Universidade Federal do Espírito Santo
Centro Universitário Norte do Espírito Santo
Departamento de Ciências Naturais
Disciplina: Polímeros
Profa. Dra Gilmene Bianco
1.1 Histórico
•Século XVI
produto extraído da árvore natural da América. O
extrato, produto da coagulação e secagem do látex, possuía alta
elasticidade e flexibilidade
BORRACHA (pela capacidade de apagar).
• 1839
Charles Goodyear descobriu a vulcanização, conferiu a
borracha as características de elasticidade não pegajosa e de durabilidade.
• 1846
Christian Schónbien, tratou o algodão com ácido nítrico,
originando a nitrocelulose , primeiro polímero semi-sintético.
• 1912
Leo Baekeland produziu o primeiro polímero sintético, através
da reação entre o fenol e formaldeído, que gerou a resina fenólica, hoje
conhecida como baquelite.
•1920
Hermann Staudinger propôs a teoria da macromolécula.
Recebeu o Prêmio Nobel de Química em 1953.
1.1 Histórico
•1929
Wallace Carothers, trabalhando na empresa DuPont,
formalizou as reações de condensação que deram origem aos poliésteres
e as poliamidas, que ele batizou como Náilon.
•1937 até 1980
Paul Flory grande pesquisador nas áreas de cinética
de polimerização, polímeros em solução, viscosidade e determinação de
massa molar.
•Durante a Segunda Guerra Mundial houve grande desenvolvimento dos
polímeros sintéticos como exemplo a borracha sintética SBR (copolímero
de Butadieno-Estireno).
• Em 2000 três colegas dividiram o Prêmio Nobel de Química pelas
descobertas e desenvolvimento de polímeros condutores.
•No Brasil a profa. Eloisa Biasoto Mano do Instituto de Macromoléculas
da UFRJ, criou o primeiro grupo de estudos em polímeros.
1.2 Definição
POLI = muitos
MEROS = unidade de repetição
( C, H, N, O, S, Si, Cl, F)
Polietileno (polímero sintético)
representação esquemática da estrutura do mero
CH2
CH2 CH2
CH2 CH2
CH2 CH2
unidade do mero
(CH2
CH2)
n
Grau de polimerização
CH2
1.3 Classificação de polímeros quanto a
ocorrência
Polímeros
Naturais
Borrachas
Sintéticos
Madeira, algodão, lã,
Reação de polimerização
couro, proteínas,
Matéria-prima (monômero)
enzimas, amidos, celulose
Ex: Teflon, PVC
Obtenção de monômeros
Petróleo
Indústria Petroquímica
Conversão da materia-prima em monômeros
Indústria de Primeira Geração
Conversão dos monômeros em polímeros
1.4 Obtenção de polímeros sintéticos
Matéria-prima: Monômero
Reação de adição ou em cadeia
CF2 CF2
Catalizadores

(CF2 CF2)n
Reação de policondensação ou em etapas
n H2N R NH2 + n HO C R C OH
diaminas
diácidos
H(N R N C R’ C)n
poliamidas
+
(2n-1)H2O
Cadeias poliméricas
• Funcionalidade
Polietileno (PEAD ou PEBD)
É o polímero de maior aplicação
comercial.
Suas características são:
-Grande resistência a agentes
químicos;
-Boa Flexibilidade;
O Polietileno rígido (PEAD) é utilizado, por exemplo, na fabricação de
recipientes, baldes, garrafas.
O Polietileno flexível (PEBD) é utilizado na fabricação de sacolas
plásticas em geral.
Polipropileno (PP)
• Suas características são:
-Alta dureza;
-Resistente à tração;
Utilizado na confecção de capas, cordas, tubos, párachoques e equipamentos médicos.
Poliestireno (PS)
Utiliza-se na produção de objetos que
devem ser moldados, como pratos,
xícaras, copos.
Possui elevado índice de refração
podendo ser utilizado em iluminação.
Se no processo de produção for
expandido por gases origina o isopor,
de baixa densidade, servindo para
produção de geladeiras portáteis,
baldes de gelo, bandejas descartáveis
etc.
