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Função
orgânica:
Grupo
funcional: Exemplo:
Hidrocarboneto CX HY CH4
metano
Álcool R — OH
n-butanol
Fenol
4-metil-1-hidroxibenzeno
ou p-cresol
Éter R — O — R' metóxi-etano
Aldeído
pentanal
1- INTRODUÇÃO – Funções orgânicas
3
Anidridos
anidrido propanóico
Haletos de ácido cloreto de acetila
Lactonas
- butirolactona
Amidas
N. metil acetamida
Lactamas
butirolactama ou 2-pirolidinona
Nitrilas
acetonitrila
4
Os golfinhos (sua pele)
também são constituídos de
polímeros chamados
colágenos.
Os polímeros naturais, existentes nas
baleias são chamados queratinas.
São macromoléculas parecidas com as
proteínas, que constituem as unhas e
cabelos de pessoas, chifres de
animais.
7
VANTAGENS: baixo custo, peso reduzido, grande resistência,
facilidade de moldagem e produção de diferentes peças.
DESVANTAGENS: descarte no meio ambiente e durabilidade,
dificuldade de degradação.
O plástico tem substituído os metais, a madeira e os vidros, na
vida prática.
8
A composição do lixo plástico varia conforme a região,
mas pode-se considerar a seguinte distribuição, em
média:
Para a reciclagem de plástico é necessário separar, por categorias, os
diferentes resíduos poliméricos urbanos utilizando-se de procedimento
sistemático de identificação:
• Códigos – São números ou siglas inscritos no produto que indicam o
material empregado na confecção da embalagem. Normalmente estão
localizados na parte inferior dos frascos e potes e no interior das tampas.
São eles:
9
1.1-Polímeros
São materiais compostos por macromoléculas. Essas
macromoléculas são cadeias compostas pela repetição
de uma unidade básica, chamada mero, formada a
partir de monômeros.
Poli (muitos) + mero = POLÍMEROS
POLIETILENO
10
Podemos fazer uma analogia do
polímero, com uma corrente de
clipes, isto é, várias unidades
repetidas.
11
Por que este tipo de material é tão dominante
na nossa era?
• Leveza
• Flexibilidade
• Baixas Temperaturas de Processamento.
• Ajuste Fino de Propriedades através de Aditivação
• Baixas Condutividades Elétrica e Térmica
• Maior Resistência a Corrosão
• Reciclabilidade
• Alta resistência ao impacto
19
PCL
policaprolactona
2.1- Biodegradáveis sintéticos
O
OCH3
_
_ _
_
n
n
_
__
_
O
O
C H2 5O
O
OCH3
_
_ nO
_
_
C H2 5
POLI-HIDROXI ALCANOATOS-
Poliésteres bacterianos
PHB PHV PHB-co-PHV
biodegradáveis
biopolímeros,
bioplásticos
O_
_n
O_
_
CH
n
_
__
_
O
O 3 O
nO
_
_ _
_
O n
_
_
_
_
3CHO
OO
PCL PLA PGA PGLA
21
2- Classificação dos Polímeros
Quanto a: - Natureza da cadeia;
- Tipo de cadeia;
- Características de Fusibilidade;
- Comportamento Mecânico; e
- Desempenho Mecânico
2.1- Natureza da cadeia
Homopolímeros
Formados pela repetição de somente um
monômero.
Ex.: Polietileno (PE) , poliestireno (PS),
poli(acetato de vinila) (PVC).
Copolímeros
Formados por mais de um mero diferente na cadeia polimérica.
Ex.: SAN, NBR,SBR.
Quanto a distribuição de diferentes meros na cadeia se dividem em:
Copolímero aleatório/
randomico
Copolímero
Alternado
Copolímero em
bloco
Copolímero
grafitizado
A-A-B-A-B-B-A-A-B
A-B-A-B-A-B-A-B-A
SSSSSS-BBB BBB-SSS
~~~~A~~~~A~~~~A~~~~A~~~~
B~~~~~B~~~~~B ~~~~
Copolímero Grafitizado ou Enxertado Sobre a cadeia de um homopolímero
liga-se outra cadeia polimérica.
