Apostila Práticas Química dos Polímeros 2a Edição.pdf

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QUÍMICA DOS POLÍMEROS

Prof

aa

. Maria Cristina Tomasini Casado

Prof. Luiz Gustavo Criado Gonçalves

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PRÁTICA PÁGINA

II – – Sintetizando Polímeros Sintetizando Polímeros

A

A – – Obtenção do RAYON ... 01 Obtenção do RAYON ... 01

B

B – – Obtenção da “GELECA” (Obtenção da “GELECA” ( Amoeba Amoeba)) ... .. 0303

C

C – – Obtenção da resina URÉIA-FORMOL ... 04 Obtenção da resina URÉIA-FORMOL ... 04

D

D – – Obtenção da resina ANILINA-FORMOL ... 05 Obtenção da resina ANILINA-FORMOL ... 05

E

E – – Obtenção de POLIURETANO ... 06 Obtenção de POLIURETANO ... 06

F

F – – Obtenção de VISCO-ELÁSTICO ... 07 Obtenção de VISCO-ELÁSTICO ... 07

IIII – – Extração de Polímeros Naturais Extração de Polímeros Naturais

A

A – – Extração da Caseína do Leite ... 08 Extração da Caseína do Leite ... 08

B

B – – Produção de Cola a partir da Caseína do Leite ... 09 Produção de Cola a partir da Caseína do Leite ... 09

III

III – – Propriedades dos Polímeros Propriedades dos Polímeros

A

A – – Determinação da Densidade dos Polímeros ... 11 Determinação da Densidade dos Polímeros ... 11

B

B – – Identificação de Polímeros através do Teste de Combustão ... 13 Identificação de Polímeros através do Teste de Combustão ... 13

C

C – – Mudando a Estrutura Física de um Polímero ... 16 Mudando a Estrutura Física de um Polímero ... 16

D

D – – Solubilidade de um Polímero ... 17 Solubilidade de um Polímero ... 17

E

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I_– SINTETIZANDO POLÍMEROS

A_– Obtenção do RAYON

O rayon é um material têxtil artificial formado por celulose, substância vegetal, ou

por compostos de celulose purificados e constitui uma fibra semi-sintética.

Há vários processos de sintetizar rayon. Laboratorialmente, o processo mais

comum é a chamado síntese do rayon cupramônio. A fibra possui este nome porque é

obtido a partir da dissolução da celulose numa solução que contem o íon tetraminocobre. Atualmente, a produção industrial destas fibras é escassa, uma vez que existem processos mais econômicos. No entanto, estas ainda são utilizadas na fabricação de certos tecidos, uma vez que são muito finas, macias e resistentes, e em aplicações especiais. 1_– Material e Reagentes - Béquer 100 mL - Funil de _Büchner - Kitassato - Suporte Universal - Garra - Rolhas - Tubo de Vidro

- Seringa com Agulha - Papel de Filtro - Papel Absorvente - CuSO₄ P.A. - NH₄OH concentrado P.A. - Solução 10% de H₂SO₄ - Solução 6N de NaOH 2_– Procedimento

- Num béquer de 100 mL, pesar 5 g de CuSO₄ e adicionar 20 mL de NaOH 6N.

Agitar.

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- Aspirar somente a solução com uma seringa.

- Fixar verticalmente o tubo de vidro num suporte universal. Obs.: o tubo deve estar

fechado com uma rolha na parte inferior.

- Transferir para o tubo de vidro aproximadamente 150 mL de H₂SO₄ 10%. Fechar o

tubo com uma rolha.

- Retirar a rolha superior do tubo e injetar a solução da seringa de forma contínua. - Observar a fibra de _rayon que se forma e o desaparecimento da coloração da

fibra. 3_– Questões

1. Represente as reações ocorridas na síntese da fibra de rayon.

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B_– Obtenção da GELECA (amoeba)

O álcool polivinílico é um polímero contendo grupos OH polares ao longo da cadeia. Os átomos de boro do ácido bórico atuam como ácidos de Lewis e interagem com alguns grupos OH formando um complexo que altera a estrutura tridimensionalmente mudando as propriedades do polímero.

