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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.
POLI = muitos MEROS = unidade de repetição
( C, H, N, O, S, Si, Cl, F)
Polietileno (polímero sintético)
representação esquemática da estrutura do mero
CH2 CH2CH2 CH2CH2 CH2 CH2 CH2
unidade do mero
(CH2 CH2)n Grau de polimerização
1.2 Definição
1.3 Classificação de polímeros quanto a ocorrência
Polímeros
Naturais SintéticosBorrachas
Madeira, algodão, lã,
couro, proteínas,
enzimas, amidos, celulose
Reação de polimerização
Matéria-prima (monômero)
Ex: Teflon, PVC
Obtenção de monômeros
Petróleo
Indústria Petroquímica
Conversão da materia-prima em monômeros
Indústria de Primeira Geração
Conversão dos monômeros em polímeros
Reação de adição ou em cadeia
CF2 CF2Catalizadores
(CF2 CF2)n
Matéria-prima: Monômero
1.4 Obtenção de polímeros sintéticos
Reação de policondensação ou em etapas
n H2N R NH2 + n HO C R C OH H(N R N C R’ C)n + (2n-1)H2O
diaminas diácidos poliamidas
Cadeias poliméricas• Funcionalidade
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.
Polietileno (PEAD ou PEBD)
Polipropileno (PP)
• Suas características são:
-Alta dureza;
-Resistente à tração;
Utilizado na confecção de capas, cordas, tubos, pára-choques 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 eaplicações dentre as quais destacamos:
O Teflon apresenta baixo coeficiente deatrito, 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 dapolimerização 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), fazendocom 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 PLA PGA PGLA
Poli(caprolactona) Poli(ácido lático) Poli(ácido glicólico) Poli(ácido glicólico-lático)
Polímeros: Ciência e Tecnologia, vol. 13, nº 1, p. 36-44, 2003
1.5 Classificação de polímeros quanto a sua fusibilidade
POLÍMEROS
Termoplásticos Termofixos
Solúveis e Fusíveis
Re-processados
Reciclagem
Insolúvel e Infusível
Nâo-reciclável
Elastômeros
Ex: PE, PP, PVC, outros...
Ex: resina Novolak, epóxi.
.
Ligação Intramolecular - Ligações Covalentes dentro da cadeia.
-
2.1 FORÇAS MOLECULARES EM POLÍMEROS
Ligação Intermolecular – Ligações Secundárias entre as moléculas
Forças de Van de Waals
Interação dipolo-dipolo
C
C
C
N C
N
Poliacrilonitrila
+
+
-
-
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.
COO
H
C
OHC
O
OHC
O
CHO O
C C
C
Ligações de Hidrogênio
Forças primáriasintramoleculares
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 físico-químicas (Tm, Tg, solubilidade...)
2.2 COMPOSIÇÃO DO MERO
Bloco:
Acaso:
-------------
Alternado:
Graftizadoou Enxertado
------ ------
------ ------
------ -------
Copolímeros
Monômeros (n ) --------------
Homopolímero
Classificação das características das moléculas poliméricas
-
Lineares
2.3 ESTRUTURA MOLECULAR: TIPOS DE CADEIAS
Exemplos: estireno e polimetilmetacrilato
-
Ramificadas
ESTRUTURA MOLECULAR
Ex: poliacetato de vinila
Cruzadas ou rede -
-
- -
ESTRUTURA MOLECULAR
Arranjos espaciais fixados por ligações químicas primárias
A) Encadeamento em polímeros
R R R R
R
R
Cabeça-cauda
R
R R R R
R
R
R
Encadeamento mistoCabeça-cabeça ou cauda-cauda
2.4 CONFIGURAÇÃO DA CADEIA POLIMÉRICA
CH2 HC
R
Carbono cabeçaCarbono cauda
B) Isomerismo espacial
Cis (poli-cis-isopreno)
NR
Trans (poli-trans-isopreno)
Gutta Percha
CH3
CH2
CH C
CH2
CH3CH2
CH C
CH2
H
H
H H
RR
C C C C
H
H
H
H
H H
RR
C C C C
H
H
Isotático
Sindiotático
Atático
H
H
H R
HR
C C C C C C C C
H
H
H
H
H R
HR
H
H
H
H
H R
HR
C C C C C C C C
H
H
H
H
H
R
HR
H H
C) Estereoisomerismo (taticidade)
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
Amorfo
Tg
Semicristalino
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?