2.3- Características de Fusibilidade
Termoplásticos:
– Lineares ou ramificados que permitem fusão por aquecimento e
solidificação por resfriamento
São polímeros que podem ser repetidamente processados sob
aquecimento.
Exemplos: polietileno, PVC, poli(metacrilato de metila), polipropileno,
poliestireno, etc.
Termofixo ou termorrígidos
- São polímeros em rede ou reticulados.
Quando aquecidos e sob pressão, amolecem e fluem adquirindo a forma do
molde. Reagem quimicamente formando ligações cruzadas entre as
cadeias e se solidificam tornando-se infusível, não podendo ser remoldado
Exemplos: Resinas epóxi, baquelite (fenol-formol), uréia-formol resinas de
poliésteres
2.4- Comportamento Mecânico
Plásticos:
Se caracterizam pela capacidade de se tornarem fluidos e assim capazes
de serem moldados, por ação do calor e pressão.
Pouca elasticidade deformação predominantemente plástica
Termofixos Termoplásticos
Elastômeros ou borrachas:
– Grande elasticidade deformação predominantemente elástica
Podem deformar até duas vezes o seu comprimento original e retornam
ao comprimento original após a retirada do esforço, ou seja, recupera-se
rapidamente.
Tem recuperação total da deformação.
Fibras
– Possuem razão elevada entre o comprimento e as dimensões laterais e
é composto particularmente de macromoléculas lineares orientadas
longitudinalmente.
- Alta resistência à deformação e Baixa absorção de umidade
- L/D 100
2.5- Desempenho Mecânico
Esta classificação leva em conta o desempenho mecânico dos polímeros
quando usado em uma peças ou um item.
Plásticos de
especialidade
Plásticos
Convencionais
(commodities)
- Especiais
- De engenharia
- De engenharia especiais
Plásticos convencionais ou commodities
-São polímeros de baixo custo, baixo nível de exigência mecânica, alta
produção, facilidade de processamento.
- Correspondem a 90% da produção total de polímeros no mundo.
- Exemplos: PEAD, PEBD, PS (poliolefinas), PP, PVC.
Plásticos especiais
– São polímeros com um custo levemente superior aos convencionais com
algumas características um pouco melhores.
- Exemplos: Copolímero etileno-acetato de vinila (EVA), estireno-acrilonitrila
(SAN), PTFE, PMMA.
PTFE
PMMA
SAN
EVA
Plásticos de engenharia (TE)
– São polímeros utilizados para a confecção de peças com alto
desempenho para aplicações em dispositivos mecânicos (engrenagens,
peças para indústrias automobilísticas, eletrônicas,etc.
Exemplos: Poliamidas em geral, PET, PBT (poliésteres), Poliacetais
(POM), Policarbonato, copolímero de estireno-butadieno-acrilonitrila
(ABS).
Termoplásticos de engenharia especial (alto desempenho)
– São polímeros utilizados onde se exigem altas temperaturas.
- São utilizados polímeros com grande quantidade de anéis aromáticos para
aumentar a estabilidade térmica.
-Exemplos: Poliimidas, Poli-éter-eter-cetona
(PEEK), etc.
Poliimida
Filme de Poliimida (Utilizado no
mascaramento de placas de
circuito impresso e revestimento
de cabos expostos a altas
temperaturas (200ºC)
PEEK
As reações de polimerização são a junção de monômeros
iguais ou diferentes através de processos como adição e
condensação
Polímeros de adição
3- REAÇÕES DE POLIMERIZAÇÃO
Polímeros de condensação: formados a partir de monômeros iguais ou
diferentes, havendo eliminação de moléculas simples (H2O, NH3 etc).
3- REAÇÕES DE POLIMERIZAÇÃO
45
4- PROPRIEDADES FÍSICAS DE POLÍMEROS
Baixa densidade
Baixo ponto de amolecimento e fusão.
Grande deformabilidade (termoplásticos)
Baixa resistência
Baixa dureza
Isolantes térmicos
Resistem bem a degradação por produtos
inorgânicos e pouco a produtos orgânicos
46
4.1 - MASSA MOLECULAR (MOLAR) e
DISTRIBUIÇÃO DE MASSA MOLECULAR (MOLAR)
Os polímeros são formados de cadeias de vários
tamanhos, isto é, são polidispersos, dependendo
do processo de síntese.