1_– Material e Reagentes

- Béquer 400 mL - Bagueta

- Proveta 100 mL

- Tripé e Tela de Amianto - Álcool Polivinílico P.A.

- Solução de Ácido Bórico 4%

2_– Procedimento

- Adicionar 4 g de álcool polivinílico em 100 mL de água, num béquer de 400 mL.

Aquecer com agitação até dissolução máxima, SEM DEIXAR EBULIR.

- Adicionar LENTAMENTE ácido bórico 4%, mantendo agitação e aquecimento

FRACO. Obs.: caso queira a sua geleca colorida, adicionar corante orgânico assim que observar a formação de uma massa.

- Retirar a geleca da solução utilizando a bagueta.

- Estique e modele a sua geleca por várias vezes, até esfriar.

3_– Questões

1. Represente as reações ocorridas na preparação da geleca.

2. A que se deve a elasticidade da geleca? Por que, com o passar do tempo, ocorre perda de elasticidade?

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C_– Obtenção da resina URÉIA-FORMOL

A resina uréia-formol é uma resina amídica, ou seja, é obtida através da reação de condensação do formaldeído com um composto que contenha grupos aminos, nesse caso a uréia.

1_– Materiais e Reagentes

- Pipeta Graduada

- Copos Descartáveis de Café - Palitos de Sorvete

- Ácido Clorídrico PA - Uréia P.A.

- Formol P.A.

2_– Procedimento

- Num copo descartável para café, misture 5 g de uréia e 15 mL de formol. - Agite vigorosamente até dissolução da uréia.

- Adicione, GOTA A GOTA, 1,5 mL de HCl concentrado_– faça isso na capela. Agite

e deixe em repouso até a formação da resina.

- Esperar aproximadamente 120 minutos para remover o molde plástico (copo

descartável). 3_– Questões

1. Represente as reações ocorridas na síntese da resina URÉIA-FORMOL. 2. O que se pode observar sobre a elasticidade da resina formada?

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D_– Obtenção da resina ANILINA-FORMOL

A resina anilina-formol é uma resina amínica, ou seja, é obtida através da reação de condensação do formaldeído com um composto que contenha grupos aminos, nesse caso a anilina.

- Pipeta Graduada

- Copos Descartáveis de Café - Palitos de Sorvete

- Ácido Clorídrico PA - Anilina P.A.

- Formol P.A.

2_– Procedimento

- Num copo descartável para café, dissolver 1 mL de anilina em 1,5 mL de ácido

clorídrico concentrado – faça isso na capela.

- Agite e esfrie em água.

- Agite vigorosamente até dissolução da anilina.

- Adicione, GOTA A GOTA, 2 mL de formol. Deixe em repouso até a formação da

resina.

descartável).

3_– Questões

1. Represente as reações ocorridas na síntese da resina ANILINA-FORMOL. 2. O que se pode observar sobre a elasticidade da resina formada?

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E_– Obtenção do POLIURETANO RÍGIDO

O Poliuretano pertence a um grupo de plásticos que aliam características de elastômero com possibilidade de transformação, devido à grande variação de durezas possíveis de se estabelecer na sua formulação.

Possui alta resistência à tração e compressão e é ideal na produção de peças que exijam grande durabilidade.

- Copos Descartáveis de Café

Médios

- Palitos de Sorvete

- Isocianato - Poliol

2_– Procedimento

- Num copo descartável para café do tipo grande, adicionar 3 mL do isocianato. - Adicionar 2 mL do poliol e agitar RÁPIDO e VIGOROSAMENTE por alguns

segundos, até notar a homogeneização da mistura e a formação de espuma.

- Não agitar mais. Deixar em repouso até que se complete a polimerização.

descartável).

3_– Questões

1. Represente as reações ocorridas na síntese do POLIURETANO.

2. O que se pode observar durante a reação de polimerização em relação à expansão do polímero em formação?

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F_– Obtenção do POLIURETANO VISCOELÁSTICO

Material viscoelástico ou visco-elástico é uma classe de materiais que apresenta reologia viscoelástica, ou seja, são materiais que, ao deformar-se, sofrem simultaneamente deformações elásticas e viscosas.

