Polímeros
Química Geral
Prof. Sérgio Henrique Pezzin
UDESC - Joinville
O que são Polímeros?
Polímeros são macromoléculas compostas
pela repetição de uma unidade básica,
chamada mero.
O que são Polímeros?
Por exemplo, o Polietileno (PE), produzido a partir do
monômero etileno (ou eteno), é composto pela repetição
de milhares de unidades (meros) -(CH2-CH2)- :
Onde n (Grau de Polimerização)
normalmente é superior a 10.000. Ou
seja, uma molécula de polietileno é
constituída da repetição de 10.000 ou
mais unidades -(CH2-CH2)-.
Porque os polímeros são tão
interessantes?
• Leveza
• Flexibilidade
• Baixas Temperaturas de Processamento.
• Ajuste Fino de Propriedades através de Aditivação
• Baixas Condutividades Elétrica e Térmica
• Maior Resistência a Corrosão
• Porosidade
• Reciclabilidade
• Alta resistência ao impacto
Cronologia da Tecnologia dos Polímeros
1ª Fase - Polímeros, Materiais Naturais
Por que os polímeros demoraram tanto a surgir,
viabilizando-se
comercialmente apenas nos últimos 50 anos?
Polímeros são compostos orgânicos, ou seja, baseados
em átomos de carbono, produzidos por reações
químicas de grau relativamente alto de sofisticação.
Cronologia da Tecnologia dos Polímeros
1ª Fase - Polímeros, Materiais Naturais
Por isso, até o século passado, os principais materiais
estudados eram:
a borracha, a goma-laca e a gutta-percha, extraídos de
vegetais.
Por volta de 1860, já havia a moldagem industrial de
plásticos naturais reforçados com fibras, como a
goma-laca e a gutta-percha.
Cronologia da Tecnologia dos Polímeros
2ª Fase - Polímeros Naturais Modificados
• 1828: WOHLER (Alemanha) sintetiza uréia em laboratório,
derrubando a teoria da Força Vital. Com isto, as pesquisas sobre
química orgânica se multiplicam, criando a base para o
desenvolvimento dos materiais poliméricos, através da alteração
de polímeros naturais de modo a torná-los mais adequados a
certas aplicações.
• 1839: GOODYEAR (E.U.A.) descobre a vulcanização da
borracha natural.
Cronologia da Tecnologia dos Polímeros
2ª Fase - Polímeros Naturais e Modificados
• 1835-1900: Grande progresso no desenvolvimento de
derivados de celulose, tais como o nitrato de celulose
(nitrocelulose), celulóide (nitrocelulose plastificada com
cânfora) e fibras de viscose.
• 1910: Começa a funcionar a primeira fábrica de rayon
nos E.U.A.
• 1924: Surgem as fibras de acetato de celulose.
Cronologia da Tecnologia dos Polímeros
3ª Fase - Polímeros Sintéticos
• 1838: REGNAULT (França) polimeriza o cloreto de vinila (PVC) com
auxílio da luz do sol. O PVC se tornaria comercial apenas em 1927.
• 1898: EINHORN & BISCHOFF descobrem, sem querer, o
policarbonato. Esse material só voltou a ser desenvolvido em 1950.
• 1907: BAEKELAND (E.U.A.) sintetiza resinas de fenol-formaldeído
(baquelite). É o primeiro plástico totalmente sintético que surge em
escala comercial
Cronologia da Tecnologia dos Polímeros
3ª Fase - Polímeros Sintéticos
• 1924: STAUDINGER desvenda as estruturas do polietileno e da
borracha natural.
• 1928: CAROTHERS (Du Pont) & FLORY sintetizam o neoprene, os
poliésteres e as poliamidas.
• Anos 50: ZIEGLER & NATTA desenvolvem catalisadores eficientes
para polimerização por adição, permitindo um grande incremento da
produção de PE, PP, POM, PET, PC e copolímeros.
Classificação dos Polímeros
• Classificação Quanto ao Tipo de Estrutura Química
• Classificação Quanto às Características de
Fusibilidade
• Classificação Quanto ao Comportamento Mecânico
• Classificação Quanto à Escala de Fabricação
• Classificação Quanto ao Tipo de Aplicação
Classificação Quanto ao Tipo de Estrutura
Química
A composição de um polímero pode apresentar apenas
um único tipo de mero (cadeia homogênea) ou dois
ou mais meros (cadeia heterogênea)
Quando a cadeia é homogênea, diz-se que o polímero
é um homopolímero, caso a cadeia seja
heterogênea, o polímero é designado copolímero.
