Polímeros
Química Aplicada
Prof
a. Dr
a. Carla Dalmolin
Obtenção
Petróleo – Principal fonte de obtenção de polímeros sintéticos
Produtos Naturais Carvão mineral 5% da produção total dos derivados
Óleo brasileiro muito pesado Números de 2013 (em milhões de toneladas)
Produção nacional 3,8 Demanda petroquímica 8,7 Importação 4,9
Cadeia produtiva
Metano Eteno Propeno Benzeno Tolueno Polietileno Polipropileno Polibutadieno PVC Peças Embalagens Filmes Garrafas BrinquedosMonômeros Polímeros Produtos
Camaçari – BA Triunfo – RS Capuava – SP Duque de Caxias - RJ
Definição
Macromoléculas
Unidade básicas de repetição Compostos de origem
natural ou sintética com elevado peso molecular e
estrutura química complexa.
Classificação
Naturais Sintéticos Origem Encontrados na natureza Proteínas Borracha natural Celulose Polimerização de substâncias de baixo peso molecular. PE - Polietileno PP - Polipropileno PVC Semi-sintéticos Modificação de polímeros naturais. Borracha Natural CloradaTermoplásticos
Fusibilidade
Termofixos
Classificação
Ligações intermoleculares Capazes de amolecer e fluir
repetidas vezes Fusíveis Solúveis Recicláveis
Transformação química - Cura Ligações covalentes cruzadas
Infusíveis Insolúveis
Classificação
Isotático Sindiotático
Taticidade
Atático
Disposição de grupos laterais
Disposição dos grupos laterais influencia na capacidade de empacotamento molecular alterando
diretamente as propriedades do material 70% de cristalinidade 40% de cristalinidade Amorfo Catalisadores estereoespecíficos
Classificação
Amorfos Morfologia Semicristalinos Não existe 100% cristalino Conformação aleatória das cadeiasMaior liberdade de movimento
Caracterizados pela Tg – Temperatura de transição vítrea – Faixa de temperatura
proporciona movimento dos domínios amorfos
Anel aromático – impedimento estérico – dificulta conformação
e cristalinidade
Abaixo da Tg – estado vítreo Acima da Tg – estado borrachoso
Amorfos Morfologia Semicristalinos
Classificação
Cadeias ordenadas Estado de compactação Maior intensidade de ligações intermoleculares Conformação de lamelas ou cadeias dobradas Possuem Tg e Tm ou Tf, no qual ocorre a fusãodos cristais
Cristalinidade dependente de grupos laterais, taticidade entre
outros fatores
Afeta diretamente propriedades mecânicas, térmicas e ópticas
Classificação
Polirreações
Reação de condensação ou em etapas Reação de adição ou em cadeia
Desestabilização da insaturação e formação de
sítio ativo provocando sucessivas ligações de
monômeros
Fases da Polimerização em Cadeia
Iniciação
Propagação
Término
Formação de sítio ativo por iniciador ou radiação
O radical reage com o monômero, transferindo
o centro ativo O iniciador é desestabilizado termicamente, formando dois
Fases da Polimerização em Cadeia
Iniciação
Propagação
Término
Transferência do centro ativo de
monômero a monômero
Fases da Polimerização em Cadeia
Iniciação
Propagação
Término
Desaparecimento do
centro ativo
Combinação de macroradicais – alta massa molecular
Desproporcionamento – Transferência de H da cauda
Fases da Polimerização em Cadeia
Iniciação
Propagação
Término
Desaparecimento do
centro ativo
Polirreações
Reação de adição ou em cadeia
Classificação
Reação de condensação ou em etapas Monômeros bifuncionais
Formação de subproduto de baixo peso molecular
Sem necessidade de iniciadores Massa molecular aumenta com o
tempo de reação
Poliamida 6.6 – 6.12 – 6.10 Primeiro número refere-se ao número de C da diamina e
* Adição não estequiométrica dos reagentes
Quanto maior a diferença entre a quantidade de
reagentes
e
a
relação
estequiométrica, a
polimerização terminará mais rápido
* Adição de um reagente monofuncional
A ponta da cadeia que reage com uma molécula
monofuncional pára de reagir
* Redução da temperatura
Reduz a velocidade da reação
Técnicas de polimerização
Em massa
Polimerização do monômero “não diluído”
Grande aumento de viscosidade do sistema Monômero Iniciador Sem solvente Grandes gradientes de temperatura Grande distribuição de MM
Reação muito rápida
Polímeros com alto grau de pureza
Reação exotérmica
Técnicas de polimerização
Em solução Dissolver o monômero e o iniciador Resolve problema da transferência de calor e homogeneização da temperatura
+
INICIADOR MONÔMEROSOLVENTE
Polímero em solução Polímero precipitado
