CARACTERIZAÇÃO DE POLÍMEROS

DEPARTAMENTO DE QUÍMICA

QUÍMICA DOS MATERIAIS E AMBIENTE

Relatório nº 3

CARACTERIZAÇÃO DE POLÍMEROS

Realizado por:- Cesário Camacho- Duarte Paulo Correia


ÍNDICE

Págs.

Resumo 3

Introdução Teórica 4

Descrição Experimental 5

Conclusão 8

ApêndicesApêndice I 9

Bibliografia 15

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RESUMO

Este trabalho teve por objectivo caracterizar e identificar alguns polímeros. Para tal analisou-se algumas amostras de polímeros sintetizados (silicone) bem como outros materiais de uso comum como o saco de plástico, o preservativo, as luvas de cirúrgião e um saco transparente. Analisou-se também uma outra amostra de óxido de polietileno.

Para a caracterização dos polímeros em questão recorreu-se a algumas técnicas como sejam, a combustão, a densidade-solubilidade e a espectroscopia de infra-vermelho.

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INTRODUÇÃO TEÓRICA

Um polímero é um composto químico formado pela associação de uma unidade química básica (monómero) que se repete, várias vezes, resultando numa entidade de elevado peso molecular [1].

O desenvolvimento dos polímeros sintéticos e dos plásticos provocou grandes mudanças no seio da comunidade pois a maior parte dos produtos e equipamentos utilizados no dia-a-dia são obtidos a partir destes materiais. Por exemplo, na medicina o recurso a plásticos permite solucionar graves problemas no organismo humano como é o caso da visão e na reconstituição óssea.

Em contrapartida, a utilização abusiva dos plásticos e a cada vez maior dependência destes tem provocado graves problemas ambientais devido à dificuldade de destruição destes materiais quer pela libertação de gases tóxicos quer pelas propriedades que lhe dão grande longevidade [2].

Os polímeros exibem notáveis propriedades físicas e químicas o que lhes confere características anti-fogo, estabilidade térmica, resistência à acção química, propriedades mecânicas, entre outros que determinam a sua utilidade.

A caracterização é uma das etapas fundamentais do estudo dos polímeros. A composição, o peso molecular e as propriedades físicas são determinadas em primeiro lugar. Outras informações são, no entanto, necessárias com especial atenção para a selectividade dos polímeros, a competitividade com outros produtos e os testes de qualidade.

A química dos polímeros usa muitas técnicas para caracterizar e identificar os materiais que vão desde testes relativamente simples, como a cor e a combustão, até procedimentos mais complexos como a dispersão da luz e a ultracentrifugação para a determinação de pesos moleculares; espectroscopia I.V., pirólise, RMN, calometria diferencial, cromatografia gasosa e líquida. Porém estes métodos envolvem custos e instrumentos especializados.

Contudo, um problema inerente à caracterização de polímeros refere-se ao facto da maioria das técnicas requer que a análise seja realizada em solução. Esta condição, traz, por vezes, dificuldades acrescidas, particularmente para compostos com peso molecular muito elevado ou polímeros com ligações cruzadas.

Das várias análises possíveis de efectuar pode-se distinguir duas classes: as destrutivas, como a combustão e a pirólise, e as não destrutivas como são o caso da densidade [3].

Na combustão, observa-se o comportamento dos diferentes polímeros quando submetidos ao calor. A densidade dos polímeros (que e da linearidade ou da ramificação, da extensão de cristalinidade e do peso molecular) varia entre 0,89 do propileno e os 1,5 do silicone.

Por outro lado, a técnica disponível que melhor informação os pode dar sobre a estrutura dos polímeros é a espectroscopia de I.V.. Trata-se de uma técnica relativamente simples, não destrutiva e versátil para analisar para analisar sólidos, líquidos e gases, bastando para o efeito preparar uma quantidade mínima de amostra.[4]

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DESCRIÇÃO EXPERIMENTAL

Neste trabalho foram analisadas várias amostras de polímeros, nomeadamente o silicone, saco de plástico, luva, um plástico transparente, preservativo e o óxido de polietileno. Para tal, procedeu-se incialmente à determinação da densidade e solubilidade dos polímeros (à excepção do prservativo e do óxido de polietileno) por comparação do comportamento perante diferentes solventes. Deste modo, adicionou-se em diferentes tubos de ensaio cerca de 2 mL de cada um dos solventes (benzeno, etanol, clorofórmio, diclorometano, 2-propanol, acetona e água) ao qual se juntou uma pequena quantidade da amostra a analisar.

Posteriormente, procedeu-se ao teste da combustão que basicamente consistiu em adicionar, numa colher de combustão, uma pequena porção de silicone, que seguidamente foi colocada em contacto com a chama.

