2. Polímeros Polímeros naturais. Polímeros sintéticos (plásticos) A maioria dos plásticos são...

2. Polímeros2. Polímeros

Polímeros naturaisPolímeros naturais

Polímeros sintéticos (plásticos)Polímeros sintéticos (plásticos)

A maioria dos plásticos são fabricados a partir de

pequenas moléculas derivadas do carvão e do

petróleo.

Substituem metais, vidros e madeira em algumas aplicações devido às

propriedades satisfatórias e menor custo

Hidrocarbonetos:Hidrocarbonetos: São materiais orgânicos compostos por São materiais orgânicos compostos por

hidrogênio e carbono.hidrogênio e carbono.

Na molécula de hidrocarboneto cada átomo Na molécula de hidrocarboneto cada átomo de carbono pode compartilhar até 4 elétrons de carbono pode compartilhar até 4 elétrons de valência, o que define ligações covalentes de valência, o que define ligações covalentes entre os átomos (ligações intramoleculares).entre os átomos (ligações intramoleculares).

l ll l – – C – – C = = C = – C C – – C = = C = – C

ll

Moléculas Moléculas saturadassaturadas possuem ligações simples possuem ligações simples

Moléculas Moléculas insaturadasinsaturadas possuem ligações duplas ou triplas possuem ligações duplas ou triplas

Hidrocarbonetos saturados (parafinas)Hidrocarbonetos saturados (parafinas)

Moléculas isômerasMoléculas isômeras possuem mesma possuem mesma composição mas diferentes arranjos atômicoscomposição mas diferentes arranjos atômicos

Qualquer um dos seguintes grupos orgânicos pode Qualquer um dos seguintes grupos orgânicos pode fazer parte de uma estrutura polimérica:fazer parte de uma estrutura polimérica:

R e R’ = radicais orgânicos são grupos de átomos que se ligam para formar um hidrocarboneto; os radicais mantém sua estrutura durante as reações químicas

Ex. CH3 – metila

C2H5 - etila

Síntese de polímeros

Definição de polímeros:

consistem de uma grande quantidade de moléculas gigantes formadas por reações químicas entre pequenas moléculas de hidrocarbonetos.

Estas reações são conhecidas por polimerização.

A grande cadeia carbônica é composta por unidades A grande cadeia carbônica é composta por unidades estruturais que se repetem, conhecidas por estruturais que se repetem, conhecidas por merosmeros

Forma molecular

Polimerização por Polimerização por adiçãoadição (reação em cadeia): (reação em cadeia): caracterizada pela fixação dos monômeros, um de caracterizada pela fixação dos monômeros, um de cada vez, formando uma cadeia linear longa; a cada vez, formando uma cadeia linear longa; a macromolécula resultante é composta de um múltiplo macromolécula resultante é composta de um múltiplo exato de monômero que iniciou a reação.exato de monômero que iniciou a reação.

Polimerização por Polimerização por condensaçãocondensação (reação em estágios): (reação em estágios): reações em que estão envolvidos mais de um tipo de reações em que estão envolvidos mais de um tipo de

monômero, ocorrendo entre moléculas etapa por etapa. monômero, ocorrendo entre moléculas etapa por etapa. Nesta reação normalmente forma-se um sub-produto Nesta reação normalmente forma-se um sub-produto de pequeno peso molecular (ex. água)de pequeno peso molecular (ex. água)

As As propriedadespropriedades de um polímero dependem de um polímero dependem do peso moleculardo peso molecular da forma molecularda forma molecular da estrutura molecularda estrutura molecular da configuração molecularda configuração molecular

peso molecular médio M = peso molecular médio M = x xii . M . Mii

xxii = fração de moléculas da faixa de tamanho i = fração de moléculas da faixa de tamanho i

MMi i = peso molecular médio da faixa de tamanho i= peso molecular médio da faixa de tamanho i

Estrutura molecularEstrutura molecular

Configurações molecularesConfigurações moleculares

= átomo ou grupo de átomos = átomo ou grupo de átomos do hidrogêniodo hidrogênio

mero “cabeça-a-cauda” “cabeça-a-cabeça”mero “cabeça-a-cauda” “cabeça-a-cabeça”

Estereoisomerismo:Estereoisomerismo:

Isotático sindiotático atáticoIsotático sindiotático atático

Isomerismo Isomerismo

Geométrico cis transGeométrico cis trans

CopolímerosCopolímeros Pesquisam-se polímeros que geralmente apresentam Pesquisam-se polímeros que geralmente apresentam

melhores propriedades e custo reduzido de fabricação.melhores propriedades e custo reduzido de fabricação.

Estrutura cristalina dos polímerosEstrutura cristalina dos polímeros Cristalinidade Cristalinidade arranjo ordenado arranjo ordenado do polímero do polímero de átomos das cadeias de átomos das cadeias

Células unitárias são Células unitárias são em geral complexas em geral complexas

polímeros são freqüentemente polímeros são freqüentemente semicristalinos (regiões cristalinas semicristalinos (regiões cristalinas

dispersas na fase amorfa) dispersas na fase amorfa)

Grau de cristalinidade Grau de cristalinidade depende da depende da taxa de resfriamento na solidificaçãotaxa de resfriamento na solidificação configuração molecularconfiguração molecular

• Menor taxa de resfriamento favorece a cristalizaçãoMenor taxa de resfriamento favorece a cristalização

• Complexidade química do mero, ramificação, ligações Complexidade química do mero, ramificação, ligações cruzadas, irregularidade geométrica e de composição cruzadas, irregularidade geométrica e de composição

não favorece a cristalizaçãonão favorece a cristalização

exs. homopolímero linear cristaliza fácilexs. homopolímero linear cristaliza fácil

polímero em rede é quase todo polímero em rede é quase todo amorfoamorfo

Micrografia eletrônica de um cristal de polietilenoMicrografia eletrônica de um cristal de polietileno(cristalitos)(cristalitos)

Formação de esferulitos (“grãos”)Formação de esferulitos (“grãos”)

Bibliografia: CALLISTER JR, W. Ciência e Engenharia de Materiais: uma Introdução, 5ª Edição, Rio de Janeiro:LTC, 2002

Elaborado por: Professor Paulo Sérgio Bayer, M. Eng

CEFET/SC Unidade de Joinville