeros sintéticos Poliuretanos (PU) Origem Forças Intermoleculares Classificação Peso Molecular Morfologia Comportamento Térmico Comportamento Mecânico 23 Introdução aos polímeros Polímeros sintéticos Politetrafluoretileno (PTFE) ou Teflon Origem Forças Intermoleculares Classificação Peso Molecular Poli (vinil-pirrolidona) (PVP): géis e laquês Epóxis: adesivos Morfologia Comportamento Térmico Comportamento Mecânico 24 Introdução aos polímeros Classificação: arquitetura molecular Origem Forças Intermoleculares Classificação • Lineares • Ramificados Peso Molecular Morfologia • Reticulados Comportamento Térmico Comportamento Mecânico 25 Introdução aos polímeros Classificação: número de meros na cadeia • Homopolímeros Origem Forças Intermoleculares Classificação Peso Molecular Morfologia Comportamento Térmico Comportamento Mecânico Apenas um tipo de unidade química na cadeia • Copolímeros Mais de um tipo de unidade química na cadeia SAN: estireno – acrilonitrilo ABS: acrilonitrilo – butadieno – estireno PP copolímero: PP – PE Borracha SBR: estireno - butadieno 26 Introdução aos polímeros Copolímeros: tipos Origem Forças Intermoleculares alternados aleatórios Classificação Peso Molecular em bloco Morfologia Comportamento Térmico enxertados Comportamento Mecânico 27 Introdução aos polímeros Copolímero Blenda Origem Forças Intermoleculares Classificação Peso Molecular Morfologia Comportamento Térmico Comportamento Mecânico • Copolímero: polímero com mais de um tipo de mero na cadeia PSAI (PS alto impacto) = todas as moléculas tem uma cadeia principal de polibutadieno com ramificações enxertadas de poliestireno. • Blenda: mistura física de polímeros Noryl® = PSAI + PPO (poli-óxi-fenileno) PEAD + PELBD sacolas de supermercado • Compósito: polímero misturado com outro tipo de material PP carregado com talco Poliéster + fibra-de-vidro 28 Introdução aos polímeros Classificação: comportamento térmico Origem Forças Intermoleculares Classificação Peso Molecular Morfologia Comportamento Térmico Comportamento Mecânico • Termoplásticos – Escoam quando aquecidos – Solidificam quando resfriados • Termofixos – Não escoam quando aquecidos – Solidificam quando aquecidos pela primeira vez, pois são formados por pré-polímeros, oligômeros ou monômeros tri funcionais que reagem e reticulam 30 Introdução aos polímeros comportamento térmico x arquitetura Origem Forças Intermoleculares Classificação Peso Molecular • Termoplásticos – lineares – ramifcados • Termofixos – reticulados com ou sem cross-links Morfologia Comportamento Térmico Comportamento Mecânico 31 Introdução aos polímeros Classificação: comportamento mecânico Origem Forças Intermoleculares Classificação Peso Molecular Morfologia Comportamento Térmico Comportamento Mecânico • Plásticos – Pouca elasticidade deformação predominantemente plástica – Podem ser rígidos ou flexíveis • Elastômeros – Grande elasticidade deformação predominantemente elástica • Fibras – Pequena deformação e alta resistência 32 Introdução aos polímeros Classificação: taticidade da cadeia Posição do radical em relação ao eixo da cadeia Origem Forças Intermoleculares Classificação Peso Molecular Morfologia Comportamento Térmico • Isotáticos sempre do mesmo lado • Sindiotáticos alternância do lado • Atáticos disposição irregular POLIESTIRENOS Atático comercial Sindiotático não é comum Isotático não existe Comportamento Mecânico 33 Introdução aos polímeros Classificação: síntese Forma como o material é polimerizado Origem • Por adição poliadição: • Por etapas Forças Intermoleculares Classificação Peso Molecular – Policondensação: Morfologia Comportamento Térmico Pode haver formação de subprodutos da reação de policondesação, como água, metanol, ácido clorídrico Comportamento Mecânico 34 Introdução aos polímeros