trabalho polímeros

trabalho polímeros

(Parte 2 de 3)

Polímeros de Adição

Polímeros de Condensação

Polímeros Naturais

Os polímeros naturais são: a borracha; os polissacarídeos, como celulose, amido e glicogênio; e as proteínas.

A borracha natural é um polímero de adição, ao passo que os polissacarídeos e as proteínas são polímeros de condensação, obtidos, respectivamente, a partir de monossacarídeos e aminoácidos.

A borracha natural é obtida da seringueira através de incisão feita em seu caule, obtendo-se um líquido branco de aspecto leitoso, conhecido atualmente por látex.

As cadeias que constituem a borracha natural apresentam um arranjo desordenado e, quando submetidas a uma tensão, podem ser espichadas, formando estruturas com comprimento maior que o original.

Vulcanização

O látex obtido da seringueira é precipitado, dando origem a uma massa viscosa que é a borracha natural. Essa borracha é prensada com o auxílio de cilindros, originando lâminas moles de pequena resistência e elasticidade. A utilização desse tipo de borracha é limitada, pois ela se torna quebradiça em dias frios e extremamente gosmenta em dias quentes.

Em 1839, Charles Goodyear descobriu que o aquecimento dessa massa viscosa com enxofre produzia um material bastante elástico, que praticamente não se alterava com pequenas variações de temperatura. A esse processo foi dado nome de vulcanização (Vulcano = Deus do fogo).

Na vulcanização, as moléculas de enxofre são rompidas, interagindo com as duplas ligações das cadeias que compõem a borracha.

O enxofre tem a propriedade de unir as várias cadeias que compõem o polímero, através das chamadas pontes de enxofre, diminuindo o número de insaturações. As pontes de enxofre também têm a propriedade de alinhar as cadeias de tal maneira que, quando o material é tencionado, ele não se deforma. Esquematicamente, temos:

Se a tensão for muito grande, poderá provocar a ruptura das cadeias. mesmo se tratando de borrachas vulcanizadas.

Aproximadamente 70% de toda borracha vulcanizada é utilizada para a produção de pneus, devido ao fato de ela ser elástica, praticamente indeformável e mais resistente às variações de temperatura e ao atrito. Os pneus de automóveis e caminhões são uma mistura de borrachas natural e sintética vulcanizadas, enquanto os pneus de aviões são constituídos de borracha natural vulcanizada.

A vulcanização da borracha é feita pela adição de 3% a 8% de enxofre à borracha. Aumentando a percentagem de enxofre, ocorrerá um aumento do número de pontes de enxofre, diminuindo a sua elasticidade. Quando essa percentagem atinge valores próximos a 30%, obtém-se uma borracha denominada ebonite, que é rígida e apresenta grande resistência mecânica, sendo empregada como isolante eléctrico e na produção de vários objectos, como pentes. vasos etc.

Polímeros de Adição

 Os polímeros de adição obtêm-se a partir de monômeros que contêm uma ou várias duplas ligações.

 

 O resultado da polimerização de uma só classe de monômeros é um homopolímero. Se polimerizam juntos dois monômeros distintos obtém-se um copolímero.

 O cloreto de vinilo utiliza-se para obter o policloreto de vinilo, que é um dos polímeros de adição de maior consumo. O metacrilato de metilo polimeriza-se originando um polímero com excelentes propriedades ópticas, que se utiliza para fabricar lâminas transparentes e lentes de contacto. Para obter as lâminas de plexiglass controla-se a polimerização até que tenha a consistência de um xarope e verte-se a massa num molde ou entre duas lâminas de vidro verticais.

 O estireno ou vinilbenzeno copolimeriza-se com o butadieno para se obter a borracha sintética. O copolímero obtido consome-se em grandes quantidades na fabricação de pneus.

 O acrilonitrilo polimeriza-se em soluções aquosas. O homopolímero obtido pode-se utilizar como fio nas fibras na fabricação de tecidos.

Polímeros de Condensação

 Entre os polímeros de condensação destacam-se as poliamidas, como o nylon. A etapa que controla a polimerização é a eliminação de água entre um ácido e uma amina para formar uma ligação amídica. Para preparar o nylon 6,6 aquece-se a 270ºC uma mistura de ácido adípico e hexametilenodiamina sob uma pressão de 10 atm. A operação prossegue com o aquecimento, a pressão reduzida, para eliminar os últimos resíduos de água e por último extrai-se o polímero fundido e esfria-se.

