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André Luis Bonfim Bathista e Silva Emerson Oliveira da Silva

Ano 2003

Conhecendo Materiais Poliméricos

Autores

André Luis Bonfim Bathista e Silva

Graduado em Licenciatura Plena em Física – ICET/UFMT

Aluno de Iniciação Científica do PIBIC/CNPq/UFMT – Departamento de Física Integrante do Grupo de Pesquisa em Novos Materiais

Emerson Oliveira da Silva

Graduado em Licenciatura Plena em Química – ICET/UFMT

Aluno de Iniciação Científica do PIBIC/CNPq/UFMT – Departamento de Química Integrante do Grupo de Pesquisa em Novos Materiais

Conhecendo Materiais Poliméricos

INTRODUÇÃO A POLÍMEROS5
1.1 INTRODUÇÃO5
1.2 CONCEITOS BÁSICOS DOS POLÍMEROS6
1.3 ASPECTOS ESTRUTURAIS10
1.4 NOMENCLATURA1
1.5 CLASSIFICAÇÃO14
POLIMERIZAÇÃO17
2.1 POLIMERIZAÇÃO17
2.2 TIPOS DE POLIRREAÇÕES17
2.3 TÉCNICAS DE POLIMERIZAÇÃO19
Polimerização em massa19
Polimerização em solução19
Polimerização em emulsão19
Polimerização em suspensão20
POLIMERIZAÇÃO INTERFACIAL20
APLICAÇÕES DE POLÍMEROS21
3.1 INTRODUÇÃO21
3.2 APLICAÇÃO DE POLÍMEROS NATURAIS21
2
3.2.2 Utilização da Celulose26
3.3 APLICAÇÃO POLÍMEROS SINTÉTICO35
3.3.1 Solubilidade de polímeros:36
NANOCOMPÓSITOS38
4.1 NANOCOMPÓSITOS38
CARACTERIZAÇÃO DE POLÍMEROS46
TÉCNICAS E APLICAÇÕES46
1 CROMATOGRAFIA DE PERMEAÇÃO EM GEL - GPC46
2 ANALISES TERMICAS47
3 PROPRIEDADES DE TRAÇÃO49
5.1 APLICAÇÃO DIFRAÇÃO DE RAIO X49
5.3 RESSONÂNCIA MAGNÉTICA NUCLEAR51

3.2.1 POLÍMEROS VERDES: Utilização de Amido na Produção de Plástico Biodegradável 3.2.3 Aplicações de Polímero Natural no Tratamento de Águas: Baba do Quiabo 30 5.3.1 Princípios Básicos........................................Erro! Indicador não definido.

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RESINAS E GOMAS NATURAIS62
6.1 INTRODUÇÃO62
RESULTADO DA SOLUÇÃO82
CONCLUSÃO83
REFERENCES84

4 APENDICE A..........................................................Erro! Indicador não definido.

1 INTRODUÇÃO A POLÍMEROS 1.1 INTRODUÇÃO

Neste capítulo trataremos dos conceitos básicos sobre polímeros, formas estruturais tais como conformações e taticidade, as quais influenciam no comportamento dinâmico mecânico do material polimérico.

A palavra polímero é utilizada para classificar moléculas orgânicas formadas por um grande número de unidades moleculares repetidas, denominadas meros. Mero significa partes e poli, muitos. Então o significado oriundo da palavra polímeros é muitas partes.

Hoje em dia, podemos dizer que vivemos na chamada era dos polímeros, uma vez que fica difícil imaginarmos a vida sem os fantásticos plásticos, borrachas e fibras que nos proporciona conforto. Desde o momento em que acordamos até a hora em que vamos dormir à noite para um merecido descanso (ou não) nos deparamos com artefatos poliméricos: colchão, escova de dente, embalagens, CDs, cartões de crédito, roupas, cadeiras, até mesmo dinheiro (algumas notas de R$ 10,0 são de plástico). Portanto, é evidente que os polímeros encontram destaque em nossa vida.

Os primeiros polímeros sintéticos resultaram da procura de substâncias que reproduzissem as propriedades encontradas nos polímeros naturais. Assim, a falta de borracha natural, no período da Segunda Guerra Mundial, motivou a pesquisa para obtenção de borracha Sintética (Buna S). Na tentativa de substituir a seda, descobriu-se a fibra de nylon (New York LONdon, em referência aos dois maiores mercados consumidores da época). Posteriormente, surgiram vários tipos de polímeros, que permitiram uma modificação muito grande nos costumes do mundo atual.

