cap12 - Microestrutura dos polímeros

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Livro: Materiais de Construção Civil 
Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia
Jane Proszek Gorninski 
Claudio de Souza Kazmierczak
PPGEC - Unisinos
Microestutura dos polímeros
Capítulo 12
Livro: Materiais de Construção Civil 
Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia
• o setor da construção, é considerado o segundo maior
consumidor de polímeros, depois do setor de embalagens;
• aplicações não-estruturais, como aplicações estruturais;
• demanda pelos polímeros deve-se, entre outros fatores, as
suas propriedades de durabilidade, resistência,
versatilidade na produção e baixo custo.
Polímeros na Construção Civil
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Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia
Aplicações
Não - estruturais:
• são adotados, entre os diversos usos, como
encanamentos, tubulações, cabos elétricos, reservatórios,
isoladores, impermeabilizantes, adesivos, pisos, foros,
divisórias e janelas. Na linha dos revestimentos,
encontram-se as tintas as resinas e outros materiais que
atuam como proteção e acabamento superficial.
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Aplicações
Estruturais:
• São utilizados na produção painéis, lajes e vigas, como
sanduíches, compósitos reforçados, concretos poliméricos
entre outros .
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Os tipos de polímeros
• Os polímeros podem ser naturais, aqueles originados de
plantas e animais; a madeira, a borracha, o algodão, a lã, o
couro e a seda.
• Outros polímeros naturais, como as proteínas, os amidos, as
celuloses, são também importantes para processos
biológicos e fisiológicos nas plantas e nos animais.
• A partir da determinação das estruturas moleculares destes
materiais, e de pesquisas na área de desenvolvimento de
polímeros tornou-se possível realizar a síntese de polímeros.
Dentre os polímeros sintéticos encontram-se os plásticos,
borrachas e as fibras.
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Origem e composição química dos 
polímeros sintéticos
• A matéria prima que dá origem ao polímero chama-se
monômero.
• O monômero é obtido a partir do petróleo ou do gás
natural.
• Entretanto, os monômeros podem ser obtidos da madeira,
álcool, carvão e até do CO2, pois todas essas matérias
primas são ricas em carbono, átomo principal que constitui
os materiais poliméricos.
• A forma mais econômica e abundante de se obter a
matéria prima para síntese os polímeros é através da
destilação dos componentes do petróleo.
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Fundamentos importantes relacionados a 
estrutura química dos polímeros
• Constituição dos polímeros (hidrocarbonetos);
• Carbono é tetravalente, compartilha quatro elétrons,
formando assim quatro ligações interatômicas;
• Se um átomo estiver rodeado por quatro outros átomos,
este preferencialmente compartilhará elétrons com seus
vizinhos, ou seja, cada átomo contribuirá com um elétron
formado-se a ligação covalente e a molécula formada será
dita saturada.
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Hidrocarbonetos insaturados
Entretanto se um átomo de carbono não estiver rodeado 
por outros quatro átomos, este formará ligações com 
carbonos adjacentes como o eteno,
As moléculas com ligações covalentes duplas ou triplas 
são chamadas de insaturadas.
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Conceituação
• Polímeros são materiais compostos por macromoléculas.
Essas macromoléculas são cadeias compostas pela
repetição de uma unidade básica, chamada de mero;
• chama-se monômero a unidade isolada que deu origem
ao mero;
• Podem existir centenas, milhares ou centenas de milhares
de moléculas encadeadas numa molécula polimérica;
• Grau de polimerização, geralmente simbolizado pela sigla
DP ou n, é o número de meros presentes na cadeia
polimérica.
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Reações de polimerização
Polimerização por Adição:
• São aquelas formadas pela reação sucessiva de
monômeros contendo dupla ligação carbono-carbono,
denominados monômeros vinílicos.
• O termo vinílico é aplicado a todos os monômeros
contendo dupla ligação carbono-carbono.
nCH2 CH
Y
( CH
2
CH
Y
)
n
onde Y pode ser um grupo substituinte como hidrogênio, 
alquil, aril, nitrila, éster, cetona, éter ou halogênio.
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Exemplos de poliadição
• Quando o substituinte é o cloro forma-se o policloreto de
vinila (PVC);
• Quando temos substituintes como o flúor forma-se o
politetrafluoretileno (PTFE);
• Quando temos um grupamento metila forma-se então o
polipropileno (PP).
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Reações de polimerização
Polimerização por condensação:
• As reações de condensação se notabilizam pela
eliminação de uma pequena molécula (geralmente água,
álcool...) durante o processamento da reação.
