POLÍMEROS Características e Propriedades. JESSICA GALVAN VANESSA ISHIBASHI RENAN SANTOS Prof. Dr. Umberto Klock AT113 – Química da madeira II

CONCEITO Do grego poli (muitos) e mero (unidade de repetição) Macromolécula composta por dezenas de milhares de meros , ligadas por ligação covalente.

Monômeros = moléculas menores com bifuncionalidade (dois pontos reativos). Fonte: CARAM, 2006

A união de monômeros cria um polímero. Carbono, Oxigênio, Hidrogênio e Nitrogênio, formam as principias classes de polímeros.

NOMENCLATURA IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry). Prefixo “poli” + (Nome monômero “abc”) = poli(abc). Quando o nome do monômero for uma expressão. Ex.: Poli(tetrafluoretileno) Poli (cloreto de vinila) Polietileno Polipropileno

Polímeros sintéticos muitas vezes são representados por nomes comerciais ou siglas. Ex.: Poli(tetrafluoretileno) = Teflon Poli (acetato de vinila) = PVA Polipropileno = PP Poli (etileno teraftalato) = PET Poli (cloreto de vinila) = PVC

TIPOS DE POLIMEROS POLÍMEROS SINTÉTICOS TERMOFIXOS TERMOPLÁSTICOS ELASTÓMEROS ARTIFICIAIS NATURAIS

Polímeros naturais: macromoléculas encontradas naturalmente na natureza Ex.: Celulose, Proteínas, Amido, Borracha natural (látex)

Polímeros Artificiais ou semi-sintéticos: obtidos por de reações químicas a partir de polímeros naturais. Ex.: Óleo de mamona (Nylon 11 e poliuretano) Óleo de soja (Nylon 9)

Hulha ou Carvão Mineral: destilação seca

Petróleo: destilação fracionada

Polímeros sintéticos Elastômeros; Termoplásticos; Termofixos.

TIPOS DE CADEIA Cadeias Lineares: Apenas uma cadeia principal; Monômeros bifuncionais; Termoplásticos. Fonte: CARAM, 2006

Cadeia principal com prolongamentos; Cadeias Ramificadas: Cadeia principal com prolongamentos; Composta por monômeros iguais ou diferentes da cadeia principal. Fonte: CARAM, 2006

Cadeias com ligações cruzadas: Cadeias poliméricas ligadas entre si; Polímeros de alta densidade (termofixo) e baixa densidade (borracha vulcanizada). Fonte: CARAM, 2006

PESO MOLECULAR Tamanho médio das cadeias e sua distribuição. Peso molecular médio: 103 a 106 g/mol. Os polímeros são caracterizados principalmente por seu peso molecular.

Fonte: FELIPETTO(2006)

ESTRUTURA QUÍMICA Cadeia carbônica: somente átomos de carbono Ex.: poliolefinas, polímeros dienos, polímeros estirênicos, polímeros clorados, polímeros fluorados polímeros acrílicos .

Cadeia heterogênea: carbono + outros átomos na cadeia principal. Ex.: poliéster, policarbonato, poliamidas, poliuretanos, aminoplásticos, derivados da celuloses, siliconas

MÉTODOS DE PREPARAÇÃO ADIÇÃO PONTOS REATIVOS DO MONÔMERO SURGEM DA RUPTURA DA LIGAÇÃO DUPLA C=C E FORMAÇÃO DE DUAS LIGAÇÕES NÃO EXISTE A FORMAÇÃO DE SUBPRODUTOS OCORRE EM TRÊS ETAPAS: INICIAÇÃO: APLICAÇÃO DE CALOR, LUZ, PRESSÃO OU CATALIZADOR PARA A RUPTURA DE LIGAÇÕES DUPLAS PROPAGAÇÃO: CRESCIMENTO DE CADEIAS POLIMÉRICAS TÉRMINO: DESAPARECIMENTO DE PONTOS REATIVOS Ex.: polipropilenos (PP), policloreto de vinila (PVC) Fonte: PACHEKOSKI, 2010

MÉTODOS DE PREPARAÇÃO POLÍMEROS DE ADIÇÃO Fonte: ALMEIDA, 2004

MÉTODOS DE PREPARAÇÃO POLÍMEROS DE ADIÇÃO Fonte: http://polimeros.no.sapo.pt/tipos.htm

MÉTODOS DE PREPARAÇÃO CONDENSAÇÃO Ex.: nylon e poliésteres Se os grupos funcionais se localizarem apenas nas extremidades das moléculas intervenientes, formar-se-ão polímeros lineares; se alguns dos grupos funcionais não estiverem localizados nas extremidades, formar-se-ão polímeros ramificados ou mesmo reticulados, havendo ainda a possibilidade da formação de estruturas cíclicas por reacção intramolecular entre grupos funcionais. Ex.: nylon e poliésteres Fonte: PACHEKOSKI, 2010