Fazendo uma análise sucinta desses materiais, verificamos que se tratam, na maioria, de produtos artificiais. Frutos da moderna e eficiente industria petroquímica. Mas se hoje é assim é porque os polímeros naturais existentes foram exaustivamente estudados até que a relação entre sua arquitetura molecular e suas propriedades fosse compreendidas. Apesar de atualmente ser mais viável economicamente comercializar polímeros sintéticos, os polímeros naturais ainda mantêm sua importância tanto prática quanto teórica. Ainda hoje a borracha natural mantém seu uso e se hoje existem grandes variedade de elastômeros (borrachas sintéticas) é devido ao entendimento que tiveram da arquitetura molecular da borracha natural. Percebemos então que os

Conhecendo Materiais Poliméricos responsáveis pela era dos polímeros são os cientistas pesquisadores que se aventuraram pelo desconhecido universo das estruturas moleculares desses materiais.

Os polímeros constituem matéria-prima para a confecção de artigos com a finalidade de atender as mais diversas áreas de utilização.

1.2 CONCEITOS BÁSICOS DOS POLÍMEROS

Polímeros são materiais que apresentam em sua estrutura molecular unidades relativamente simples que se repetem, ligadas entre si por ligações covalentes do tipo sp3 (13C-12C; 13C-13C; 14C-12C;...). Este tipo de ligação favorece uma grande estabilidade físicoquímica, formando longas cadeias e, portanto, resultando em compostos de alta massa molecular (Figura 1). Essas unidades que se repetem são conhecidas como meros ou unidades monoméricas. No entanto, existem polímeros que não possuem massa molecular muito elevada. Esses polímeros são chamados oligômeros. Para os polímeros que realmente possuem alta massa molecular (da ordem de 103 a 106 g/mol), usa-se a expressão alto polímero (high polymer).

O termo polímero vem do grego e quer dizer muitas partes, já o termo oligômero, também do grego, significa poucas partes.

Os polímeros, diferentemente das substâncias químicas de baixa massa molecular, são produtos heterogêneos, pois podem possuir uma mistura de moléculas de diferentes massas moleculares, apresentando, portanto, polimolecularidade.

O número de meros na cadeia polimérica é chamado grau de polimerização. Por via de regra, é simbolizado pela letra n. O produto do grau de polimerização n e da massa molecular da unidade monomérica Mu, é a massa molecular do polímero, como indica a equação abaixo:

upolnMM=

Quando existem tipos diferentes de meros na composição do polímero, este é designado copolímero. Se no entanto existirem três meros formando o polímero, pode-se chamá-lo de terpolímero. Já os polímeros que possuem somente um tipo de mero, podem ser chamados de homopolímeros.

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109º 28' sp3 sp3 sp3 sp3

Estado híbrido

Figura 1: Polímeros são materiais que apresentam em sua estrutura molecular unidades relativamente simples que se repetem, ligadas entre si por ligações covalentes do tipo sp3, formando longas cadeias e, portanto, resultando em compostos de alta massa molecular.

Quando na cadeia do copolímero houver alternância de segmentos formados pela repetição de cada um dos meros, tem-se um copolímero em bloco (Figura 2). Quando os blocos forem ramificações poliméricas introduzidas em um polímero anteriormente linear, tem-se um copolímero graftizado, Figura 2 (do inglês graft, ‘enxerto’), conforme o esquema abaixo, onde as letras representam meros.

A-A-A-B-B-B-A-A-A-B-B-B Figura 2: Esquema de um copolímero em bloco

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Figura 3: Esquema de um copolímero grafitizado

Dependendo das características físicas desejadas para formar materiais a partir de polímeros, faz-se necessária o controle da porcentagem de cada mero.

Em contraposição a expressão copolímero, usa-se o termo homopolímero para ressaltar a existência de apenas um tipo de mero. Quando à taticidade, ou seja, à orientação dos substituintes em relação ao plano formado pela cadeia principal (em ziguezague, devido a ligação sp3) de um polímero supostamente linear, tem-se:

a) polímeros isotáticos, em que as ramificações estão todas voltadas para um mesmo lado do plano.

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Alguns polímeros comerciais, tais como polipropileno isotático que tem uma estrutura regular, são denominadas cristalinos, embora eles sejam na realidade semicristalinos. Nesses polímeros são distinguidas duas regiões uma amorfa e outra cristalina na mesma macromolécula.

b) polímeros sindiotáticos, este é um polímero que apresenta uma alternância de orientação do substituinte em relação ao plano da cadeia.

c) polímeros atáticos, são polímeros que não possuem qualquer regularidade de orientação.

Um exemplo é o polipropileno atático, empregado para fazer borrachas escolares. Quanto aos tipos de encadeamento entre os monômeros, tem-se: encadeamento cabeça-cauda, cabeça-cabeça e cauda-cauda, predominando o primeiro, por razões estéricas. Veja a Figura 3 o esquema da polimerização envolvendo monômeros nos três tipos de encadeamento.

Conhecendo Materiais Poliméricos cabeça-cauda cabeça-cabeça cauda-cauda

Figura 3: tipos de encadeamento entre os monômeros: cabeçacauda, cabeça-cabeça e cauda-cauda, predominando o primeiro, por razões estéricas.

Monômero

Polímero

Homopolímero Copolímero Terpolímero

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