Deformações elásticas são deformações reversíveis sofridas por um corpo sob tensão. Ao cessar a tensão o corpo retorna à sua forma e volume originais.

Deformações viscosas são deformações contínuas e irreversíveis sofridas pelo material enquanto submetido a uma tensão de cisalhamento. Esta deformação é também conhecida como escoamento.

- Copos Descartáveis de Água

Grandes

- Palitos de Sorvete

- Isocianato - Poliol

2_– Procedimento

- Num copo descartável para água, adicionar 2,5 mL do isocianato.

- Adicionar 5 mL do poliol e agitar RÁPIDO e VIGOROSAMENTE por alguns

segundos, até notar a homogeneização da mistura e a formação de espuma.

- Não agitar mais. Deixar em repouso até que se complete a polimerização.

descartável).

3_– Questões

1. Represente as reações ocorridas na síntese do Poliuretano VISCOELÁSTICO. 2. O que se pode observar durante a reação de polimerização em relação à

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G_– Preparo de Resina FENOL_– FORMALDEÍDO: Baquelite

A resina fenol-formaldeído é uma resina termorrígida, tridimensional, obtida através da reação de condensação do formaldeído com fenol.

1_– Materiais e Reagentes - Banho-maria - Tubo de ensaio - Estufa - Béquer de 100 mL - NH₄OH conc. P.A.

- Ácido Acético Glacial P.A. - Fenol P.A.

- Formaldeído P.A.

2_– Procedimento

- Em um béquer de 100 mL, adicione cerca de 1,7 g de fenol, 4,3 mL de formaldeído

e 1,3 mL de hidróxido de amônio concentrado.

- Transfira imediatamente para um tubo de ensaio.

- Aqueça, com agitação, o tubo de ensaio em um banho-maria a 90°C, até que se

observe a formação, no fundo do tubo, de uma massa amarela resultante da condensação do fenol com o formol. A seguir, deixe o tubo em repouso até que se complete a deposição do polímero. Decante totalmente o líquido sobrenadante.

- Adicione ao sólido, no tubo, cerca de 10 gotas de ácido acético glacial. Aqueça

novamente o tubo de ensaio do banho-maria por cerca de 45 minutos. Retire o tubo de ensaio do banho-maria e decante novamente o líquido sobrenadante, se houver.

- Para completar a polimerização e formar um polímero termorrígido, coloque o tubo

numa estufa a 80°C por 60 minutos. 3 _– Questões

1. Represente as reações ocorridas na síntese da resina FENOL-FORMALDEÍDO.

2. O que se pode dizer sobre as propriedades da resina formada? 3. Qual a principal aplicação deste tipo de resina?

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H_– Preparo de BIOPOLÍMERO

O amido é um polímero natural presente em diversos alimentos vegetais, usado como fonte de energia, por pertencer ao grupo dos carboidratos. Comercialmente, pode ser encontrado no amido de milho, na fécula de batata ou no polvilho de mandioca, na forma de amilose e amilopectina. É possível alterar essas estruturas, formando um material plástico, que pode ser biodegradado muito rápido na natureza, em comparação com outros materiais sintéticos.

- Aquecedor / Agitador magnético - Placa de Petri

- Filme de polietileno (magipack) - Béquer de 100 mL

- NaOH 0,1 M - Glicerina P.A. - HCl 0,1 M

- Fécula de batata comercial

2_– Procedimento

- Em um béquer de 100 mL, adicione 25 mL de água destilada e 2,5 g da fécula de

batata.

- Leve ao agitador magnético, adicione 3 mL de HCl 0,1 M e 2 mL de glicerina.

- Aqueça à ebulição e deixe agitando, sob aquecimento brando, durante 15 minutos,

tomando cuidado para não secar muito.

- Neutralizar utilizando NaOH 0,1 M, medindo o pH com papel indicador universal. - Cubra o fundo da placa de Petri com filme de polietileno e despeje o bioplástico

formado, deixando secar à temperatura ambiente por 24 horas. Retire o bioplástico e observe.

4 _– Questões

1. Represente as estruturas da amilopectina e da amilose. 2. Porque o pH deve ser neutralizado?

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II_– EXTRAÇÃO DE POLÍMEROS NATURAIS

A_– Extração da Caseína do Leite

A caseína é uma proteína conjugada do grupo das fosfoproteínas que se encontra no leite. É a proteína mais importante do leite. No leite de vaca encontra-se na proporção de cerca de 3%, sob a forma de sal de cálcio.