Classificação: síntese • Poliadição Origem Forças Intermoleculares – Condição: monômero com ligação insaturada na cadeia Classificação Peso Molecular Morfologia 2 ligações duplas dieno Comportamento Térmico Comportamento Mecânico 35 Introdução aos polímeros Classificação: síntese • Policondesação Origem Forças Intermoleculares – Condição: monômeros com 2 grupos funcionais: Diálcoois, Diácidos, Diaminas, Diisocianatos Classificação Peso Molecular Morfologia Comportamento Térmico Comportamento Mecânico 36 Introdução aos polímeros Peso molecular Origem Forças Intermoleculares Polímero = 1 macromolécula com unidades químicas repetidas ou Material composto por inúmeras macromoléculas poliméricas Classificação Peso Molecular Morfologia Comportamento Térmico Comportamento Mecânico Moléculas de ABS com vários comprimentos, ou seja, com pesos moleculares diferentes 40 Introdução aos polímeros Peso molecular médio Pesos moleculares médios comuns para alguns polímeros Origem origem Forças Intermoleculares Morfologia 200.000 Celulose nativa 300.000 Queratina 60.000 Celulose regenerada 150.000 Nitrato de celulose 50.000 PEAD 200.000 Sintéticos PS 200.000 Poliadição PVC 100.000 PMMA 500.000 PA 6/6 20.000 PET 20.000 Naturais Naturais modificados Comportamento Térmico Comportamento Mecânico Peso molecular médio Borracha natural Classificação Peso Molecular polímero Sintéticos Policondensação 41 Introdução aos polímeros Morfologia • Configuração molecular Origem Forças Intermoleculares – Arquitetura molecular – Taticidade da cadeia • Conformação molecular Classificação Peso Molecular Morfologia Comportamento Térmico Enovelamento das moléculas Comportamento Mecânico 42 Introdução aos polímeros Comportamento Térmico • Termoplásticos escoam Origem Forças Intermoleculares Classificação – Amorfos – Semicristalinos • Termofixos não escoam Peso Molecular Morfologia Comportamento Térmico Comportamento Mecânico 43 Introdução aos polímeros Comportamento Térmico: escoamento • Termoplásticos escoam Origem Forças Intermoleculares Classificação Forças intermoleculares “seguram” as cadeias, impedindo seu deslocamento Peso Molecular Morfologia Comportamento Térmico Forças intermoleculares enfraquecem quando o material é aquecido translação das moléculas Comportamento Mecânico 44 Introdução aos polímeros Comportamento Térmico Origem • Termoplástico cristalino (1) • Termoplástico amorfo (2) Forças Intermoleculares Classificação Peso Molecular Morfologia Comportamento Térmico FUSÃO Estrutura cristalina se desmancha e se torna amorfa PONTO DE FUSÃO Tm ou Tf Comportamento Mecânico 45 Introdução aos polímeros Forças intermoleculares x Tg • Quanto maior a intensidade das forças Origem intermoleculares, mais difícil será a flexão e o desenrolamento das cadeia, aumentando a Tg Forças Intermoleculares interações dipolo-dipolo Classificação PBT Peso Molecular Morfologia PET Comportamento Térmico PET 2 dipolo e 2 dispersão por mero Comportamento Mecânico Grupo etileno do PBT tem maior mobilidade que o do PET Tg menor PBT 2 dipolo e 4 dispersão por mero forças de dispersão 46 Introdução aos polímeros Comprimento das cadeias x Tg • Quanto mais longas as cadeias (maior grau de Origem Forças Intermoleculares polimerização), maior o emaranhamento e o número de forças intermoleculares, diminuindo a mobilidade molecular maior Tg. Classificação Peso Molecular Morfologia Comportamento Térmico Comportamento Mecânico 47 Introdução aos polímeros Rigidez da cadeia x Tg • Quanto maior for a rigidez da cadeia principal Origem das macromoléculas maior será a Tg. • Elementos que enrijecem a cadeia: Forças Intermoleculares Classificação – Anéis aromáticos – Grupo Sulfona – Ligações duplas e triplas Peso Molecular Morfologia – Ligações paralelas • Oxigênio flexibiliza a cadeia