Homopolímero
É o polímero constituído por apenas um tipo de unidade estrutural repetida. Ex.:
Polietileno, poliestireno, poliacrilonitrila,
poli(acetato de vinila)
Se considerarmos A como o
mero presente em um
homopolímero, sua estrutura
será:
~A-A-A-A-A-A~
Copolímero
É o polímero formado por dois ou mais tipos de meros. Ex.: SAN, NBR,
SBR
Os copolímeros podem ser divididos em:
• Copolímeros estatísticos (ou randômicos)
• Copolímeros alternados
• Copolímeros em bloco
• Copolímeros grafitizados (ou enxertados)
Copolímeros Estatísticos ou Randômicos
Nestes copolímeros
os meros estão
dispostos de forma
desordenada na
cadeia do polímero
~A-A- B-A-B-B~
Copolímeros Alternados
Nestes copolímeros
os meros estão
ordenados de forma
alternada na cadeia
do polímero
~A-B-A-B-A-B~
Copolímeros em Bloco
O copolímero é
formado por
sequências de
meros iguais de
comprimentos variáveis
~A-A- B-B-B -A-A~
Copolímeros Graftizados ou Enxertados
A cadeia principal do copolímero é
formada por um tipo de unidade
repetida, enquanto o outro
mero forma a cadeia lateral
(enxertada)
~A–A–A–A–A–A~


B
B


B
B


B
B
Propriedades e Aplicações dos
Termoplásticos e Termorrígidos
Polipropileno - PP
• Monômero : H2C=CHCH3
• Polímero: -(H2C-CHCH3)n-
Propileno (gás)
Polipropileno
• Densidade: 0,90 a 0,92 g/cm3
• Espessura: 0,3mm a 20mm
Polipropileno - PP
• Características:
– Resistência química a ácidos,álcalis,graxas,óleos;
– Alta resistência a abrasão;
– Peso específico baixo;
– Atóxico;
– Absorve pouco a umidade;
– Baixo custo;
– Fácil moldagem e coloração;
– Alta resistência a fratura por flexão ou fadiga;
– Boa resistência ao impacto acima de 150oC;
– Boa estabilidade térmica;
– Sensibilidade a agentes de oxidação e a luz UV
Polipropileno - PP
• Aplicações:
– Pára-choques de automóveis
– Brinquedos
– Recipientes para alimentos
– Tubos para cargas de caneta
– Peças de interior de automóveis
Polipropileno - PP
Poliestireno - PS
• Monômero : H2C=CHC6H5 Estireno (líquido)
• Polímero : -(H2C=CHC6H5)n Poliestireno
• Densidade : 1,04 a 1,07 g/cm3
• Espessura : 0,14mm a 10mm
Poliestireno - PS
• Aplicações:
– PS cristal: amorfo, duro, com brilho e elevado índice de
refração. Usado em artigos de baixo custo.
– PS resistente ao calor: difícil processamento. Usado em
gabinetes de rádio e TV, grades de ar condicionado,
ventiladores e exaustores, eletrodomésticos.
– PS de alto impacto: contém borracha. Usado para
gavetas de geladeira e brinquedos.
– PS expandido: é conhecido como isopor. Usado como
protetor de equipamentos, isolante térmico, pranchas de
flutuação, geladeiras isotérmicas.
Poliestireno - PS
Polietileno - PE
• Monômero : H2C-CH2 Etileno (gás)
• Polímero: -(CH2-CH2)n
Polietileno
• Densidade : 0,94 a 0,98 g/cm3
• Espessura: 0,3mm a 20mm
Polietileno - PE
• Aplicações:
– Objetos de uso doméstico;
– Embalagens;
– Revestimento de frigorífico;
– Material hospitalar;
– Brinquedos;
– Peças automobilísticas;
– Garrafas flexíveis
Polietileno - PE
Poli (cloreto de vinila) - PVC
• Monômero : H2C=CHCl
Cloreto de vinila (gás)
• Polímero : -(CH2 – CHCl)n Poli (cloreto de vinila)
• Densidade : 1,4 g/cm3
Poli (cloreto de vinila) - PVC
• Características:
– Resistente à ação de fungos, bactérias, insetos e
roedores;
– Resistente à maioria dos reagentes químicos;
– Bom isolante térmico, elétrico e acústico;
– Impermeável a gases e líquidos;
– Resistente a intempéries;
– Durável;
– Não propaga chamas;
– Baixo custo
Poli (cloreto de vinila) - PVC
• Aplicações:
– PVC rígido: duro e tenaz. Usado em tubos, carcaças de
utensílios domésticos, baterias, instalações elétricas,
cartões de crédito, construção civil
– PVC flexível: revestimento de fios e cabos elétricos,
cortinas de banheiro, bandejas, cintos, mangueiras de
jardim, artigos infláveis, garrafas de água mineral, frascos
de cosméticos.
