MATÉRIAIS POLIMÉRICOS - Almir Cândido

MATÉRIAIS POLIMÉRICOS - Almir Cândido

(Parte 1 de 2)

Curso Superior Tecnológico em Petróleo e gás

Turma: 6ma

Disciplina: Noções de Refino e Processamento de Petróleo Prof. Lauro

Aluno Almir Cândido

Com ênfase em abordar o tema: Materiais poliméricos. O trabalho de pesquisa traça os principais materiais e suas descobertas desde muitos anos atrás por estudiosos que buscavam novas tecnologias e um melhor aperfeiçoamento desses materiais para melhor servir o mundo. O trabalho tem o objetivo de descrever a importância para a sociedade, a qual hoje utiliza em quase todo o tempo os materiais poliméricos, através do uso do carro (pneus e plásticos), colchões, travesseiros, cd’s, dvd’s, e outros produtos de tamanha importância para a nossa vida. Uma grande ênfase é destacada a respeito das propriedades mecânicas, das características, dos principais tipos de polímeros e a questão da reciclagem, a qual se deseja muito na atualidade.

Polímeros são compostos orgânicos e reações de difícil execução em laboratório, tanto que, até a primeira metade do século XIX acreditava-se na chamada Teoria da Força Vital enunciada por Berzelius. Até o século XIX somente era possível utilizar polímeros produzidos naturalmente, pois não havia tecnologia disponível para promover reações entre os compostos de carbono. Isso caracteriza a 1ª fase da história dos polímeros. Na 2ª fase Friedrich Wöhler, discípulo de Berzelius, derruba a teoria da Força Vital. Com essa derrubada as pesquisas sobre química orgânica se multiplicam, e em 1883 Charles Goodyear descobre a vulcanização da borracha natural. Por volta de 1860 já havia a moldagem industrial de plásticos naturais reforçados com fibras, como a goma-laca e a gutta-percha. Em 1910 começa a funcionar a primeira fábrica de rayon nos EUA e em 1924 surgem às fibras de acetato de celulose. Na 3ª Fase, Henri Victor Regnault polimeriza o cloreto de vinila com auxílio da luz do sol, Einhorn e Bischoff descobrem o policarbonato. Esse material só voltou a ser desenvolvido em 1950 e finalmente, em 1970, Baekeland sintetiza resinas de fenol-formaldeído. É o primeiro plástico totalmente sintético que surge em escala comercial. O período entre 1920 e 1950 foi decisivo para o surgimento dos polímeros modernos. Durante a década de 1960 surgem os plásticos de engenharia. Na década de 1980 observa-se certo amadurecimento da Tecnologia dos Polímeros: o ritmo dos desenvolvimentos diminui, enquanto se procura aumentar a escala comercial dos avanços conseguidos. Finalmente na década de 1990 os catalisadores de metaloceno, reciclagem em grande escala de garrafas de PE e PET, biopolímeros, uso em larga escala dos elastômeros termoplásticos e plásticos de engenharia. A preocupação com a reciclagem torna-se quase uma obsessão, pois dela depende a viabilização comercial dos polímeros. A partir do final da década de 1990, novas técnicas de polimerização começam a ser investigadas, onde se consegue ter um grande controle da massa molecular e do índice de polidispersividade do polímero. Assim, começam a ser conhecidas as técnicas de polimerização radicalar controlada, como a RAFT, a NMP e a ATRP.

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.

Fazendo uma análise sucinta desses materiais, verificamos que se tratam, na maioria, de produtos artificiais. Frutos da moderna e eficiente indústria 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 compreendida. 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.

Polímeros são materiais que apresentam em sua estrutura molecular unidades relativamente simples que se repetem, ligadas entre sí por ligações covalentes (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. Essas unidades que se repetem são conhecidas como meros ou unidades monoméricas. Os polímeros, diferentemente das substancias químicas de baixa massa molecular, são produtos heterogêneos, pois podem possuir uma mistura de moléculas de diferentes massas moleculares, apresentando, portanto, polimolecularidade.

Os polímeros podem ter suas cadeias sem ramificações, admitindo conformação em zigue-zague (~ polímeros lineares) ou podem apresentar ramificações, cujo grau e complexidade pode ir até o extremo da formação de retículos, resultando então o que se denomina polímero reticulado, ou polímero com ligações cruzadas, ou polímero tridimensional. Como exemplo do tridimensional, podemos citar o Polibutadieno. Como consequência imediata, surgem diferentes propriedades no produto, especialmente em relação à fusibilidade e solubilidade. Os polímeros laterais dificultam a aproximação das cadeias poliméricas, isso faz com que diminua as interações moleculares, o que acarretam às propriedades mecânicas, “plastificando” internamente o polímero e formação de retículos, devido às ligações cruzadas entre moléculas.

