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• Mano, E.B. Introdução a Polímeros. 3d. São Paulo: Edgard Blucher, 1988.

• Encyclopedia of Polymer

Conhecendo Materiais Poliméricos

2 POLIMERIZAÇÃO 2.1 POLIMERIZAÇÃO

Os polímeros mais importantes atualmente, do ponto de vista prático e econômico, são os sintéticos. No entanto, diferentemente dos polímeros naturais, eles não são encontrados prontos para que possamos adaptá-los para o nosso uso. Eles devem, como o próprio nome diz, serem sintetizados.

Para que uma substância micromolecular possa dar origem a um polímero (substância macromolecular) é necessário que ela possua funcionalidade igual a 2 ou mais. Em outras palavras, a molécula deve possuir, ao menos, dois sítios ativos que possam permitir o crescimento da cadeia polimérica. Por exemplo, uma molécula de eteno possui uma dupla ligação. Essa região insaturada possui funcionalidade 2, pois permite o crescimento da cadeia polimérica. O eteno é, portanto, um monômero que dará origem a um polímero: o polietileno. Outro exemplo interessante é a micromolécula de óxido de etileno que dará origem ao poli(óxido de etileno).

O processo que transforma quimicamente o monômero em polímero é chamado de polimerização.

Monômeros Polimerização Polímero

2.2 Tipos de polirreações

A polimerização pode ocorrer de duas formas principais de polirreações que apresentam mecanismos reacionais distintos: a poliadição e a policondensação.

A polimerização por adição, também denominada polimerização em cadeia, consiste na adição de uma molécula a outra através da utilização de ligações insaturadas. Por exemplo, o polietileno é formado por sucessivas adições de unidades CH2=CH2 (monômero) à cadeia polimérica em crescimento. O desenvolvimento da cadeia pode ser iniciado pela introdução de um radical livre ou íon que, adicionado a uma molécula de monômero insaturado, gera uma espécie ativa, que por reações sucessivas com outras moléculas do monômeros da origem à cadeia polimérica. Essa fase de

Conhecendo Materiais Poliméricos crescimento da polimerização ocorre a uma velocidade muito grande. Finalmente ocorre a terminação da polimerização que consiste na interrupção do crescimento da cadeia e pode ser por:

(a) Combinação bimolecular de cadeias em crescimento; (b) Desproporcionamento, através de transferência de átomos de hidrogênio de uma cadeia em crescimento para outra; (c) Transferência de cadeia, através da transferência de átomos de hidrogênio ou outro elemento, proveniente do solvente, monômero, iniciador, polímero acabado ou de outra molécula estranha à cadeia em crescimento; (d) Combinação de dois ou mais dos processos acima citados.

Se duas espécies diferentes de monômeros são utilizadas como materiais de partida, pode ocorrer copolimerização, com possibilidade de formação de uma grande variedade, dependendo das proporções dos monômeros no produto.

A polimerização por condensação é um tipo de polirreação que ocorre pela eliminação de uma molécula menor e a formação de ligação entre dois monômeros, cada um contendo dois grupos, de modo que a reação possa ocorrer repetidamente produzindo uma macromolécula.

Nesse caso, como não existe diferença de reatividade em relação aos monômeros dos grupos terminais da cadeia, em qualquer fase do seu crescimento, temse uma evolução uniforme, sem as etapas distintas que caracterizam as poliadições. Os mesmos efeitos observados, quando da adição de um ácido mineral, na velocidade de substituição nucleofílica da hidroxila de um ácido por um grupo alcóxido, serão sentidos na velocidade de formação de um polímero que envolva essa mesma reação sucessivamente.

A funcionalidade dos monômeros (número de centros ativos) será responsável pela existência ou não de ramificações nas cadeias poliméricas, Assim, um glicol e um diácido darão um poliéster essencialmente linear, enquanto que se o álcool for o glicerol, que contém três hidroxilas, tem-se um polímero necessariamente ramificado e, provavelmente, com ligaçoes cruzadas formando um retículo.

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2.3 Técnicas de Polimerização

O desenvolvimento das técnicas de polimerização é impulsionado pela necessidade de se obter polímeros de composição ótima (isentos de impurezas) no menor tempo. Industrialmente empregam-se quatro técnicas de polimerização: em massa, em solução, em emulsão e em suspensão. As duas primeiras passam em sistema homogêneo e as duas últimas em heterogêneo. Existe ainda a técnica de polimerização interfacial, porém ainda não foi empregada industrialmente.

2.3.1 Polimerização em massa

É grandemente aplicada em policondensações industriais em que as reações são apenas moderadamente exotérmicas e o aumento da viscosidade do meio é lento, permitindo agitação, transferência de calor e eliminação de bolhas. No caso de monômeros Vinílicos, sua aplicação é mais difícil, pois as reações são fortemente exotérmicas e a viscosidade aumenta muito logo no início da reação, dificultando a agitação e levando à formação de pontos superaquecidos. Exceto na preparação de placas moldadas, principalmente de poli(metacrilato de metila), esta técnica é pouco usada para polímeros vinílicos. Sua grande desvantagem é a pureza do polímero acabado, já que o monômero atua como o próprio solvente da reação.

2.3.2 Polimerização em solução

Nesse caso usa-se um solvente para os monômeros, que poderá ou não dissolver também o polímero. A Homogeneização de temperatura, obtida pela facilidade de transferência de calor, é a principal vantagem dessa técnica. O retardamento da reação pelo solvente e a dificuldade de sua remoção do polímero, que pode provocar bolhas e rachaduras nos artefatos acabados, são as principais limitações. Essa técnica pode ser empregada tanto em policondensação como em poliadições.