(separado, seco e granulado)
Contaminação e
reciclagem do solvente
Pode reagir com acadeia e terminar a
propagação MM
Pureza Poliolefinas - Resina fenólica
Técnicas de polimerização
Em Suspensão Monômeros insolúveis são dispersos em água
Água substitui o solvente na dissipação de calor Iniciador dissolvido no monômero Quando suspensos em água, pulverizam, formando regiões de polimerização individuais
Evita-se a coalescência das gotas com a adição de agentes tensoativos
Técnicas de polimerização
Em emulsão
Monômero insolúvel em água Iniciador solúvel em água Agente emulsificante – sabão Parte hidrofílica e hidrofóbica
Migração de monômeros das gotas para as micelas
por diferença de concentração Faz aproximação do iniciador e monômero ocorrendo a polimerização nas micelas Solvente não contamina o polímero
Técnicas de polimerização
Interfacial
Monômeros dissolvidos em solventes imiscíveis entre si
Monômeros devem ser muito reativos
Polimerização ocorre na fronteira entre os solventes
Técnicas de processamento
Extrusão
Processo contínuo Matéria-prima em grânulos ou pó Amolecimento do polímero
ocorre por aquecimento e cisalhamento
Técnicas de processamento
Extrusão
Matrizes que dão forma ao perfil
Técnicas de processamento
Injeção
Ciclos de moldagem
Unidades de injeção, fechamento e resfriamento Permite a moldagem de peças mais complexas Material fundido é
injetado dentro de um molde, onde solidifica e
Técnicas de processamento
Sopro Obtenção de peças ocas através da insuflação de ar no interior de um tubo
termoplástico amolecido pré-formado (parison)
Técnicas de processamento
Rotomoldagem Molde é carregado com polímero em pó.
Gira vertical e horizontalmente enquanto é aquecido Polímero adere às paredes do molde pela força
centrípeta
Forma peças ocas e de grande porte
Técnicas de processamento
Termoformagem
Moldagem de chapas por aquecimento, pressão e vácuo
Reciclagem
Para haver reciclagem são necessários quatro elos:
Elo 1 - coleta e separação
Elo 2 – Logística reversa – como o material volta
para a indústria da Reciclagem
Elo 3 – Parque industrial reciclador – capacidade e
tecnologia
Elo 4 – Perfil da demanda por materiais reciclados
– empresas usuárias, estímulo, valorização do
Separação dos materiais plásticos
Ação magnética ou eletrostática – eliminação de contaminantes ferrosos
Ar comprimido – flotação do material mais leve (papel)
Hidrociclone ou tanque de sedimentação – para separar resinas por diferença de densidade
Mecânica
Primária
Secundária
Química (terciária)
Energética (quaternária)
Tipos de reciclagem de polímeros
Monômeros ou misturas de hidrocarbonetos que
servem como matéria-prima
Plástico atua como combustível para geração de energia elétrica
e térmica.
Os plásticos são os materiais com maior poder energético dentro da composição do lixo
urbano.
Em 1 kg de plástico existe energia equivalente a 1 kg de
Reciclagem Mecânica
Conversão dos descartes plásticos pós-industriais ou pós-consumo em grânulos.
Produtos a partir de um único tipo de plástico ou misturas de diferentes plásticos
Primária – Resíduos de processamento Secundária – Provenientes de produtos pós-consumo
E além de reciclar...
Biopolímeros
Obtidos de fontes renováveis – cana-de-açucar, milho, beterraba
Ciclo de obtenção mais curto que o
do petróleo
Atenção: Nem todo Biopolímero é um
biomaterial
PLA – Poli ácido lático
E além de reciclar...
Biodegradáveis
Degradação resulta da ação de
microorganismos de ocorrência natural sob condições favoráveis de temperatura e umidade
Pode ser consumido em semanas ou meses PCL - Policaprolactona
E além de reciclar...
Polímeros verdes Polímeros já existentes de fonte fóssil, mas que por avanços tecnológicos podem ser produzidos através de fontes renováveis Para cada tonelada de polietileno verde produzido, uma média de 2,5 toneladas de (CO2) é removida da atmosfera, ao invés de
2,5 toneladas de CO2 liberadas por um polietileno produzido a partir de matéria-prima
fóssil, como a nafta petroquímica
Não confunda: o PE verde não é
E além de reciclar...
Oxi-Biodegradável
Polímeros contendo aditivos que aceleram sua degradação oxidativa na presença de luz ou
calor.
Esses aditivos são compostos de metais de transição: Ferro, Níquel ou Cobalto
Não é biodegradável