Comportamento Térmico Comportamento Mecânico 48 Introdução aos polímeros Comportamento Térmico Origem Forças Intermoleculares Classificação Peso Molecular O material termofixo é uma única enorme macromolécul a Morfologia Comportamento Térmico Comportamento Mecânico Cross-links impedem translação das cadeias 49 Introdução aos polímeros Solubilidade Origem Forças Intermoleculares Termofixos insolúveis Classificação Peso Molecular Morfologia Comportamento Térmico Termoplásticos solúveis Comportamento Mecânico 50 Introdução aos polímeros Solubilidade Origem Forças Intermoleculares Moléculas do solvente entram nos retículos maiores, inchando o polímero, mas não dissolvendo-o, pois as cadeias estão presas pelos cross-links SOLVENTE SOLVENTE SOLVENTE Classificação SOLVENTE Peso Molecular SOLVENTE Morfologia SOLVENTE Comportamento Térmico Comportamento Mecânico SOLVENTE SOLVENTE Moléculas do solvente afastam as cadeias, enfraquecendo as interações intermoleculares escoamento SOLVENTE 51 Introdução aos polímeros Comportamento Mecânico Origem Forças Intermoleculares • Elastômeros • Plásticos • Fibras Classificação Peso Molecular Morfologia Comportamento Térmico Comportamento Mecânico 52 Introdução aos polímeros Comportamento Mecânico: Elastômeros Elastômero: poucos cross-links deformação elástica Origem Forças Intermoleculares Plástico flexível: sem cross-links deformação plástica Classificação Peso Molecular Morfologia Termofixo plástico: muitos cross-links pouca deformação Comportamento Térmico Comportamento Mecânico 53 Introdução aos polímeros Comportamento Mecânico: Elastômeros Termofixos Borracha natural (cis-poliisopreno): Origem Forças Intermoleculares • Macia e pegajosa Gutta Percha e Balata (trans-poliisopreno): • Pouco resistente à abrasão • Borracha dura • Pouco resistente à tração • Bolas de golfe • termoplástico • Cabos submarinos Classificação vulcanização Peso Molecular Morfologia Comportamento Térmico Comportamento Mecânico 2% de enxofre: • Borracha vulcanizada • Mais dura e resistente • Muita elasticidade • Elastômero termofixo 20 % de enxofre: • ebonite • Muito dura e resistente • Muito rígida • “ borracha dura” -- Plástico termofixo 54 Introdução aos polímeros Polímeros vulcanizados Vulcanização : Origem Forças Intermoleculares Classificação Peso Molecular Morfologia Comportamento Térmico Polímero linear ou ramificado + enxofre polímero reticulado Cross-link: ligação covalente primária entre macromoléculas vizinhas Borrachas não vulcanizadas são pouco resistentes e pouco elásticas Poucos cross-links elasticidade (elastômero) Muitos cross-links rigidez (plástico) Comportamento Mecânico 55 Introdução aos polímeros Polibutadieno vulcanizado Origem Forças Intermoleculares Classificação Peso Molecular Morfologia Comportamento Térmico Comportamento Mecânico 56 Introdução aos polímeros Comportamento Mecânico: Elastômeros Termofixos Origem Forças Intermoleculares Classificação Peso Molecular Morfologia Comportamento Térmico Comportamento Mecânico Principais borrachas Densidade (g/cm3) Peso molecular cristalinidade Tg (C°) Tm (C°) Borracha Natural (NR) 0,92 105-106 baixa -72 28 Cis-Poliisopreno (IR) 0,92 104-106 amorfo -70 - Polibutadieno (BR) 0,881,01 104-106 variável -106 Variável Policloropreno (CR) neoprene 1,201,25 105 variável -45 45 Etileno-propileno-dieno (EPDM) 0,86 105 amorfo -55 - Isobutileno-Isopreno (IIR) 0,910,96 104-106 amorfo -70 - Estireno-butadieno (SBR) 0,93 105 Amorfo -45 - Acrilonitrilo-butadieno (NBR) 0,951,02 104-106 amorfo -50 a -30 - Silicones 0,97 105-106 variável -125 57 Introdução aos polímeros Plásticos Termofixos Origem Forças Intermoleculares Classificação Peso Molecular Morfologia Comportamento Térmico Comportamento Mecânico 58
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