– PVC de alto impacto: utilizado em exteriores como
perfis de janelas, pavimentos, revestimentos de fachadas
Poli(cloreto de vinila) - PVC
Poli(tetrafluoretileno) - PTFE
• Características:
– Boa resistência mecânica, térmica e química;
– Fácil reciclabilidade;
– Baixo coeficiente de fricção;
– Baixa aderência;
– Boa resistência ao impacto
Poli(tetrafluoretileno) - PTFE
• Aplicações:
– Garrafas para óles vegetais e produtos de limpeza;
– Na forma de fibras(roupas) não amassa e tem lavagem e
secagem rápidas;
– Películas cinematográficas;
– Fitas magnéticas;
– Filmes;
– Placas para radiografia;
– Carburadores e componentes elétricos de carros
Poli(tetrafluoretileno) - PTFE
Poli(metacrilato de metila) - PMMA
• Características:
– Semelhante ao vidro;
– Conhecido como acrílico;
– Propriedades mecânicas boas;
– Resistência ao impacto boa;
– Resistência a intempéries elevada;
– Tranparente
Polimetacrilato de metila - PMMA
• Aplicações:
– Painéis;
– Letreiros;
– Vidraças;
– Fibras ópticas;
– Visores;
– Lentes;
– Vidros de relógio
Poli(metacrilato de metila) - PMMA
Policarbonato - PC
• Características:
– Semelhante ao vidro (transparência);
– Excelente resistência ao impacto;
– Excelente propriedades mecânicas;
– Boa estabilidade dimensional;
– Resistência a intempéries;
– Resistência a chama;
– Bom isolamento térmico;
– Boa usinabilidade
Policarbonato - PC
• Aplicações:
– Compact-Discs(CD´s)
– Janelas de segurança;
– Óculos de segurança;
– Bandejas, jarros de água, tigelas, frascos;
– Escudos de proteção;
– Aquários;
– Garrafas retornáveis;
– Visores de máquinas
Policarbonato - PC
Copolímero Acrilonitrila-butadienoestireno - ABS
• Aplicações:
– Cartões telefônicos;
– Malas de viagem;
– Capacetes;
– Brinquedos;
– Peças automobilísticas
Acrilonitrila-butadieno-estireno
ABS
Poliamidas - Nylon
• Características:
– Boas propriedades mecânicas;
– Resistente a abrasivos;
– Baixo coeficiente de atrito;
– Absorve água e outros líquidos
Poliamidas - Nylon
Resinas Fenólicas - Termorrígidos
• Laminado Industrial Termofixo , obtido da combinação de
tecidos de algodão ou papéis especiais com resinas do tipo
Fenólica. O resultado desta combinação é um produto que
pode ser fornecido de várias formas: chapas , tarugos, tubos
, peças usinadas e moldadas em geral
Resinas Fenólicas - Termorrígidos
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•
Baixo peso específico : 1,3 - 1,4;
Baixo coeficiente de atrito : normal 0,22 / grafitado 0,07;
Resistente a altas temperaturas (até 150oC);
Excelente resistência mecânica;
Baixa absorção de água;
Resistente a óleos e graxas minerais;
Isolante elétrico;
Fácil de ser trabalhado;
Resistente a água do mar;
Resistente a agentes corrosivos (ácidos);
Estabilidade dimensional
Resinas Fenólicas - Termorrígidos
• Aplicações:
– buchas, mancais, polias, guias para laminadores, flanges
etc.
– peças frezadas torneadas , plainadas , furadas tais como :
engrenagens(modulo 2 - 5 ), anéis de vedação , polias ,
etc.
– mini-engrenagens, palhetas para bombas de vácuo, etc..