Efectuou-se também os espectros de I.V. dos vários polímeros em estudo recorrendo-se a diferentes processos, de acordo com o tipo de amostra, para a obtenção da amostra a analisar.

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RESULTADOS EXPERIMENTAIS

Testes de caracterização

Densidade

Neste capítulo testou-se o comportamento das várias amostras em diferentes solventes apresentando-se os resultados na seguinte tabela.

Tabela 1- Estudo da densidade e solubilidade das várias amostras de polímeros.

SiliconeSaco de plástico

LuvaPlástico

transparente2-propanol

(d=0,76 Kg/L)+ Denso + Denso + Denso + Denso

Etanol(d=0,79 Kg/L)

+ Denso + Denso + Denso + Denso

Acetona(d=0,791 Kg/L)


Benzeno(d=0,88 Kg/L)


Água(d=1,00 Kg/L)

+ Denso - Denso - Denso - Denso

Diclorometano(d=1,33 Kg/L)

- Denso - Denso - Denso - Denso

Clorofórmio(d=1,47 Kg/L)

- Denso - Denso - Denso - Denso

NOTA: Para todos os ensaios realizados, verificou-se que as amostras eram insolúveis nos diferentes solventes.

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Combustão

Relativamente aos testes de combustão efectuados, registou-se as seguintes observações que se encontram resumidas na tabela 2:

Amostra Observações Operador

SiliconeFormação de uma chama com tom esverdeado e libertação

de fumos intensos-fuligem. Obtenção de um resíduo branco.Cesário

Saco de pástico

+Plástico

transparente

Dá-se inicialmente uma contracção do material. Mesmo depois de retirar a fonte de ignição continuou a queimar

apresentando uma chama azul e amarela.Duarte

Luva

Dá-se uma contracção não tão intensa como no saco de plástico, formando-se uma chama azul e amarela,

continuando a arder mesmo na ausência de fonte de ignição. Libertação de fumos negros e formação de um resíduo

escuro.

Duarte

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CONCLUSÃO

Com a realização deste trabalho experimental pretendeu-se sintetizar o silicone recorrendo à hidrólise do diclorodimetilsilano por intermédio de uma polimerização por condensação. Contudo, o processo experimental a que se recorreu implica alguns cuidados, nomeadamente a adição da água ao diclorodimetilsilano uma vez que esta reacção é muito violenta e exotérmica o que justifica a utilização do banho de gelo aquando da hidrólise. Por outro lado, a mistura reaccional acidifica devido à formação do HCl pelo que a adição do bicarbonato de sódio foi essencial para a neutralização da solução. Por outro lado, verificou-se que a adição do éter é essêncial dada a volatilidade que este apresenta permitindo assim a remoção fácil da fase orgânica onde se encontra o produto pretendido. Contudo, o processo a que se recorreu para a eliminação do éter possívelmente não é o mais aconselhado pelo que, era conveniente ter-se recorrido ao evaporador rotativo.

Obtido um óleo incolor de dimetilsilicone constatou-se que o rendimento da reacção foi de 83,12%. Este rendimento apesar de ter sido consideravelmente satisfatório, pode estar afectado por pequenas perdas ocorridas durante a realização das várias extracções efectuadas. Contudo podemos concluir que o processo para a obtenção do dimetilsilicone é realmente adequado.

Saliente-se que a utilização do diclorodimetilsilano como material de partida deve-se sobretudo ao facto das ligações Si-Cl serem facilmente hidrolisadas permitindo assim que o composto seja muito reactivo, bem como à dupla funcionalidade que advém da existência dos dois cloretos. A cadeia assim pode propagar-se nas duas direcções resultando num polímero de alto peso molecular.

Quanto à obtenção do polímero de silicone verificou-se que a adição do óxido bórico ao óleo obtido tem como função catalizar a reacção no sentido de se obter um grau de polimerização mais avançado.

Finalmente verificou-se que o composto obtido é inclolor, opaco e ligeiramente moldável apresentando alguma flexibilidade.

A massa de silicone obtida foi de 5,0821 g.

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APÊNDICE I

Tabela 1 - Lista de material e reagentes

Material Equipamento Reagentes

Tubos de ensaio Espectofotometro de feixe duplo-Perikan

Elmer UV/VIS Spectrometer Lambda 2

2-propanolSuporte para tubos de

ensaioAcetona

Lamparina Água destiladaColher de combustão Benzeno

Pinça ClorofórmioEspátula DiclorometanoTesoura

EtanolGobelets

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Tabela 2- Fichas de segurança [5].