Levando-se em conta a mobilidade relativa das moléculas, é fácil compreender porque os polímeros lineares ou ramificados são, em princípio, solúveis em solventes adequados e passíveis de sofrer escoamento sob a ação de calor e pressão, enquanto que os polímeros com estrutura molecular tridimensional são insolúveis e infusíveis.

Nos plásticos, a linearidade molecular caracteriza os chamados plásticos termoplásticos, que podem ser moldados e reprocessados sucessivamente, como por exemplo, o polietileno, poliestireno, PVC, etc. Por outro lado, os plásticos termorrígidos que ao serem colocados sob temperatura próxima a temperatura de fusão não possuem uma natureza de serem moldados e quando ultrapassam essa temperatura, ou seja, o ponto de fusão, estes polímeros se fundem. Como exemplo, temos: Celulose, borrachas, amido, etc.

Polímeros lineares:

As unidades mero são unidas ponta a ponta em cadeias únicas. Grande quantidade de ligações de Van der waals entre as cadeias. Ex: polietileno, PVC, poliestireno, polimetilmetacrilato poliamidas (Nylon);

Polímeros ramificados:

Cadeias de ramificações laterais encontram-se conectadas as cadeias principais. Diminuição da densidade do polímero. Ex: mesmo acima, mas com baixa densidade.

Polímeros com ligações cruzadas:

As cadeias lineares estão unidas umas as outras em várias posições através de ligações covalentes. Ex: Borrachas vulcanizadas onde as ligações cruzadas são causadas pelo aditivo (“S”).

Polímeros de rede:

Possuem 3 ligações covalentes ativas formando redes tridimensionais: Ex: polímeros termofixos (Baquelite), resina epóxi, etc.

Dentre as propriedades mecânicas existentes nos polímeros, podemos descrever:

Alta resistência ao impacto: Está propriedade associada à transparência permite substituição do vidro em várias aplicações;

Baixa condutividade elétrica: Polímeros são altamente indicados para aplicações onde se requeira isolamento elétrico;

Porosidade: O espaço entre as macromoléculas do polímero é relativamente grande. Isso confere baixa densidade ao polímero, o que é uma vantagem em certos aspectos;

Baixa condutividade térmica: A condutividade térmica dos polímeros é cerca de mil vezes menor que a dos metais. Logo, são altamente recomendados em aplicações que requeiram isolamento térmico, particularmente na forma de espumas;

Alta flexibilidade: Variável ao longo de faixa bastante ampla, conforme o tipo de polímero e os aditivos usados na sua formulação;

Baixas temperaturas de processamento: Alguns plásticos especiais requerem até

400o C para sua conformação. Disso decorre baixo consumo de energia para conformação; Etc.

CARACTERÍSTICAS Baixa densidade;

Baixo ponto de amolecimento e fusão;

Grande deformabilidade (termoplásticos);

Baixa resistência;

Baixa dureza;

Isolantes térmicos;

Resistem bem a degradação por produtos inorgânicos e pouco a produtos orgânicos.

Polimerização é a reação química através da qual os monómeros dão origem a polímeros. Embora todas as reações que dão origem a polímeros se designem de polímerização, estas se dividem em dois grupos: As reações de adição que dão origem a polímeros de adição e as reações de condensação que dão origem a polímeros de condensação.

Polímeros de adição:

São polímeros formados através de uma reação de adição, a partir de um único tipo de monómero.

Exemplos:

Acrílico: Composto transparente muito resistente usado em portas e janelas, lentes de óculos, etc.;

Teflon: O tetrafluoretileno é o revestimento interno de panelas, mais conhecido como teflon;

Borracha Fria: Empregada em pneus, câmaras de ar, objetos de borracha em geral;

Orlon: O composto acrinitrilo é um exemplo e é empregado na obtenção da lã sintética, agasalhos, cobertores, tapetes;

Polietileno: Etileno usado para fabricar baldes, sacos de lixo e de embalagens; Polipropileno: O propileno pertence a essa classe e é usado para a fabricação de cadeiras, poltronas, para-choques de automóveis;

PVC: Cloreto de vinila e estireno são exemplos. Esse material é usado em tubos para encanamentos hidráulicos;

Isopor: O chamado estireno é um ótimo isolante térmico. Polímeros de Condensação:

Esses polímeros são formados a partir de monômeros iguais ou diferentes, havendo eliminação de moléculas simples (H2O, NH3, etc.).

Exemplos:

Amido: Encontrado nos alimentos e usado para fabricar etanol; Celulose: Usada na fabricação de papel, algodão e explosivos. Exemplos de Copolímeros de Condensação

Baquelite (aldeído fórmico /fenol): Revestimento de móveis (fórmica), material elétrico (tomada e interruptores);

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