– Alongamento para motores;
– telefones;
– Instalações elétricas
Resinas Fenólicas - Termorrígidos
Produtos:
Epoxis - Termorrígidos
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
Automotiva
Embalagens de bebidas e alimentos (enlatados)
Construção civil (revestimentos de pisos, adesivos)
Naval e Nautico
Eletrodomésticos
Autopeças
Eletroeletrônicos
Manutenção anti-corrosiva
Móveis
Transformadores de distribuição
Buchas Isoladoras, Disjuntores
Transformadores de medição de corrente e potencial
Epoxis - Termorrígidos
Produtos:
Poliésteres - Termorrígidos
– Alta resistência mecânica;
– Alta resistência elétrica;
– Estabilidade dimensional;
– Resistência ao UV;
– Auto-extinção;
– Resistência química;
– Resistência a temperatura
Poliésteres - Termofixos
– Chaveiros, Crachás, Placas Indicativas;
– Relógios;
– Eletro-eletrônicos;
– Automobilístico;
– Móveis escolares;
– Capacetes
Como se Faz um Polímero ?
• A reação química que conduz à formação de
polímeros chama-se polimerização.
• As reações de polimerização foram
divididas, a princípio, em dois grupos
conhecidos
como
polimerização
por
condensação e por adição.
Polimerização por Condensação
• Ocorre a eliminação de uma pequena molécula (por
exemplo, H2O, HCl, etc.).
• Forma polímeros cujas unidades repetitivas possuem um
número de átomos menor que os monômeros de partida.
• As policondensações seguem o mecanismo de reação
em etapas, e termina quando um dos reagentes é
completamente consumido.
Polimerização por Adição
• As reações de adição são aquelas que formam
polímeros com unidades repetitivas de fórmula
molecular idêntica aos monômeros.
• Quase todas as poliadições envolvem um
mecanismo em cadeia.
Polimerização em Etapas
• Reações sem distinção quanto à taxa e natureza
da iniciação, propagação e terminação.
• Crescimento aleatório das cadeias
• altos graus de conversão necessários para se
obter altos graus de polimerização.
Polimerização em Cadeia
• O centro ativo é uma insaturação e não há
formação de subprodutos.
• Tipos: radicalar, catiônica e aniônica.
• crescimento rápido das cadeias com altos graus
de conversão.
Polimerização por Etapa
(“condensação”)
Polimerização por Etapa
(“condensação”)
Polimerização por Etapa
(“condensação”)
Polimerização em Etapas
• Fatores importantes:
– Temperatura e tempo de reação
– Adição de catalisador
– Esteoquimetria
– Funcionalidade dos monômeros
Polimerização em Etapas
• Maneiras de se terminar uma polimerização
em etapas:
– Adição não estequiométrica dos reagentes.
– Adição de um reagente monofuncional.
– Redução da temperatura.
Polimerização Vinílica em Cadeia
(adição - radicais livres)
Iniciadores :
Polimerização Vinílica em Cadeia
Polimerização Vinílica em Cadeia
Polimerização Vinílica em Cadeia
Polimerização Vinílica em Cadeia
Polimerização Vinílica em Cadeia
Polimerização Vinílica em Cadeia
Polimerização Vinílica
Ziegler-Natta
Polimerização Vinílica
Ziegler-Natta
Polimerização Vinílica
Ziegler-Natta
Polimerização Vinílica
Ziegler-Natta
Compostos Vinílicos
Polimerização Vinílica
Ziegler-Natta
Polimerização Vinílica
Ziegler-Natta
Polimerização Vinílica
Ziegler-Natta
Polimerização Vinílica
Ziegler-Natta
Polimerização Vinílica
Ziegler-Natta
Polimerização Vinílica
Ziegler-Natta
Características próprias das
Macromoléculas
Emaranhamento de cadeias
Grande somatória de forças intermoleculares
Baixa velocidade de deslocamento
Distribuição de Massa Molar
Distribuição de Massa Molar
Polímeros Não Lineares
Cadeias ramificadas
entrecruzadas
Cadeias
Polímeros Não Lineares
Cadeias micelares
Dendrímeros
Vulcanização: Um exemplo de
reticulação de polímeros
A Transição Vítrea
A Transição Vítrea
Cristalinidade em Polímeros
Cristalinidade em Polímeros
Cristalinidade em Polímeros
Cristalinidade em Polímeros
Cristalinidade em Polímeros
Cristalinidade em Polímeros
Taticidade
Taticidade
Fibras
Elastômeros Termoplásticos
• Ionômeros
Elastômeros Termoplásticos
• Copolímeros Bloco
Elastômeros Termoplásticos