Aula 1 - Definições

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Tecnologia de Polímeros

Polímeros

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1839 – Charles Goodyear –

borracha natural + enxofre → vulcanização

1862 – Alexandre Parker –

algodão + ácido nítrico + ácido sulfúrico + óleo de rícino → Parkesina

1868 – John W. Hyatt – cânfora → Celulóide

1877 – Friedrich A. Kekulé – substâncias orgânicas naturais com cadeias longas

1893 – Emil Fisher – glicose → celulose

aminoácidos → polipeptídeos

1907 – Leo H. Baekeland – baquelite: resina fenol-formaldeído

HISTÓRIA

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HISTÓRIA

1924 – Hermann Staudinger - poliésteres e a borracha natural

1927 a 1942 - acetato de celulose, PVC, o poli(metacrilato de metila), poliuretanos, poliestireno (isopor), teflon, resina melamina-formaldeído (fórmica), poli(tereftalato de etileno) e os poliésteres insaturados

1947, 1948 - resinas epoxídicas, ABS

1950 - polietileno linear, o polipropileno, o poliacetal, o policarbonato, o poli(óxido de fenileno) e de novos copolímeros, Teflon

1960 – usados em embalagens, substituir papelão e vidro

1970 – usados como liga leve

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HISTÓRIA

Tecnologia dePolímeros

1985 – Polo Petroquímico de Trinfo (RS)

1980 - 1990 – Polissilanos, polímeros de cristal líquido, polímeros condutores

1990 – Plásticos biodegradáveis

Warner Lambert - resina a base de amido

Eastman e Goddyear - reciclam o PET pós-consumo

2000 – O desenvolvimento de polímeros a partir do zero se torna raro. A ênfase é obter materiais com propriedades otimizadas a partir dos já existentes.

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DEFINIÇÃO

Polímero é uma macromolécula natural ou sintética composta por muitas unidades de repetição (MERO),

unidas por ligações covalentes.

POLÍMEROS

muitos unidades de repetição

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DEFINIÇÃO

Moléculas dos polímeros: nos polímeros, as moléculas

(macromoléculas) são constituídas por muitas unidades ou segmentos repetidos, que são chamadas meros.

Monômero: molécula constituída por um único mero. Polímero: macromolécula constituída por vários meros.

Polimerização: reações químicas intermoleculares pelas quais

os monômeros são ligados, na forma de meros, à estrutura molecular da cadeia.

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DEFINIÇÃO

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DEFINIÇÃO

POLÍMEROS NATURAIS SINTÉTICOS ELASTÔMEROS FIBRAS PLÁSTICOS

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MONOMEROS E POLÍMEROS

Monômero Nomenclatura Metacrilato de metila (2-metil-propenoato de metila) Estireno (vinilbenzeno) Etileno (eteno) Propileno (propeno) Cloreto de vinila (cloroeteno) Polímero Nomenclatura Polimetacrilato de metila (acrílico) Poliestireno (PS) Polietileno (PE) Policloreto de vinila (PVC) Polipropileno (PP)

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EXEMPLOS

Polipropileno   CH₂  CH₂ _n  Polietileno PVC PET Celulose Poli(tetrafluoretileno) Teflon®

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Características Moleculares

Tamanho Forma Estrutura Química

Linear Ramificada Com ligações cruzadas

Estados isoméricos

Estereoisômeros

Em rede

Isômeros geométricos

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Estrutura química dos meros

Baseada no grupo funcional a qual pertencem os meros presentes na cadeia do polímero.

CLASSIFICAÇÃO

- Poliolefinas: polipropileno, polibutadieno, poliestireno. - Poliésteres: poli(tereftalato de etileno), policarbonato. - Poliéteres: poli(óxido de etileno), poli(óxido de fenileno). - Poliamidas: nylon, poliimida.

- Polímeros celulósicos: nitrato de celulose, acetato de celulose. - Polímeros acrílicos: poli(metacrilato de metila), poliacrilonitrila. - Polímeros vinílicos: poli(acetato de vinila), poli(álcool vinílico). -Poliuretano

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Cadeia polimérica

Homopolímero: cadeia principal formada por um único mero. Ex.: PE, PP, PVC.

  CH₂  CH₂ _n 

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Cadeia polimérica

Copolímero: cadeia principal formada por mais de um tipo de meros.

Ex.: SBR (borracha sintética de estireno-butadieno)

CLASSIFICAÇÃO

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Cadeia polimérica

Copolímeros estatisticos (ou aleatórios): Nestes copolímeros os meros estão dispostos de forma desordenada na cadeia do polímero.

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Cadeia polimérica

Copolímero alternado: Os meros estão ordenados de forma alternada na cadeia do copolímero.

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Cadeia polimérica

Copolímero em bloco: O copolímero é formado por sequências de meros iguais de comprimentos variáveis.

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Cadeia polimérica

Copolímero grafitizado (ou enxertado): A cadeia principal do copolímero é formada por um tipo de unidade repetida, enquanto o outro mero forma a cadeia lateral (enxertada).

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Estrutura molecular

CLASSIFICAÇÃO

Polímeros lineares: são aqueles em que as unidades mero estão unidas ponta a ponta em cadeias únicas.

- cadeias flexíveis.

- grande quantidade de ligações de Van der Waals. - PE, PVC, PS, Nailon.

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Estrutura molecular

CLASSIFICAÇÃO

Polímeros ramificados: as cadeias ramificações laterais estão conectadas às cadeias principais.

- as ramificações resultam de reações que ocorrem durante a síntese do polímero.

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Estrutura molecular

CLASSIFICAÇÃO

Polímeros com ligações cruzadas: cadeias adjacentes unidas umas as outras em várias posições por ligações covalentes.