MÉTODOS DE PREPARAÇÃO POLÍMEROS DE CONDENSAÇÃO Fonte: ALMEIDA, 2004 Se os grupos funcionais se localizarem apenas nas extremidades das moléculas intervenientes, formar-se-ão polímeros lineares; se alguns dos grupos funcionais não estiverem localizados nas extremidades, formar-se-ão polímeros ramificados ou mesmo reticulados, havendo ainda a possibilidade da formação de estruturas cíclicas por reacção intramolecular entre grupos funcionais. Fonte: ALMEIDA, 2004

COPOLÍMEROS Macromolécula contendo dois ou mais tipos de monômeros em sua estrutura. Podem ser: Fonte: CARAM, 2006

COPOLÍMEROS Fonte: wwww.qmc.ufsc.br

COPOLÍMEROS Copolímero de Inserção Fonte: wwww.qmc.ufsc.br

COPOLÍMEROS Fonte: ALMEIDA, 2004

COPOLÍMEROS Fonte: ALMEIDA, 2004

CONFIGURAÇÃO DAS CADEIAS ENCADEAMENTO Fonte: FELIPETTO, 2003

CONFIGURAÇÃO DAS CADEIAS ISOMERIA CIS TRANS EM DIENOS ADIÇÃO 1, 4 CIS E TRANS ADIÇÃO 1,2 ASSIMÉTRICO A borracha natural é um polímero natural que devido ao arranjo irregular cis dá origem a um 11 polímero amorfo. A forma trans do poliisopreno apresenta uma estrutura mais regular, sendo possível a formação de uma estrutura cristalina. Assim sendo, a gutta-percha ou bálata é uma resina cristalina natural com temperatura de fusão e rigidez mais altas do que a forma cis. Fonte: ALMEIDA, 2004

CONFIGURAÇÃO DAS CADEIAS TATICIDADE Fonte: FELIPETTO, 2003

ZONA CRISTALINA E AMORFA . Devido às fortes interações intermoleculares, os polímeros semicristalinos são mais duros e resistentes; como as regiões cristalinas espalham a luz, estes polímeros são mais opacos. O surgimento de regiões cristalinas pode, ainda, ser induzido por um "esticamento" das fibras, no sentido de alinhar as moléculas. Em baixas temperaturas, as moléculas de ambos os polímeros vibram com baixa energia; eles estão "congelados" em uma situação do estado sólido conhecida como "estado vítreo". Na medida em que o polímero é aquecido, entretanto, as moléculas vibram com mais energia e uma transição ocorre: do estado vítreo para o estadorubbery. Neste estado, o polímero possui um maior volume e uma maior dilatação térmica e maior elasticidade. O ponto onde esta transição ocorre é conhecido como temperatura de transição vítrea, e está denotado no gráfico como Tg. Quando aquecidos, os polímeros podem vir a derreter. A temperatura de fusão dos polímeros é indicada, no diagrama, como Tm. No estado líquido, os polímeros podem ser moldados ou divididos em micro-fibras, por exemplo. Somente alguns polímeros podem ser derretidos, e são chamados de termoplásticos. Fonte: wwww.qmc.ufsc.br

PROPRIEDADES Quanto maior o comprimento da molécula, maior a resistência mecânica e maior a resistência ao calor; Baixa densidade (adequados para a fabricação de componentes de baixo peso); Baixas temperaturas de fusão/amolecimento (fácil processamento, mas baixas temperaturas de utilização); Facilidade em se deformarem;

PROPRIEDADES Baixa condutividade térmica (muito baixa no caso dos polímeros expandidos); Elevada resistividade elétrica; Transparência quando obtidos no estado amorfo; Elevada resistência química (muito resistentes a quase todos os tipos de ácidos e bases);

MATERIAIS POLIMÉRICOS CLASSIFICAÇÃO DOS POLÍMEROS:

MATERIAIS POLIMÉRICOS PLÁSTICO Um material sólido na temperatura ambiente Fonte: google imagens

MATERIAIS POLIMÉRICOS TERMOPLÁSTICO  Sob efeito de temperatura amolecem e fluem Ex: PE, PP e PVC. Fonte: google imagens

MATERIAIS POLIMÉRICOS TERMOFIXO  Reagem quimicamente formando ligações cruzadas Ex: baquelite, adesivo epóxi Fonte: google imagens