2.3.3 Polimerização em emulsão

Nessa técnica é empregado um sabão para emulsificar os monômeros em um não solvente, que geralmente é a água. Um iniciador hidrossolúvel, como o persulfato

Conhecendo Materiais Poliméricos de potássio, é responsável pela formação de radicais livres, que completam a iniciação, reagindo com moléculas de monômeros que se encontram dispersas na fase aquosa:

Como a tendência do emulsificante é de formar micelas (de 1mµ a 1µ de diâmetro), cuja parte interna é constituída pelas cadeias apolares das moléculas de sabão, esta será a região preferida pelas moléculas do monômeros, também apolares.

Uma vez completada a iniciação, o radical migra para o interior das micelas, havendo aí a propagação. A polimerização em emulsão é grandemente empregada para poliadições, pois apresenta vantagens de fácil controle de temperatura, de conduzir a elevadas e homogêneas MMs e de rápida e alta conversão com fácil agitação, por não haver aumento de viscosidade. Tem como desvantagem a dificuldade de remoção completa do emulsificante, o que restringe as aplicações do material.

2.3.4 Polimerização em suspensão

Tem também aplicação industrial, sendo o meio reacional constituídos de monômeros, um iniciador neles solúvel e água. Agitação vigorosa faz com que se formem gotículas do monômero (0,01-0,50 cm), onde ocorre a polimerização. É comum o uso de estabilizadores de emulsão, que podem ser eletrólitos, para aumentar a tensão interfacial entre as fases. Ao final da reação, cessada a agitação, precipitam as ‘pérolas’ do polímero. Esse método é empregado comercialmente na preparação do poliestireno, poli(metracrilato de metila), poli(cloreto de vinila), poli(cloreto de vinilideno) e poliacrilonitrila.

2.3.5 Polimerização interfacial.

Ocorre quando a reação é conduzida na interface de dois solventes, cada um contendo um dos monômeros. Altas MMs podem ser obtidas usando-se essa técnica, e o polímero removido pelo estiramento lento e contínuo do filme que se forma entre as duas camadas liquidas, ou então por agitação, que produz gotículas dispersas, em cuja superfície ocorra a reação de polimerização. A reação de uma diamina solúvel em água com um cloreto de diácido na fase orgânica é um exemplo típico em que essa técnica pode ser aplicada.

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3 APLICAÇÕES DE POLÍMEROS 3.1 INTRODUÇÃO

A princípio todos os polímeros são materiais isolantes, à medida que o dopamos, façamos com que este conduza impulsos elétricos. A utilidade de alguns polímeros depende principalmente de suas propriedades elétricas, as quais os torna adequados para isolamento elétrico, em capacitores dielétricos, ou radomes de microondas. Em algumas aplicações, tais como janelas ou na camada adesiva entre os vidros de janelas de veículos (vidros de segurança), as propriedades ópticas são importantes. Plásticos e elastômeros usados como implantes cirúrgicos em tecidos humanos devem ter comportamento bioquímico apropriado (devem ser inertes ou possuírem decomposição controlada, além de apresentarem ausência de reações de rejeição pelo corpo humano). Propriedades térmicas podem ser de importância predominante em polímeros que encontram aplicação em isolação térmica.

3.2 APLICAÇÃO DE POLÍMEROS NATURAIS

A quantidade de polímeros naturais que existem na terra excede, de longe, os milhões de toneladas de polímeros sintéticos que o homem tem produzido na indústria moderna.

O principal constituinte das paredes celulares de plantas e árvores é a celulose, um polímero contendo carbono, hidrogênio e oxigênio. Proteínas, que são encontradas em abundância tanto na vida animal como na vegetal, são polímeros produzidas pela condensação de α aminoácidos. Além desses, há polímeros naturais não tão abundantes, por exemplo a borracha, os quais são também muito importantes.

Proteínas: Proteínas são polipeptídios que tem uma ordem definida em relação aos grupos aminoácidos que formam o polímero. A natureza dos radicais R (e a ordem em que estão dispostos) determina as propriedades da proteínas (Albumina, caseína, colágeno, globulina,seda)

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Elastômero: Apresentam capacidade de estiramento extremamente elevada, sofrendo deformação elástica completa e reversível; têm tendência muito baixa à cristalização. A borracha natural é um polímero do isopreno (borracha natural, guta percha); sua aplicação industrial está na fabricação de materiais hospitalares, pneumáticas e artigos para recreação (bolas).

A borracha sintética Buna é um polímero do eritreno, sua aplicação industrial está na fabricação de pneumáticas

CH2 C CH2 H H

1,3 butadieno

A borracha sintética neopreno é um polímero do cloropreno, sua aplicação industrial está na fabricação de gaxetas, amortecedores, objetos utilizados no mar (vestimentas, cobertura de cabos submarinos) e adesivos.

CH2 C CH2 Cl H cloropreno

3.2.1 POLÍMEROS VERDES: Utilização de Amido na Produção de Plástico Biodegradável

Com o advento da população brasileira estar concentrando nos grandes centros, tendo uma margem de 80%. Este aglomerado de pessoas significa um maior consumo de produtos industrializados de todas as espécies e uma maior utilização de plásticos como, sacolas de supermercado, sacolas de feiras, embalagens de Farmácia, etc. Estes são plásticos conhecidos como “Commodities”. Em conseqüência evidência uma maior poluição ao descarte destes materiais poliméricos.

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