13 - Estrutura dos polímeros

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Princípios de Ciências dos Materiais
EET310 – Eng. Mecânica
Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais
Prof. Sérgio Camargo
Bloco F, 2°andar, sala 204
camargo@metalmat.ufrj.br
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O que vamos aprender...
• Quais são as características microestruturais básicas dos polímeros?
• Como as propriedades dos polímeros são afetadas pelo seu peso molecular?
• Como os cristais poliméricos acomodam as cadeias poliméricas?
A Estrutura dos Polímeros
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Polímeros
Adaptado da Fig. 14.2, Callister 7ed.
mero =unidade
que se repete
mero
mero
O que é um polímero?
poli
muitos
mero	
unidade que se repete
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Polímeros na História
Polímeros naturais são utilizados há muito tempo
Madeira		– Borracha
Algodão		– Lã
Couro 			– Seda
Usos antigos
Incas: bolas de borracha
Mesopotâmia: piche (Noé teria usado piche em sua arca...)
Os polímeros costumam ser associados a produtos recentes (Sec XX) mas ...
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Composição dos Polímeros
A maioria dos polímeros são hidrocarbonetos
 					– i. e. constituídos por C e H
Hidrocarbonetos saturados
Cada átomo de carbono ligado a quatro outros átomos
		
CnH2n+2
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Composição dos Polímeros
Pontos e fusão e ebulição aumenta com número de átomos de carbono:
		
Hidrocarbonetos CnHm com n grande, são sólidos à temperatura ambiente! 
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Ligações C-C duplas e triplas são relativamente reativas – podem formar novas ligações
 Ligação dupla – etileno ou eteno – C2H2n
 4 ligações mas apenas 3 átomos se ligam a cada C
 Ligação tripla – acetileno ou etino - CnH2n-2
Hidrocarbonetos Insaturados
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Isomerismo
dois compostos com a mesma fórmula química podem ter estruturas diferentes
	Ex: C8H18
n-octane
2-methyl-4-ethyl pentane (isooctane)
Isomerismo

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 Polímeros Comuns
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 Polímeros Comuns
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 Polímeros Comuns
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Polimerização com radical livre
Iniciador: exemplo – peróxido de benzoíla
Química dos Polímeros
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Química dos Polímeros
Obs: o polietileno é apenas um hidrocarboneto alifático de cadeia longa
 - as parafinas são apenas polietilenos curtos
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Peso Molecular
Adaptado da Fig. 14.4, Callister 7ed.
Mw é mais sensível a pesos moleculares altos
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Cálculo de Peso Molecular
Exemplo: massa média de uma turma de alunos
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Grau de Polimerização, n
ni = 6
Peso mol. unidade de repetição
fração da cadeia
n = grau de polimerização
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Estrutura molecular
Cadeia linear tridimensional
Ex: Polietileno
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Distância ponta a ponta, r
Adaptado da Fig. 14.6, Callister 7ed.
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Distância ponta a ponta, r
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• Configuração das cadeias x resistência:
Direção do aumento da resistência
Adaptado da Fig. 14.7, Callister 7ed.
Estruturas Moleculares
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Configuração Molecular
Conformação – A orientação molecular pode ser mudada por rotação das ligações 
Obs.: não é necessário romper ligações
Adaptado da fig. 14.5, Callister 7ed.
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Configuração Molecular
Configuração – para mudar é preciso quebrar ligações
Estereoisomerismo 
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Configuração Molecular:
Estereoisomerismo
isotática – todos os grupos R estão no mesmo lado da cadeia
sindiotática – os grupos R estão em lados alternados
atática – os grupos R estão distribuídos randomicamente
Configuração atática – estereoregularidade da cadeia
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Configuração Molecular:
Isomerismo Geométrico
cis
cis-isopreno (borracha natural)
 grupos no mesmo lado da cadeia
trans
trans-isopreno (guta percha)
grupos em lados opostos da cadeia
Isso se aplica a polímeros com ligação dupla C=C
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 Copolímeros
Adaptado da Fig. 14.9, Callister 7ed.
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Cristalinidade dos Polímeros
Adaptado da Fig. 14.10, Callister 7ed.
Adaptado da Fig. 14.12, Callister 7ed.
Ex: célula unitária do polietileno
Os cristais devem conter as cadeias arranjadas de alguma forma
Estrutura com cadeia dobrada
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• % Cristalinidade: % do material que é cristalina
 -- LRT e E em geral aumentam
 com a % de cristalinidade.
 -- Recozimento provoca o aumento
 das regiões cristalinas
 % cristalinidade aumenta
Os polímeros raramente apresentam 100% de cristalinidade 
 é muito difícil ter todas as cadeias alinhadas.
Cristalinidade dos Polímeros
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Forma dos Cristais Poliméricos
Adaptado da Fig. 14.11, Callister 7ed.
Monocristais – podem ser obtidos por crescimento lento cuidadoso
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Adaptado da Fig. 14.13, Callister 7ed.
Esferulitas – crescimento rápido forma estruturas lamelares que crescem radialmente
Forma dos Cristais Poliméricos
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Adaptado da 14.14, Callister 7ed..
Forma dos Cristais Poliméricos
Esferulitas sob luz polarizada cruzada
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Relatively few polymers responsible for virtually all polymers sold – these are the bulk or commodity polymers
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Polymer- can have various lengths depending on number of repeat units
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Simple for small molecules
All the same size
Number of grams/mole
Polymers – distribution of chain sizes
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