MATERIAIS POLIMÉRICOS FIBRAS Termoplástico orientado (com sentido longitudinal ao eixo principal da fibra). Ex: Nylon, poliester Fonte: google imagens

MATERIAIS POLIMÉRICOS ELASTÔMEROS São polímeros que, na temperatura ambiente, podem deformar-se no mínimo duas vezes o seu comprimento inicial, retornando ao comprimento original rapidamente. Ex: : BR (polibutadieno), NR (borracha natural) Fonte: google imagens

MATERIAIS POLIMÉRICOS TERMOPLÁSTICOS TERMOFIXOS ELASTÔMEROS Cadeias lineares ou ramificadas Estrutura reticulada Reticulações ocasionais Amolecem quando aquecidos Infusíveis e insolúveis Grande elasticidade Recicláveis Moldados apenas durante a reticulação

MATERIAIS POLIMÉRICOS CLASSIFICAÇÃO QUANTO AO DESEMPENHO MECÂNICO Neste tipo de classificação os materiais poliméricos podem ser divididos em: → Termoplásticos convencionais → Termoplásticos de uso industrial → Termoplásticos de engenharia → Termoplásticos de alta performance

MATERIAIS POLIMÉRICOS DEGRADABILIDADE O processo de biodegradação se dá através da ação de micro-organismos, → São muito resistentes à degradação no meio ambiente, → É necessário mais de cem anos para que ocorra a degradação total, → Uma solução seria a produção de polímeros biodegradáveis através de polímeros naturais (amido e celulose).

MATERIAIS POLIMÉRICOS RECICLAGEM O processo de reciclagem mecânica de plásticos não é simples, → Devem ser separados por tipos de plásticos, → A maioria dos plásticos são misturas de vários plásticos, → Esses devem ser separados, lavados, triturados e adicionados a percentagens de matéria virgem, → Reciclagem energética e química não necessitam da separação dos plásticos.

MATERIAIS POLIMÉRICOS MADEIRA PLÁSTICA Vantagens: Durabilidade superior, imunidade ao ataque de fungos e cupins, resistência a umidade e rachadura, é impermeável, não exigi nenhum tipo de manutenção, fácil manuseio e auxilia o meio ambiente. Usos: Pode ser utilizada em praticamente todos os lugares onde se utiliza a madeira comum. O processo de produção exige o conhecimento nas áreas de misturas poliméricas e de processamento de polímeros

MATERIAIS POLIMÉRICOS MADEIRA PLÁSTICA Estas misturas podem ser feitas com serragem, resíduos de algodão, papel, pneus, fibra de vidro, fibra de coco babaçu, bagaço de cana-de-açúcar, palha de arroz ou até mesmo 100% plástico. Fonte: google imagens

REFERÊNCIAS ALMEIDA, P. M. M. C. ; MAGALHÃES, V. H. S., Polímeros. Universidade de Fernando de Pessoa, Porto: 2004. CANEVALORO JR, S. V. Ciência dos Polímeros: um texto básico para tecnólogos e engenheiros. São Paulo: Artliber Editora, 2002.    CARAM, R. Estrutura e Propriedades dos Materiais Poliméricos. Disponível em < http://www.fem.unicamp.br/~caram/8.%20MATERIAIS%20POLIMERICOS%20GRAD.pdf> Acesso em maio de 2012.  FELIPETTO. E. Processamento de Polímeros. Departamento de Engenharia Mecânia e Mecatrônica - Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul, 2003. Disponível em < http://www.tifnet.com.br/disciplinas/polimeros_aula_01.pdf> Acesso em maio de 2012.

REFERÊNCIAS HADDAD, M.; SAMPAIO, R. de A. Polímeros – propriedades, aplicações e sustentabilidade na construção civil. Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, 2006. Disponível em < http://pcc5726.pcc.usp.br/Trabalhos%20dos%20alunos/Polimeros.pdf> Acesso em maio de 2012.    PACHEKOSKI, W. M. Classificação dos Polímeros. Disponível em < http://xa.yimg.com/kq/groups/24030724/1437782433/name/Classifica%C3%A7%C3%A3o+dos+pol%C3%ADmeros.pdf> Acesso em maio de 2012. PAULA, R.M. de; COSTA, D.L. Madeira plástica: aliando tecnologia e sustentabilidade. XII Encontro Latino Americano de Iniciação Científica e VIII Encontro Latino Americano de Pós-graduação – Universidade do Vale do Paraíba. Polímeros e Materiais Poliméricos. Disponível em < http://educa.fc.up.pt/ficheiros/noticias/69/documentos/108/Manual%20Pol%A1meros%20e%20Materiais%20polimericos%20NV.pdf> Acesso em maio de 2012.