• Uma reação de condensação típica é a de esterificação,
onde um álcool reage com um ácido orgânico, gerando um
éster conjuntamente com a eliminação de uma molécula
de água.
• Nesse tipo de reação, os grupos químicos responsáveis
pela reação são o grupo hidroxila (OH-) no álcool e o
grupo ácido carboxílico (HO-C=O) no ácido.
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Exemplos de policondensação
• Através deste tipo de polimerização são obtidas as
poliamidas, resinas alquídicas, fenol-formaldeídos,
poliésteres, conforme exemplo:
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Peso molecular numérico médio (Mn)
• onde ni = Ni = número de cadeias de um determinado
tamanho, Mi é a massa molar de uma determinada cadeia
i e nt é o número total de cadeias.
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Peso molecular ponderal médio (Mw)
•onde, wi é a quantidade em gramas de material com massa molar igual a Mi.
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Estrutura das macromoléculas
• Homopolímeros
O polímero que é constituído apenas de um tipo de mero,
é denominado homopolímero. Ex.: PVC
• Copolímeros
Quando há mais de um tipo de mero na composição do
polímero, este é designado copolímero, e os monômeros
que lhes dão origem, comonômeros. E.: SBR
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Classificação das cadeias dos copolímeros
• Os copolímeros estão classificados de acordo com a disposição dos
monômeros nas cadeias poliméricas.
• Os copolímeros cujas unidades químicas não seguem qualquer ordenação,
dispondo-se ao acaso, são chamados de copolímeros estatísticos.
• No outro extremo, quando há perfeita regularidade de constituição, dispondo-
se as unidades químicas diferentes de modo alternado, são chamados de
copolímeros alternados.
• Se ao invés de uma unidade química de cada tipo, alternam-se seqüências de
unidades químicas iguais, o produto é denominado copolímero em bloco.
• No caso particular de esses blocos existirem como ramificações poliméricas
do esqueleto principal da macromolécula, o copolímero é dito grafitizado ou
enxertado (graft copolymer).
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Copolímeros clássicos e os comonômeros que 
lhe deram origem
Copolímero Sigla Meros
Copolímero de Butadieno - Estireno SBR Estireno e Butadieno
Copolímero de Etileno-Acetato de Vinila EVA Etileno e Acetatode Vinila
Copolímero de Acrilonitrila-Butadieno-Estireno ABS Acrilonitrila, Butadieno e Estireno
Copolímero tribloco de Estireno-Buatadieno-
Estireno
SBS Estireno, Butadieno e Estireno
Elastômero de Etileno -Propileno EPR Etileno e Propileno
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Estrutura das cadeias poliméricas
•Os polímeros podem ter suas cadeias sem
ramificações, admitindo conformação em zigue-zague -
polímeros lineares ou podem apresentar ramificações,
cujo grau e complexidade pode ir até o extremo da
formação de retículos, resultando então o que se
denomina polímero reticulado, ou polímero com
ligações cruzadas, ou polímero tridimensional.
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Estrutura das cadeias poliméricas
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Características de fusibilidade
• Os polímeros lineares ou ramificados, que permitem fusão
por aquecimento e solidificação por resfriamento,
constituem os chamados termoplásticos.
• Os polímeros que, por aquecimento ou outra forma de
tratamento, assumem a estrutura tridimensional,
reticulada, tornando-se insolúveis e infusíveis, são
chamados termorrígidos.
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Termorrígidos
• Os polímeros termorrígidos, também conhecidos como
termofíxos, reagem quimicamente formando ligações cruzadas
entre as cadeias e se solidificam. Estes polímeros são
moldados ainda na forma de pré-polímero, antes da cura e da
formação das ligações cruzadas.
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Relação estrutura x propriedades
• A viabilidade de cristalização está relacionada a uma configuração regular
das cadeias, o que é obtido nos polímeros sindiotáticos e isotático.
• Outros fatores que afetam a cristalinidade:
• A intensidade das forças intermoleculares, também tem um papel
importante na cristalinidade dos polímeros. As ligações hidrogênio ou
mesmo as forças dipolo são possíveis entre as cadeias aumentando a
possibilidade de cristalização comparado a forças de Van der Walls, que
ocorrem entre as macromoléculas apolares.
• A cristalinidade não é favorecida em moléculas poliméricas formadas por
meros complexos ou ramificados, como o poli-isopreno. Estas
desfavorecem o empacotamento do polímero.
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Representação esquemática de um 
esferutilo polimérico