Aula 7 Tipos de Polémros

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Materiais PolimMateriais Polimééricosricos
ProfaProfa. K. Káátia Monteiro tia Monteiro NovackNovack
PolPolíímero naturaismero naturais
•• O cabelo, a lã e a seda são O cabelo, a lã e a seda são polipeptpolipeptíídeosdeos, isto , isto éé, , 
compostos cuja caractercompostos cuja caracteríística stica éé a unidade de repetia unidade de repetiçção ão ––
COCO--NHNH--CC--, com v, com váários grupos pendurados no segundo rios grupos pendurados no segundo 
áátomo de carbono. Eles são a versão natural do nylon.tomo de carbono. Eles são a versão natural do nylon.
polipeptpolipeptíídeosdeos
proteproteíínas (lã e seda)nas (lã e seda)
enzimasenzimas
aminoaminoáácidoscidos
Figura 1Figura 1-- PolipeptPolipeptíídeodeo
Amido e celuloseAmido e celulose
•• Tal como as proteTal como as proteíínas, amido e celulose são polnas, amido e celulose são políímeros meros 
naturais; a unidade que neles se repete naturais; a unidade que neles se repete éé a a glicoseglicose ou uma ou uma 
outra moloutra moléécula similar.cula similar.
•• Amido Amido éé comestcomestíível; a celulose não, mas tem funvel; a celulose não, mas tem funçção ão 
estrutural e estrutural e éé a substância orgânica mais abundante sobre a a substância orgânica mais abundante sobre a 
Terra. Ambos são exemplos de carboidratos.Terra. Ambos são exemplos de carboidratos.
Figura 2 Figura 2 –– Fibra de cabeloFibra de cabelo
Figura 3 Figura 3 –– Fibra de lãFibra de lã
Figura 4 Figura 4 –– Teia de seda Teia de seda extrudadaextrudada das fiandeiras da das fiandeiras da 
aranhaaranha
Figura 5 Figura 5 –– Seda exsudada das fiandeiras da aranhaSeda exsudada das fiandeiras da aranha
Figura 6 Figura 6 –– MolMolééculas de aminoculas de aminoáácido ligadas em cido ligadas em 
cadeias polipeptcadeias polipeptíídicas (seda)dicas (seda)
Figura 7Figura 7–– Amido (polAmido (políímeros de glicose: meros de glicose: amiloseamilose e e 
amilopectinaamilopectina))
Figura 8 Figura 8 -- CeluloseCelulose
Figura – Vista de uma seção de fibra de choupo
PolPolíímeros sintmeros sintééticosticos
PlPláásticos sticos -- Borrachas Borrachas -- FibrasFibras
(pol(políímeros de interesse industrial)meros de interesse industrial)
•• Os polOs políímeros sintmeros sintééticos são sintetizados quimicamente, ticos são sintetizados quimicamente, 
em geral, de produtos derivados do petrem geral, de produtos derivados do petróóleoleo
•• Podem oferecer uma infinidade de desenhos possPodem oferecer uma infinidade de desenhos possííveisveis
•• São projetados para atender cada aplicaSão projetados para atender cada aplicaçção requeridaão requerida
•• O tamanho e a composiO tamanho e a composiçção quão quíímica podem ser mica podem ser 
manipulados a fim de criar propriedades para quase manipulados a fim de criar propriedades para quase 
todas as funtodas as funççõesões
Polietileno Polietileno -- PEPE
•• Polietileno Polietileno éé, provavelmente, o pl, provavelmente, o pláástico mais usado no diastico mais usado no dia--aa--
diadia
•• Tem uma estrutura muito simples, a mais simples de todos Tem uma estrutura muito simples, a mais simples de todos 
os polos políímeros comerciaismeros comerciais
•• Algumas vezes sua estrutura se torna um pouco mais Algumas vezes sua estrutura se torna um pouco mais 
complicada: complicada: 
–– ÀÀs vezes, alguns s vezes, alguns áátomos de carbono, ao invtomos de carbono, ao invéés de ter s de ter 
áátomos de hidrogênio ligados a eles, têm longas cadeias tomos de hidrogênio ligados a eles, têm longas cadeias 
de PE ligadas a eles. São chamados ramificados ou de PE ligadas a eles. São chamados ramificados ou 
PEBD. Quando não existem ramificaPEBD. Quando não existem ramificaçções, são chamados ões, são chamados 
de lineares ou PEAD. PE linear de lineares ou PEAD. PE linear éé muito mais forte do que muito mais forte do que 
o PE ramificado, mas o ramificado o PE ramificado, mas o ramificado éé mais barato e mais mais barato e mais 
ffáácil de sintetizarcil de sintetizar..