A massa molecular de uma substância
macromolecular, é representada por um valor médio
da curva de distribuição.
48
Massa molecular média em número – Massa
total de todas as moléculas (1mol) / número total
de mol de moléculas presentes.
Ni – número de mol de espécies i
Mi – massa molecular de espécies i
Ni Mi – massa real de espécies i
é muito sensível à presença de uma fração
pequena de macromoléculas de baixa massa
molecular.
ii
iii
n N
MNM
49
Massa molecular média em massa – é uma
média ponderada, cada molécula contribui para
Mw na proporção do quadrado de sua massa.
Mw é sensível à moléculas mais pesadas.
Mw é sempre maior que Mn, exceto para polímeros
monodispersos (Mw/Mn=1).
W
MWMNMN
Mi
ii
ii
ii
w
2
50
4.3- CRISTALINIDADE
Gelo é um cristal, ordenado.
Cloreto de sódio (NaCl) é um cristal, ordenado.
Cl- Na+
Na+ Cl_
53
A maioria dos polímeros pode ficar assim, cadeias
esticadas. Ex: Polietileno (PE):
Ou assim, cadeias esticadas a curta distância e
dobradas
Podem, ainda formar pilhas de cadeias dobradas,
lamelas:
54
O cristal polimérico não é tão ordenado assim: parte
das cadeias faz parte da região cristalina da lamela e
parte faz parte da região amorfa:
57
POLIETIELENO - MODELO
PE semi-cristalino
Micela-franjada (Hermann, 1930)
Regiões
amorfas
Regiões cristalinas
Quanto mais simples a cadeia
maior a cristalinidade.
Maior a cristalinidade – maior
a densidade
Maior a cristalinidade – maior
a resistência mecânica
Maior a cristalinidade – maior
a resistência ao calor (ao
amolecimento)
Maior a cristalinidade – maior
a resistência à degradação.
(dissolução).
4.4- GRAU DE CRISTALINIDADE DEPENDE DA TAXA DE
RESFRIAMENTO DURANTE A SOLIDIFICAÇÃO E DA
CONFIGURAÇÃO DA CADEIA
60
Nenhum polímero é completamente
cristalino.
Se for cristalino: o material é forte, mas
quebradiço.
Se for amorfo: o material não é tão forte,
mas é flexível, é plástico.
61
Cl Cl Cl Cl Cl
Cl
Cl
Cl
Cl Cl Cl
a b c
PVC
PP
CONFIGURAÇÕES- Influência na cristalinidade e propriedades
polipropileno isotático
polipropileno atático
polipropileno sindiotático
62
POLÍMEROS
CRISTALINOS
polipropileno
poliestireno sindiotático
nylon
kevlar
policetonas
POLÍMEROS AMORFOS
Poli(metacrilato de metila)
poliestireno atático
policarbonato
poliisopreno
polibutadieno
63
PORQUE ALGUNS POLÍMEROS SÃO
CRISTALINOS E
OUTROS AMORFOS??
Dois fatores são importantes:
estrutura polimérica
forças intermoleculares
64
Se o polímero é regular e ordenado, ele empacota em cristais
facilmente.
poliestireno sindiotático poliestireno atático
ordenado sem ordem CRISTALINO AMORFO
66
Poliéster ( polietileno tereftalato):
Os grupos polares tornam os cristais mais fortes.
Os anéis se agrupam ordenadamente.
67
Poli( metacrilato de metila) (PMMA) e Cloreto de polivinila
(PVC) são amorfos.
Polipropileno (PP) e Politetrafluoretileno (PTFE) são muito
cristalinos
Polietileno (PE) pode ser cristalino (linear) ou amorfo
(ramificado)
PE linear PE ramificado
68
4.5- FORÇAS INTERMOLECULARES
FORÇAS DE DISPERSÃO LONDON OU INTERAÇÕES DE
VAN DER WAALS
LIGAÇÕES DE HIDROGÊNIO (H)
INTERAÇÃO DIPOLO-DIPOLO
71
LIGAÇÕES de H ou PONTES de H
Este tipo de ligação é um caso especial de ligação dipolo-dipolo, só ocorrendo entre moléculas polares.