CompostoMassa

molecularg.mol-1

Ponto de fusão(ºC)

Ponto de ebulição

(ºC)

Densidade(L/Kg)

Solubilidade Riscos e Segurança Outros

2-propanol(C3H5OH)Acetona(C3H6O)

58,08 -95 56 0,79 Inflamável

Benzeno(C6H6)

Clorofórmio(CHCl3)

Diclorometano(H2Cl2)

84,94 -95,1 39,8 1,326Volátil.Tóxico

Etanol(C2H5OH)

46,07 -114,1 78,5 0,789 nD=1,361

Frases - S – segurança

Conselhos de prudência

9- Conservar o recipiente em lugar bem ventilado.3/7- Manter o recipiente bem fechado e em lugar fresco.16- Proteger de fontes de ignição.

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22- Não respirar o pó. 23- Não respirar os vapores.

24/25- Evitar o contacto com os olhos e a pele.26- Em caso de contacto com os olhos, lavar imediatamente com água e consultar o médico.29- Não deitar os resíduos pelo esgoto.33- Evitar a acumulação de cargas electrostáticas.36- Usar protecção adequada..45- Em caso de acidente ou mal estar consultar imediatamente o médico (se for possível mostrar a etiqueta).

Frases – R – Riscos

Indicação sobre os riscos

10- Inflamável.11- Facilmente inflamável.12- Extremamente inflamável.19- Pode formar peróxidos explosivos.

20- Nocivo por inalação.20/21- Nocivo por inalação e por contacto com a pele.22- Nocivo por ingestão.23/25- Tóxico por inalação e por ingestão.34- Provoca queimaduras.36- Irrita os olhos.36/37/38- Irrita os olhos, a pele e as vias respiratórias.

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Tabela 3 - Quadro de registo de ensaioTrabalhar na hotte

SequênciaDe acções

Procedimentos Tempo Observações/Registos Segurança Operador

1Deitar 100mL de água destilada num erlenmeyer de 250 mL.

Cesário

2Colocar o erlenmeyer numa placa de agitação magnética.

Cesário

3Pesar 25 g de sulfato de cobre pentahidratado

(*) m = 8,3274 g Duarte

4Dissolver no erlenmeyer com agitação contínua.

Duarte

5

Adicionar, lentamente, à solução de sulfato cúprico, 13 mL de amónia concentrada 15 M. (evitar adicionar excesso de amónia).

Formação de uma solução azul anil de hidróxido cúprico..

Manusear com cuidado devido à elevada concentração da amónia.

Duarte

6

Preparar uma montagem para filtração e filtrar a mistura, utilizando um funil de Buckner e papel de filtro.

Obtenção de um composto azul escuro.

Cesário/Duarte

7Lavar o precipitado várias vezes com água fria.

Duarte

8Colocar o hidróxido cúprico obtido num erlenmeyer e adicionar 150mL de amónia 15 M

Manusear com cuidado devido à elevada concentração da amónia.

Cesário

13


9 Agitar para dissolver. Cesário

10Adicionar 4 folhas de papel de filtro de 11 cm, totalmente desfeitas.

Cesário

11Agitar a mistura até a dissolução total do papel.

30 mA mistura obtida apresentava características viscosas.

-

12Armazenar a mistura numa garrafa bem fechada.

-

13Deitar 300mL de ácido sulfúrico 0,5 M num erlenmeyer.

Duarte

14Encher uma pipeta ou seringa com a mistura obtida.

Docente

15Introduzir a seringa abaixo do nivel de ácido do recipiente e expelir a mistura azul.

Formação de um fio azul de celulose regenerada.

Docente

16Proceder à filtração a vácuo do produto obtido.

Duarte

17Lavar o produto com ácido sulfúrico 0,50 M e depois com água.

Obtenção de celulose regenerada com tonalidade azul-clara.

Cesário/Duarte

18 Armazenar o produto obtido. Duarte NOTAS:Ponto 7 - A filtação deverá ser lenta uma vez que o tamanho das partículas do precipitado é pequena.Ponto 10 - Caso a mistura apresente-se muito viscosa adicionar mais um pouco de amónia 15 M.Ponto 15 - Em contacto com o ácido, deverá observar-se a formação de um fio azul de celulose regenerada.(*) As quantidades foram reduzidas para 1/3.

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BIBLIOGRAFIA

[1]- Chang, Raymond, “Química”, 5ª Edição, McGraw-Hill;

[2]- Morrison, R. and Boyd,; “Química Orgânica”, 13ª ed., Fundação calouste Gulbenkian, Lisboa, 1996;

[3]- NN. Greenwood and A.Earnshaw, “Chemistry of the Elements”, Pergamon Press;

[4]- Szafran, Zvi, et all; “Microscale Inorganic Chemistry-A Comprehensive Laboratory Experience”, John Willey & Sons, Inc., New York, 1991;

[5] J.R., Fred W. Billmeyer, “Text Book of Polymer science”, 3rd edition, Canadá, 1984;

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