- as ligações cruzadas podem surgir durante a síntese do polímero ou através de reação química não reversível.

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Estrutura molecular

CLASSIFICAÇÃO

Polímeros em rede: unidades meros com três ligações covalentes ativas formam redes tridimensionais.

- propriedades mecânicas e térmicas distintas. - materiais epóxi.

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Configuração da cadeia polimérica

CLASSIFICAÇÃO

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Configuração da cadeia polimérica

CLASSIFICAÇÃO

Taticidade: forma com que os grupos funcionais estão dispostos na molécula.

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Configuração da cadeia polimérica

CLASSIFICAÇÃO

Isotático: grupos laterais são dispostos de um mesmo plano

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Configuração da cadeia polimérica

CLASSIFICAÇÃO

Sindiotático: grupos laterais são dispostos de maneira

alternada, para cima e para baixo, com relação ao plano a cadeia principal.

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Configuração da cadeia polimérica

CLASSIFICAÇÃO

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Quanto à fusibilidade

CLASSIFICAÇÃO

Termoplásticos

Plásticos com capacidade de amolecer e fluir quando submetido a um aumento de temperatura e pressão e após resfriados retornam ao estado sólido (transformação física).

Ex.: Resinas acrílicas, poliestireno, polietileno, PVC.

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Quanto à fusibilidade

CLASSIFICAÇÃO

Termofixos ou termoestáveis

Plásticos que com o aquecimento amolecem uma vez, sofre o processo de cura, tornando-se rígido. Posteriores aquecimentos não alteram mais seu estado físico (transformação química).

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Comportamento mecânico

CLASSIFICAÇÃO

Plásticos (do grego: adequado à moldagem)

São materiais poliméricos estáveis nas condições normais de uso, mas que, em algum estágio de sua fabricação, são fluídos, podendo ser moldados por aquecimento, pressão ou ambos.

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Comportamento mecânico

CLASSIFICAÇÃO

Elastômeros (ou borrachas)

São materiais poliméricos de origem natural ou sintética que, após sofrem deformação sob a ação de uma força, retornam a sua forma original quando esta força é removida.

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Comportamento mecânico

CLASSIFICAÇÃO

Fibras

São corpos em que a razão entre o comprimento e as dimensões laterais é muito elevada. Geralmente são formadas por macromoléculas lineares orientadas longitudinalmente.

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Métodos de preparação

CLASSIFICAÇÃO

Os monômeros reagem entre si formando uma longa sequência de unidades repetitivas (meros).

Os mecanismos de polimerização podem ser classificados em:

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Métodos de preparação

CLASSIFICAÇÃO

Polímeros de adição (em cadeia)

São formados por monômeros iguais que apresentam pelo menos uma dupla ligação a qual é rompida para que ocorra a reação de adição, sem perda de massa.

1. Iniciação: geração de espécies reativas.

2. Propagação: adição sequencial de monômeros. 3. Terminação: desativação do sítio reativo.

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Métodos de preparação

CLASSIFICAÇÃO

Polimerização radicalar Polimerização catiônica

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Métodos de preparação

CLASSIFICAÇÃO

1) Iniciação: formação de sítio reativo a partir de um iniciador (R) e monômero:

R•+ CH₂=CH₂ → R-CH₂CH₂•

2) Propagação da reação a partir dos centros reativos:

R-CH₂CH₂• + n CH₂=CH₂→ R-(CH₂CH₂)_nCH₂CH₂

3) Terminação da reação

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Métodos de preparação

CLASSIFICAÇÃO

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Métodos de preparação

CLASSIFICAÇÃO

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Métodos de preparação

CLASSIFICAÇÃO

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Métodos de preparação

CLASSIFICAÇÃO

Polímeros de condensação

São formados geralmente pela reação entre dois monômeros iguais ou diferentes, com eliminação de moléculas pequenas, por exemplo, água, NH₃.

Ex.: Nylon que utiliza como monômeros o hexanodióico (ácido adípico) e a 1,6-hexanodiamina (hexametilenodiamina).

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Métodos de preparação

CLASSIFICAÇÃO

Polímeros de condensação

Exemplo: formação do poliéster (reação entre hidroxila e carboxila)

Representação de um passo do processo de polimerização por condensação de um poliéster (este passo se repete sucessivamente, produzindo-se uma molécula linear)

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Métodos de preparação

CLASSIFICAÇÃO

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Métodos de preparação

CLASSIFICAÇÃO

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Métodos de preparação

CLASSIFICAÇÃO

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Métodos de preparação

CLASSIFICAÇÃO

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CLASSIFICAÇÃO

POLIMERIZAÇÃO EM CADEIA POLIMERIZAÇÃO EM ETAPAS

Apenas o monômero e as espécies propagantes

podem reagir entre si. Quaisquer duas espécies moleculares presentes no sistema podem reagir. A polimerização possui no mínimo

dois processos cinéticos. CINÉTICOS A polimerização só possui um processo cinético. A concentração do monômero decresce

gradativamente durante a reação.

O monômero é todo consumido no início da reação, restando menos de 1%

do monômero ao fim da reação. A velocidade da reação cresce com o

tempo até alcançar um valor máximo, na qual permanece constante.

A velocidade da reação é máxima no início e decresce com o tempo.

Polímeros com um alto peso molecular se formam desde o início da reação, não

se modificando com o tempo.

Um longo tempo reacional é essencial para se obter um polímero com elevado peso molecular, que cresce durante a reação. A composição percentual do polímero é igual ao

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Polímeros de adição

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Polímeros de condensação

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