Pode ser extraída do leite por precipitação em meio ácido, por via enzimática ou com fermentos (coalho).

É uma substância sólida, branca e higroscópica. Utiliza-se a caseína no fabrico de queijo, plásticos (galalite), adesivos, colas e pinturas (corantes e caseína).

- Béquer 500 mL

- Tela de Amianto e Tripé - Filtro de Tecido

- Pipeta Graduada - Leite Integral - Ácido Acético P.A.

2_– Procedimento

- Num béquer, colocar 250 mL de leite intergal.

- Adicionar 2,5 mL de ácido acético p.a._– utilizar a capela.

- Aquecer brandamente, sem deixar entrar em ebulição, até coagulação visível. - Resfriar à temperatura ambiente e filtrar em tecido.

- Remover o excesso de água, espalhar a massa sobre papel alumínio e cortar com

moldes.

- Deixar secar.

3_– Questões

1. A caseína é uma proteína. Que tipo de polímero é a caseína?

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B_– Produção de Cola a partir da Caseína do Leite

As colas têm sido utilizadas por milhares de anos para uma grande diversidade de aplicações, sendo que até o início deste século as principais matérias primas utilizadas eram de origem animal ou vegetal, como o sangue de alguns animais ou resinas naturais extraídas de folhas e troncos de algumas árvores. Atualmente uma grande variedade de colas é produzida industrialmente a partir de substâncias sintéticas, com a finalidade de se obter propriedades adequadas aos novos materiais, como polímeros, cerâmicas especiais e novas ligas metálicas.

As colas naturais ainda são recomendadas para aplicações consideradas não especiais, como para colar papéis ou peças de madeira na construção de pequenos objetos de uso doméstico. A cola de caseína, por exemplo, tem um grande poder de adesão e pode ser facilmente preparada.

Na Primeira Guerra Mundial esta cola era muito utilizada na construção de aviões que tinham sua estrutura montada quase exclusivamente por peças de madeira. Uma desvantagem que esta cola apresentava, assim como outras colas "naturais", era a possibilidade de absorver umidade e assim, desenvolver fungos que se alimentavam dela. Algumas ocorrências deste tipo levaram os construtores de aviões a abandonar a cola de

caseína, o que parece ter sido uma decisão bastante razoável.

- Béqueres 200 mL - Proveta 50 mL

- Pipeta ou Seringa Descartável - Bagueta

- Tela de Amianto e Tripé - Filtro de Tecido

- Água destilada

- 125 mL de Leite desnatado - 30 mL de Vinagre

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- Remover o excesso de água e transferir a caseína para um béquer limpo e seco. - Com o auxílio de uma bagueta, homogeneizar bem a caseína que deverá ficar

com a consistência de queijo cremoso.

- Adicione o bicarbonato de sódio e misture bem, até obter uma mistura

homogênea.

- Adicione cerca de 15 mL de água destilada. A reação do ácido residual com o

bicarbonato de sódio poderá produzir espuma.

- Se desejar, guarde a cola obtida em frasco plástico com tampa. Para conservá-la,

adicione algumas gotas de Merthiolate incolor.

3_– Questões

1. Por que se utilizou leite desnatado na produção da cola de caseína?

2. Qual a função do bicarbonato de sódio na produção de cola a partir da caseína do leite?

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III_– PROPRIEDADES DOS POLÍMEROS

A_– Determinação da Densidade dos Polímeros

Plásticos são constituídos de grandes moléculas (macromoléculas) chamadas polímeros, que dependendo de sua composição (unidades formadoras ou monômeros) apresentará propriedades físicas e químicas diferentes.

As estruturas químicas e a massa molar do polímero determinam suas propriedades físico-químicas. Propriedades como resistência à chama, cristalinidade, estabilidade térmica, resistência à ação química e propriedades mecânicas determinam a utilidade do polímero.

Os materiais plásticos são cada vez mais utilizados no cotidiano, sendo que em geral, sua incineração causa danos ao meio ambiente.

