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1 Polímeros Uma introdução aos conceitos e caracterizações José Luiz Vilches Departamento de Física e Química - Unesp Grupo de Polímeros 1 Introdução De maneira geral, podemos classificar os materiais em três diferentes grupos. Temos os materiais cerâmicos, os metálicos e os poliméricos. Destes, os poliméricos se destacam pela diversidade de aplicações que ganharam nas últimas décadas, que vão desde embalagens, produtos de beleza e até medicamentos. E entre as várias opções de materiais que se classificam como polímeros, para saber qual deles é o melhor, primeiro é necessário saber qual a aplicação desejada e em seguida conhecer sobre estes materiais. Etimologicamente, a palavra polímeros pode ser dividida em duas partes: poli, que significa “muitos”, e mero, que quer dizer “unidades de repetição”. Em outras palavras, o termo quer dizer “muitas partes”. Mas como surgem e o que são os polímeros? Podemos dividir a formação de polímeros produzidos em laboratório em 3 partes. Na primeira, temos o monômero, uma molécula simples, pequena e individual. Em seguida, através de uma reação o monômero abre possibilidade para ligar-se com outras duas moléculas, formando o mero. Por último, esse mero pode se unir a outro mero, que se une a outro, outro e outro, formando uma cadeia linear longa. Portanto, pode-se dizer que polímero é uma macromolécula de alta massa molar com estrutura formada pela repetição de moléculas simples unidas por ligações covalentes. Historicamente, há registro do uso de polímeros naturais desde aproximadamente 1000 a.C., quando os chineses utilizavam um verniz extraído de determinada árvore (Rhus vernicflua). Durante um longo período, o homem limitou-se a utilizar apenas polímeros obtidos de fontes naturais, como o âmbar, o chifre, a borracha natural, entre outros. Somente após 1920, com o avanço da ciência, os polímeros começaram a ser produzidos em laboratório, como por exemplo, o polietileno (PE), silicone, nylon e acrílico. 2 PLÁSTICO e POLÍMERO são a mesma coisa? Há diversas formas para classificar os polímeros. Uma das mais comuns pode ser feita de acordo com seu comportamento mecânico, em que temos os termoplásticos, os termorrígidos/termofixos e os elastômeros. Os termoplásticos são materiais que possuem ligações fracas entre as cadeias (Figura 1), permitindo que se fundam em altas temperaturas, tornando-se uma espécie de líquido viscoso. Isso possibilita que sejam remoldados e reciclados. São comumente utilizados na fabricação de embalagens flexíveis, sacolas, brinquedos, encanamentos de água e esgoto. São exemplos de termoplásticos o Polietileno (PE), Poli(tereftalato de etileno) (PET) e o Poli(cloreto de vinila) (PVC). Os termorrígidos possuem ligações primárias fortes entre as cadeias (Figura 2), sendo materiais estáveis a variações de temperatura, sofrendo a decomposição antes da fusão. Isso torna sua reciclagem complicada, porém permite o reuso através da sua incorporação em outros materiais. Alguns de suas aplicações mais comuns envolvem a fabricação de cabos de panela, bolas de bilhar, tomadas e interruptores, sendo a baquelite um representante popular desta classe. Finalmente os elastômeros, são materiais que possuem a estrutura parecida com a dos termofixos, possuindo algumas ligações fortes entre as cadeias (reticulação), Figura 1 - Representação da estrutura de um termoplástico. Adaptado de: https://bityli.com/CfNQku Figura 2 - Representação da estrutura de um termorrígido. Adaptado de: https://bityli.com/CfNQku Reticulação Figura 3 - Representação da estrutura dos elastômeros. Adaptado de: https://bityli.com/CfNQku A d a p ta d o d e : h tt p s :/ /b it y li. c o m /C fN Q k u 3 no entanto apresentam alta elasticidade quando submetidos à uma força de tração (Figura 3). Não é possível que se fundam, tornando sua reciclagem complicada. Utilizando polímeros como o Butadieno Estireno (SBS) e Poliisopreno (IR) são utilizados na fabricação de mangueiras, pneus, solas de sapatos, entre outros. Outra classificação possível é dividi-los entre polímeros naturais e sintéticos. Os naturais são aqueles encontrados na natureza e podem ser de origem animal ou vegetal. A gelatina, a celulose e a borracha natural são exemplos de polímeros naturais diversos produtos, desde alimentos, livros, brinquedos e pneus. Como estabelecer uma aplicação para cada tipo de material? Existem diversas técnicas que podem ser utilizadas na caracterização de polímeros, fornecendo informações sobre suas propriedades físicas e químicas e tais propriedades vão definir as possíveis aplicações de cada material. A Espectroscopia no Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR) fornece informações sobre as bandas de absorção, quase que como uma “impressão digital” do material. Pode ser muito útil na identificação e comparação de amostras. A Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC) e Análise Termogravimétrica (TG ou TGA) são análises térmicas que determinam como os materiais se comportam com a variação de temperatura. Informações como a temperatura de transição vítrea, temperatura de fusão e estabilidade térmica podem ser determinadas a partir das duas técnicas. A Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) produz imagens com precisão e alta definição da superfície das amostras. Em polímeros, é possível alcançar um aumento de até 10.000 vezes. Já a Difração de Raios-X (DRX) fornece informações sobre a cristalinidade e a identificação de fases (amorfo ou cristalino) em cada material. Por fim, Ensaios de Tração são realizados a partir da aplicação de uma força que alonga um material até a ruptura, fornecendo um gráfico da tensão x deformação. Inúmeras informações sobre as propriedades mecânicas podem ser obtidas, como a resistência à tração e o módulo de elasticidade, que são importantes na definição de possíveis aplicações ao polímero. 4 Leitura recomendada Aspectos históricos sobre o desenvolvimento da ciência e da tecnologia de polímeros. Site: https://bityli.com/OtJUkt Introdução aos Plásticos. Site: https://bityli.com/NIlvxL Termofixos e Termoplásticos. Site: https://bityli.com/CfNQku O que são polímeros? Site: https://afinkopolimeros.com.br/o-que-sao- polimeros/ A evolução dos Materiais Poliméricos ao longo do tempo. Site: https://bityli.com/XcjqQJ
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