H2O HF NH3
72
Elastômero (borracha) Poliisopreno ou borracha natural, polibutadieno, poliisobutileno
e poliuretanas são elastômeros, isto é, podem ser esticados e
retornar ao tamanho natural, sem sofrer deformação.
As cadeias poliméricas podem ser representadas de 2 maneiras:
como uma peça de elástico
emaranhada
alta entropia
esticada ou ordenada
baixa entropia
73
5- Transições térmicas
De acordo com a natureza da microestrutura dos polímeros eles
apresentam comportamentos diferentes quando tratados pelo calor.
O gráfico mostra esse comportamento das curvas de transição térmica
em função do volume específico e características amorfas,
semicristalina ou cristalina dos polímeros.
75
Polímeros vítreos ou elastoméricos?
Nem todos polímeros amorfos são
elastoméricos.
Porque?
Depende da TEMPERATURA DE TRANSIÇÃO
VÍTREA ou Tg:
Temperatura acima da qual o polímero se
torna flexível e elastomérico e abaixo da
qual se torna rígido ou vítreo.
76
Se um polímero amorfo tem a Tg abaixo da
Tambiente ele é um elastômero, pois é flexível
a Tambiente.
Se um polímero amorfo tem a Tg acima da
Tambiente ele é um termoplástico, pois é
rígido e vítreo a Tambiente.
78
O que torna a Tg alta ou baixa?
Como as cadeias poliméricas se movem?
Quanto mais facilmente uma cadeia se
move, menor é a energia necessária para
que o polímero passe do estado rígido ou
vítreo para o estado elastomérico ( de
borracha).
79
A mobilidade de uma cadeia
polimérica depende de:
flexibilidade da cadeia
grupos ligados à cadeia
80
O poli(dimetilsiloxano) tem uma Tg baixa: -1270 C.
Suas cadeias são tão flexíveis que este polímero é
líquido à temperatura ambiente e é utilizado como
espessante de shampoos e condicionadores.
FLEXIBILIDADE da CADEIA
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O poli(fenileno sulfona) é tão rígido que não
tem Tg. Decompõe acima de 5000 C, sem
passar por uma transição vítrea.
82
O poli(eter sulfona) tem a Tg mais baixa, 1900 C,
pois os grupos éteres tornam o polímero mais
flexível.
83
GRUPOS LIGADOS à CADEIA PRINCIPAL
Um grupo grande ligado à cadeia polimérica age
como uma âncora e limita o movimento das
cadeias.
Ex: poli(éter cetona), com adamantano
Tg = 255 0C
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Cadeias grandes abaixam a Tg, como um
plastificante faz.
Essas cadeias limitam o empacotamento
das cadeias, mais facilmente elas se
movem, mais espaço elas têm.
CADEIAS ALQUÍLICAS LIGADAS
Maior o volume livre, mais baixa é a Tg.
87
Compósitos de kevlar/grafite são utilizados em
estruturas de Boeings 757 e 767, em tacos de golfe,
esquis e mastros de navios.
POLIAMIDAS AROMÁTICAS (ARAMIDAS)
Introduzidas no mercado em 1961, pela Du Pont.
[poli(m-fenileno-
isoftalamida)]
[poli(p-fenileno
tereftalamida)].
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ARAMIDAS COMO FIBRAS
ARAMIDA TRANS, OS GRUPOS HIDROCARBONETOS
ESTÃO DE LADOS OPOSTOS DA LIGAÇÃO PEPTÍDICA
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POLÍMEROS NATURAIS QUITINA – é uma molécula complexa encontrada nos
crustáceos: caranguejos, siris, lagostas, camarões.
Também existe em insetos, fungos, cogumelos e minhocas.
Quitina
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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.
QUITOSANA
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Usado como laxante e espessante de shampoos e para
limpar melhor o cabelo, devido a formação de colóides ao
redor da sujeira.
Hidroxietilcelulose (HEC)
Hidroxietilcelulose