A reciclagem dos plásticos é viável do ponto de vista econômico e da preservação do meio ambiente. Este método pode ser empregado desde que se faça uma coleta seletiva do lixo, separando-se e identificando os diferentes materiais plásticos descartados. Esta separação torna-se possível empregando-se uma das propriedades físicas do plástico: a densidade. A diferença de densidade entre os diferentes polímeros é importante na separação mecânica e reciclagem dos plásticos.

1_– Materiais e Reagentes - Densímetro - Alcoômetro - Béqueres 500 mL - Peneira pequena - Proveta 250 mL - Solução NaCl 30 % - Solução Etanol 50 % - Água destilada

- Amostras de polímeros (PP, PEAD,

PU, PVC, PET, PS) 2_– Procedimento

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- Os polímeros que flutuarem em água deverão ser retirados com uma peneira e

transferidos para outro béquer contendo Etanol 50%. Anote as amostras que flutuaram e as que afundaram.

- Os polímeros que afundarem devem ser retirados e colocados em solução de

NaCl 30%. Anote, novamente, as amostras que flutuaram e as que afundaram.

3_– Questões

1. Preencha a tabela a seguir, se os polímeros Afundaram ou Boiaram nas soluções:

POLÍMEROS ÁGUA Etanol 50 % NaCl 30% PP PEAD PU PVC PET PS

2. Determine as densidades APROXIMADAS dos polímeros estudados e compare com os valores obtidos através da literatura.

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B_– Identificação de Polímeros através do Teste de Combustão

Os polímeros também podem ser identificados a partir de um teste simples, porém destrutivo: o teste de chama ou de combustão.

Esse teste consiste em submeter o material em questão a uma chama e observar o comportamento da amostra, quanto à chama, odor, propagação ou não de chama, etc.

Em conjunto com outros testes, o teste de combustão é utilizado para caracterizar um material polimérico.

- Bico de Bunsen

- Pinça de Metal ou Tenaz

- Amostras reais de alguns polímeros (copos, embalagens, etc)

2_– Procedimento

- Com o auxílio da pinça metálica ou da tenaz, colocar cada uma das amostras em

contato com a chama do bico de Bunsen.

- IMPORTANTE: tome cuidado para não deixar que as amostras, ao fundirem,

caiam dentro do bico de Bunsen.

- Observar o comportamento de cada uma das amostras quanto a:

o Propagação da chama; o Extinção da chama;

o Características da chama (cor, fumaça, etc.);

o Comportamento do material (funde, amolece, goteja, etc.) e o Odor

- Comparar seus resultados com a tabela abaixo e determinar o tipo de material de

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3_– Tabela Polímero Propagação da chama Extinção da chama Característica da chama Comportamento do material Odor Acetato de

Celulose Rápida Não

Amarela intensa, pouca fumaça preta

durante a queima e branca após a queima Funde, goteja e as gotas continuam a queimar. Açúcar queimado.

Acetal .Lenta Não Azul clara, sem fumaça. Funde, goteja e as gotas continuam a queimar. Formaldeído, mas somente após a queima.

Acrílico Rápida Não

Amarela no topo e azul na base. Fumaça preta e crepita. Amolece e apresenta pouca carbonização superficial. Acrílico característico (frutal).

ABS Rápida Não

Amarela com desprendimento de fuligem preta. Amolece e carboniza superficialmente (evidência de porosidade). Adocicado, levemente irritante no final.

Nylon Lenta Sim

Amarela no topo e azul na base, sem

fumaça.

Funde, goteja e espuma.

Proteínas queimadas.

Poliestireno Rápida Não

Amarela alaranjada, com fumaça preta e

densa e fuligem.

Amolece, forma bolhas e carboniza

superficialmente. Após resfriamento,

fica com aparência perolada.

Característico do monômero

estireno.

Polietileno Lenta Não

Amarela no topo e azul na base, com

fumaça branca durante a após a Funde e goteja. Parafina queimada (vela).

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fumaça branca durante a após a

queima.

levemente irritante.

Policarbonato Difícil Sim

Amarela, com fumaça acinzentada

durante q queima.