Policloreto de vinila (PVC)
O PVC possui às mesmas
características dos metais,
podendo ser serrado ou moldado.
Com isso, pode ser utilizado na
produção de tubos, filmes plásticos,
bolsas, toalhas, couros artificiais,
cortinas entre outros.
Restrições: O monômero é um
potente cancerígeno; deve haver
controle do teor residual que
permanece no polímero,
particularmente em aplicações em
que o polímero vai entrar em
contato com alimentos.
Teflon (PTFE)
O Teflon possui várias utilidades e
aplicações dentre as quais destacamos:
O Teflon apresenta baixo coeficiente de
atrito, podendo ser utilizado em
mancais.
É resistente a solventes e ao
calor, utilizado em revestimento
de panelas.
É também um isolante elétrico,
por isso é utilizado também em
peças eletroeletrônicas.
Poliacrilonitrila (PAN)
Lã sintética, conhecidas no comércio pelos nomes: Orlon,
Drálon e Acrilã.
Utilizada na confecção de cobertores e carpetes.
Polimetacrilato de metila (Acrílico®)
É o vidro plástico, é utilizado em anúncios luminosos, óculos,
lustres e objetos transparentes.
É utilizado em tintas a base de látex, com a função de
impermeabilizar e dar brilho à superfície pintada.
Vulcanização da Borracha
A borracha natural é resultado da
polimerização do isopreno, feita
na própria planta, a seringueira
Hevea brasiliensis. Este produto
é mole e não apresenta
resistência mecânica.
Para que possa ser utilizada
comercialmente ela é submetida
ao processo de vulcanização
(adição de enxofre às duas
ligações), fazendo
com que a borracha natural se
transforme na borracha
vulcanizada tridimensional.
Buna-S
Foi muito utilizada na 2ª Guerra Mundial para substituir a borracha
natural, sendo utilizada atualmente nas bandas de rodagem dos
pneus. Conhecida por SBR (Styrene Butadiene Rubber).
Buna-N
Outro tipo de borracha sintética,
conhecida pelos nomes
Perbunan e Chemipol.
Poliuretano
Utilizado como isolante termo-acústico.
Pode ser expandido por gases,
formando uma espuma utilizada na
fabricação de colchões e travesseiros.
Poliamida (Nylon®)
-Apresenta elevada dureza, é utilizado na fabricação de engrenagens e
em outras peças de maquinaria;
-Possui baixo coeficiente de atrito podendo ser utilizado em rolamentos
não lubrificados;
-Pode ser transformado em finos filamentos, empregados
principalmente na confecção de roupas e até pára-quedas.
Poliésteres (PET)
Obtidos pela reação entre um carboxilácido e um diálcool.
-Mais importante é o dacron, conhecido pelo nome Tergal.
-É utilizado em capas de chuva, garrafas de refrigerantes, como fibra
têxtil, fabricação de engrenagens, varas e linhas de pesca.
Segmentação do mercado de plástico no Brasil em 2007
POLÍMEROS NATURAIS
QUITINA – é uma molécula complexa encontrada nos
crustáceos: caranguejos, siris, lagostas, camarões.
Também existe em insetos, fungos, cogumelos e
minhocas.
CELULOSE
QUITOSANA
Polímero derivado da quitina, utilizado em aplicações
médicas e em programas de perda de peso.
Possui significativa compatibilidade com tecidos
vivos e melhora a cicatrização de ferimentos.
Hidroxietilcelulose (HEC)
Usado como laxante e espessante de shampoos e para
limpar melhor o cabelo, devido a formação de coloides
ao redor da sujeira.
Cadeias de HEC (presentes nos shampoos), se
enrolam ao redor da sujeira
Biopolímeros, Bioplásticos, Poliésteres- bacterianos
POLI-HIDROXI ALCANOATOS
Biodegradáveis
poli(hidroxi butirato) – PHB
Poli(hidroxi vilerato) – PHV
Poli(hidroxi butirato-co-valerato)
Biodegradáveis sintéticos
PCL
Poli(caprolactona)
PLA
Poli(ácido lático)
PGA
Poli(ácido glicólico)
Polímeros: Ciência e Tecnologia, vol. 13, nº 1, p. 36-44, 2003
PGLA
Poli(ácido glicólicolático)
1.5 Classificação de polímeros quanto a sua
fusibilidade
POLÍMEROS
Termoplásticos
Solúveis e Fusíveis
Re-processados
Reciclagem
Ex: PE, PP, PVC, outros...