 De modo análogo obtêm-se os poliésteres, condensando um ácido com um éster ou também mediante reações de transesterificação. Na fabricação desta classe de polímeros empregam-se frequentemente o ácido terftálico e os seus ésteres, que se fazem reagir com etilenoglicol eliminando-se um álcool de baixo peso molecular. Inicialmente produz-se um monómero que contém duas unidades de etilenoglicol, o qual por aquecimento a 280ºC, perde etilenoglicol e leva o éster final a polimerizar-se. O polímero obtido utiliza-se como fio na indústria têxtil como Dacron ou Terylene.

 Outros polímeros de condensação importantes são os poliuretanos, empregados para fabricar espumas de almofadas e almofadões. O grupo uretano obtém-se por reação de um isocianato com um álcool. As espumas de poliuretano formam-se a partir de um polímero inicial com grupos hidroxilo terminais aos quais se acrescenta diisocianato para formar as uniões poliuretano. Durante a reação efetua-se uma adição controlada e água para produzir dióxido de carbono que atua como agente espumante.

Aplicações/conseqüências

Polímeros Condutores

Polímeros condutores são materiais orgânicos do tipo plásticos, geralmente derivados do petróleo, que conduzem eletricidade. Estes materiais são tão importantes que garantiram aos principais pesquisadores da área o Prêmio Nobel da Química de 2000.           Sabe-se que os plásticos e os polímeros orgânicos, em geral, são isolantes elétricos. Mas os polímeros condutores são diferentes. Uma corrente elétrica é um fluxo de elétrons, isto é, pequenas partículas subatômicas carregadas, deslocando-se dentro de um material. Estes elétrons que se podem  deslocar são pertencentes às camadas mais externas de cada átomo, e por isso são os elétrons envolvidos nas ligações entre os átomos. O tipo de ligação química determina a disponibilidade de deslocamento destes elétrons. A ligação metálica permite o fácil deslocamento deles e os metais são usados como condutores elétricos há mais de um século. As ligações covalentes que ocorrem nos polímeros são feitas através de pares de elétrons localizados entre os dois átomos e com barreiras de energia potencial que impedem o seu deslocamento pelo material. Há, entretanto, várias exceções. O grafite, por exemplo, é um material composto apenas por átomos de carbono ligados entre si por ligações covalentes simples e duplas, alternadas. Um átomo pode desfazer a ligação dupla com um vizinho e refazê-la com outro. Assim, ele recolhe o elétron que era compartilhado com um vizinho e compartilha-o com outro. Ou seja, a carga elétrica  desloca-se dentro do material. A grafite é um condutor elétrico, mas tem o inconveniente de ser frágil e quebradiça. A indústria deseja condutores de baixo custo, não poluentes, de baixa densidade, que possam ser moldados em vários formatos ou obtidos na forma de fios e principalmente com alta condutividade elétrica. Os polímeros condutores apresentam sequências de átomos de carbono ligados a átomos de hidrogênio e também entre si por ligações simples e duplas (fig.1).

 

                                                              Fig.1-Ligações simples  e duplas entre átomos de carbono e                                                             hidrogênio.

 

 

As ligações duplas implicam que cada átomo de carbono tenha um orbital não híbrido do tipo p. Estas orbitais formam a segunda ligação da dupla, que pode ser feita com um ou outro vizinho. O elétron deste orbital pode então deslocar-se ao longo da sequência de átomos de carbono, isto é, ao longo da molécula, colaborando para a corrente elétrica.  Vários destes polímeros já estão a ser usados. Um dos mais famosos é a polianilina (fig.2), derivada da mesma substância usada como corante em

 

 

                                                                                                       Fig.2- Molécula de polianilina.

 

doces. Ela pode ser usada em cabos coaxiais, em baterias recarregáveis, na forma de lâminas (filmes) finas e em telas de televisores e de monitores de computador.