Amolece, forma

bolhas e carboniza. Medicamento

PVC Difícil Sim

Amarela no topo e verde na base, com

fumaça branca. Crepita.

Amolece, forma

bolhas e carboniza. Cloretos.

SAN Rápida Não Amarela com forte fuligem preta. Funde, forma bolhas e carboniza superficialmente após resfriamento (porosidade). Característico do monômero estireno.

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C_– Mudando a Estrutura Física de um Polímero

A cola branca é formada por cadeias de um polímero sintético conhecido como PVA (poliacetato de vinila) que podem deslizar umas sobre as outras em um meio aquoso.

Quando são adicionadas certas substâncias (como o borato de sódio), a determinados polímeros, estes podem ligar as cadeias dos polímeros formando estruturas conhecidas como estruturas entrecruzadas. Esse procedimento altera significativamente as propriedades físicas do polímero.

- Copo Plástico de Água

- Espátula ou palitos de Sorvete - Micropipeta

- Bagueta

- Água

- Borato de Sódio P.A. - Corante

- Cola Branca

2_– Procedimento

- Coloque 50 mL de água num béquer e acrescente cerca de 2 g de borato de sódio.

Agite até dissolução completa do sal e reserve.

- Num copo plástico, adicione aproximadamente 5 mL de cola branca, 5 mL de água

e corante. Agite a mistura.

- Adicione a essa mistura, 2 mL da solução de borato preparada anteriormente.

Agite.

- Observe as mudanças ocorridas. Se desejar, coloque o polímero formado nas

mãos.

- Guardar em sacos plásticos fechados.

3_– Questões

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D_– Solubilidade de um Polímero

Plástico, fibras e borrachas são insolúveis em água, que é um solvente polar, mas dependendo da estrutura do polímero ela pode ser solúvel em outros solventes apolares.

Polímeros orgânicos podem ser: polares ou apolares; cristalinos ou amorfos, lineares ou com ligações cruzadas.

Um polímero amorfo, não polar e linear é miscível em todas as proporções com um solvente orgânico desde que haja coincidência entre as respectivas polaridades.

Um polímero cruzado e amorfo não pode dissolver-se em nenhum solvente, mas seu grau de inchamento é uma medida de afinidade pelo solvente.

Polímeros cristalinos são muito menos solúveis que polímeros amorfos.

- Béqueres - Acetona P.A.

- Acetato de Etila P.A. - Clorofórmio P.A. - Diclorometano P.A. - Hexano P.A. - Isopor - Espuma de Poliuretano - Borracha Natural 2_– Procedimento

- Colocar num béquer uma quantidade de acetona e imergir uma amostra de um

polímero.

- Repita o procedimento para as demais amostras.

- Proceda da mesma forma para os solventes restantes: testar cada uma das

amostras com cada um dos solventes.

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E_– Diferenciação entre Polímeros Termoplásticos e Termorrígidos

Um material termoplástico pode ser refundido (transformação física) muitas vezes. Isto é possível porque as cadeias não são interligadas e podem deslizar uma sobre as outras. Nos plásticos termorrígidos este movimento não é possível por causa das ligações cruzadas (entre cadeias) e o sólido não pode ser moldado.

- Bico de Bunsen - Placas Metálicas

- Amostras Plásticas (garrafas de refrigerantes, sacolinhas de supermercado, cabos

de panelas, copos de água, etc.)

2_– Procedimento:

- Executar testes de aquecimento com os diversos materiais, com o intuito de

identificar quais amostras são de polímeros termoplásticos e quais são termorrígidos.

3_– Questões

1. Faça uma tabela relacionando os polímeros termoplásticos e os polímeros termorrígidos.

2. Explique, em termos estruturais, as diferenças observadas no teste de aquecimento.

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BIBLIOGRAFIA

CRUZ, R.; GALHARDO F

º, E.; -

Experimentos de Química: microescala, materiais de baixo custo e do cotidiano –

Ed. Livraria da Física

–

1ª edição

–

São Paulo,

2004.

NOGUEIRA, J.S.; SILVA, A.L.B.B.; SILVA, E.O. – Introdução a Polímeros_– minicurso_–

universidade Federal de Mato Grosso – Deptº de Física, Grupo de Pesquisa em Novos