Elastômeros
Termofixos
Insolúvel e Infusível
Nâo-reciclável
Ex: resina Novolak, epóxi.
2.1 FORÇAS MOLECULARES EM POLÍMEROS
Ligação Intramolecular - Ligações Covalentes dentro da cadeia.
-
Ligação Intermolecular – Ligações Secundárias entre as moléculas
.
Forças de Van de Waals
Ligações Moleculares Secundárias ou Intermoleculares: forças
moleculares secundárias fracas são forças entre segmentos de
cadeias poliméricas, que aumentam com a presença de grupos
polares e diminuem com o aumento da distância entre moléculas.
Estas podem ser de dois tipos: Forças de Van der Walls e Pontes de
Hidrogênio.
Interação dipolo-dipolo
C
+
C
N-
-
N
C+
C
Poliacrilonitrila
Ligações de Hidrogênio
C
C
C
C
O
O
HO
O
O OH
C
H
O OH
C
C
C
Forças primárias
intramoleculares
Forças secundárias
intermoleculares
Energia de
Ligação
~100 Kcal/mol
(forte)
~5 Kcal/mol
(fracas)
Comprimento
de ligação
~1,5 A
~3 A
Tipo
-Covalente
-Van der Walls
-Ponte de Hidrogênio
Influência
-Estrutura química
-Estabilidade da
molécula
- Propriedades físicoquímicas (Tm, Tg,
solubilidade...)
2.2 COMPOSIÇÃO DO MERO
Monômeros (n
)
-------
-------
Homopolímero
Copolímeros
Bloco:
------
-------
Acaso:
------
------
------
------
Alternado:
Graftizado -----ou Enxertado
-------
Classificação das características das moléculas poliméricas
2.3 ESTRUTURA MOLECULAR: TIPOS DE
CADEIAS
Lineares
Exemplos: estireno e polimetilmetacrilato
ESTRUTURA MOLECULAR
-
Ramificadas
Ex: poliacetato de vinila
ESTRUTURA MOLECULAR
-
-
-
Cruzadas ou rede
-
2.4 CONFIGURAÇÃO DA CADEIA POLIMÉRICA
Arranjos espaciais fixados por ligações químicas
primárias
A) Encadeamento em polímeros
Carbono cauda
CH2
Carbono cabeça
R
R
HC
R
R
Cabeça-cauda
R
R
R
R
R
R
R
Cabeça-cabeça ou cauda-cauda
R
R
R
Encadeamento misto
R
B) Isomerismo espacial
CH2
CH2
CH
C
Cis (poli-cis-isopreno)
NR
CH3
CH2
CH3
CH
C
CH2
Trans (poli-trans-isopreno)
Gutta Percha
C) Estereoisomerismo (taticidade)
H
R
H
C
C
C
H
H
H
H
R
C
H
R
C
H
R
H
R
Isotático
C
C
C
H
H
H
H
H
H
H
H
R
H
H
C
C
C
C
C
C
C
H
H
H
H
H
R
H
R
H
H
H
C
C
C
C
C
H
H
H
R
H
H
C
R
C
R
H
R
C
C
H
Sindiotático
H
Atático
Taticidade
2.5 CONFORMAÇÃO DA CADEIA POLIMÉRICA
(A) Aleatória ou enovelada
(B)Zig Zag Planar
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
C)Hélice, helicoidal ou espiral
2.6 ESTRUTURA MOLECULAR NO ESTADO SÓLIDO
Semicristalino
Amorfo
Tg
Tg e Tm
Estrutura esferulítica de um polímero
resfriado a partir do fundido
Questões
• Qual a estrutura química do PS isotático,
sindiotático e atático?
• Qual a estrutura do butadieno cis e trans.
• Qual a diferença na estrutura do PMMA
polimerizado de forma cabeça-cabeça e
cauda-cabeça?