Outro polímero condutor eficiente é o polipirrol que contém átomos de nitrogénio contribuindo para a condutividade. Ele é usado em "janelas inteligentes" pois, sob luz de sol forte, pode passar de amarelo-esverdeado transparente para azul escuro opaco. O polipirrol (fig.3) não reflecte microondas e por isso é usado em roupas de camuflagem para evitar a detecção por radares.

 

 

                                                                                                                Fig.3-Molécula  de polipirrol.

 

Filmes finos de poli-p-fenilenovinileno (PPV), (fig.4) emitem luz quando expostos de um campo eléctrico. Variando a composição do polímero, as emissões de luz ocorrem em várias cores.

 

                                                                   Fig.4-Molécula de PPV.

 

Provavelmente no futuro, o jornal do dia não será mais um pacote de papel, mas um filme de polianilina enrolado como um canudinho, que será ativado por um microprocessador, para ser lido e recarregado com as notícias do dia seguinte, evitando o lixo e o corte de árvores usadas na produção da celulose.

Polímeros nos plásticos  

Nas últimas décadas, os avanços tecnológicos na área de embalagens plásticas levaram ao aparecimento de polímeros barreira, plásticos resistentes a altas temperaturas e novos processos de conversão e transformação, o que resultou em embalagens plásticas com excelente desempenho e baixo custo. Ao mesmo tempo, os consumidores têm buscado melhor qualidade, maior frescor, mais segurança e conveniência dos alimentos acondicionados. A indústria de alimentos e aquelas ligadas ao sector de embalagens não podem ficar alheias a essas inovações tecnológicas e às preferências dos consumidores.

Polímeros e o ambienteO plástico é responsável por grandes volumes de lixo de degradação lenta mas, ao substituir materiais de origem vegetal, reduz a destruição de florestas e , por ser leve, o seu transporte economiza combustível, A sua combustão gera mais energia do que a do carvão, embora cause poluição. A reciclagem avança, mas tem custo elevado, devido à tributação, entre outros motivos.

Até a década de 60, a indústria de plásticos era associada apenas com problemas ambientais relacionados ao processo de produção, que em princípio podem ser controlados com manutenção eficiente e tecnologias adequadas. Entretanto, o grande crescimento do consumo de plásticos, acelerado pelo seu crescente uso em produtos de curta duração, acabou por transformar os próprios produtos plásticos num problema ambiental , ao gerar enormes volumes de lixo que se degradam muito lentamente, têm um impacto visual muito negativo e cuja gradual decomposição, em certos casos, origina substâncias nocivas e muito duradouras. Em países como os Estados-Unidos o consumo de plásticos chega aos 85 kg por habitante e Japão onde chega aos 100Kg ainda se torna ainda mais preocupante.

Por outro lado os plásticos, ao substituírem materiais mais pesados (metais, vidro, cerâmica…) podem contribuir para economizar energia e reduzir a queima de combustíveis ao reduzirem o peso de veículos ou da sua carga; ao substituir papel e madeira, podem reduzir a destruição de florestas. A isso se soma a conveniência prática e económica e, por vezes, também higiénica e sanitária do uso de plásticos descartáveis (como em seringas hipodérmicas). Tudo isso contribui para matizar as críticas aos plásticos e incentivar a busca de meios para conciliar seu uso com as exigências ambientais.

Apesar das embalagens plásticas representarem uma pequena fracção do lixo sólido (7%), chama, no entanto a atenção, mais do que outros materiais ,resumidamente ,devido aos seguintes factores

 

a)      Descartabilidade, que leva os produtos acondicionados em embalagens plásticas serem preferidos pelo consumo fora do ambiente residencial, ou seja, em lugares públicos;

b)      Resistência à degradação;

c)      Leveza, que os faz flutuar em lagos ou cursos de água;

d)      Densidade baixa, gerando grandes volumes.

 

O PVC e o ambiente

Dos plásticos comuns, o PVC é o maior problema ambiental. É o mais resistente à degradação (em condições normais, pode durar 400 a 500 anos ) e a sua combustão ou lenta  decomposição – como a de qualquer outro produto orgânico clorado – pode gerar dioxinas e milhares de outras substâncias de propriedades mal conhecidas, mas capazes de permanecer décadas ou séculos no ambiente, o que também ocorre como plastificantes que tornam o PVC utilizável

As fontes de solução para evitar poluição por lixo Sólido

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