Figura 9Figura 9-- ComparaComparaçção entre as energias necessão entre as energias necessáárias rias 
na obtenna obtençção de Al, aão de Al, açço, PEo, PE
Figura 10Figura 10-- CristalizaCristalizaçção do polietilenoão do polietileno
•• PEAD (linear) PEAD (linear) éé normalmente produzido com pesos normalmente produzido com pesos 
moleculares na faixa de 200 a 500 mil, mas podem ter PM moleculares na faixa de 200 a 500 mil, mas podem ter PM 
ainda mais altos. PE com pesos moleculares de 3 a 6 ainda mais altos. PE com pesos moleculares de 3 a 6 
milhões milhões éé chamado de PE de ultra alto peso molecular chamado de PE de ultra alto peso molecular 
(PEUAPM) e pode ser usado como fibras que são tão (PEUAPM) e pode ser usado como fibras que são tão 
fortes que substitufortes que substituííram ram KevlarKevlar no uso de vestes no uso de vestes àà prova prova 
de balas.de balas.
•• PE ramificado PE ramificado éé freqfreqüüentemente feito por polimerizaentemente feito por polimerizaçção ão 
via radical livre. PE linear via radical livre. PE linear éé feito por procedimentos mais feito por procedimentos mais 
complicados chamados sistemas catalcomplicados chamados sistemas catalííticos de ticos de 
coordenacoordenaçção: Zieglerão: Ziegler––Natta e Natta e KaminskyKaminsky. . 
Figura 11 Figura 11 –– Filme de PE obtido por POMFilme de PE obtido por POM
Polipropileno Polipropileno -- PPPP
•• Polipropileno Polipropileno éé um dos mais versum dos mais versááteis polteis políímeros que meros que 
existem. Podem ser usados como plexistem. Podem ser usados como pláásticos e como fibrassticos e como fibras
–– PlPláásticos: embalagem de alimentos que são levadas a sticos: embalagem de alimentos que são levadas a 
lavalava--loulouçças (podem ser usadas pois não fundem as (podem ser usadas pois não fundem 
abaixo de 160abaixo de 160ooC)C)
–– Fibras: Fibras: carpetscarpets de uso externo/interno (funcionam bem de uso externo/interno (funcionam bem 
quando feitos de PP porque são fquando feitos de PP porque são fááceis de colorir e ceis de colorir e 
porque não absorvem porque não absorvem áágua)gua)
•• PP tambPP tambéém pode ser obtido por sistemas catalm pode ser obtido por sistemas catalííticos de ticos de 
coordenacoordenaçção: Zieglerão: Ziegler––Natta e Natta e KaminskyKaminsky. Esses sistemas . Esses sistemas 
geram polgeram políímeros com diferentes meros com diferentes taticidadestaticidades
•• A maioria dos PP que nA maioria dos PP que nóós utilizamos são s utilizamos são isotisotááticosticos, , 
algumas vezes são algumas vezes são atatááticosticos
•• Usando Usando catalizadorescatalizadores metalocênicosmetalocênicos especiais especiais éé posspossíível vel 
sintetizar polsintetizar políímeros contendo blocos de PP meros contendo blocos de PP isotisotááticosticos e e 
atatááticosticos na mesma cadeia. Este polna mesma cadeia. Este políímero mero éé borrachosoborrachoso e e 
se torna um bom elastômerose torna um bom elastômero
•• PP PP atatááticotico seria seria borrachosoborrachoso sem a ajuda dos blocos sem a ajuda dos blocos 
isotisotááticosticos mas não seria muito forte. Os fortes blocos mas não seria muito forte. Os fortes blocos 
isotisotááticosticos mantêm as cadeias juntas para dar mais formantêm as cadeias juntas para dar mais forçça a 
ao material. A maioria das borrachas tem que ter ligaao material. A maioria das borrachas tem que ter ligaçções ões 
cruzadas para ter forcruzadas para ter forçça, isso não acontece com o PP a, isso não acontece com o PP 
elastomelastomééricorico
OBS: O PP comprado no mercado tem aproximadamente OBS: O PP comprado no mercado tem aproximadamente 
5050--60% de cristalinidade, teor considerado alto para 60% de cristalinidade, teor considerado alto para 
que ele se comporte como elastômero.que ele se comporte como elastômero.Figura 12 Figura 12 –– MolMoléécula de PPcula de PP
Poliestireno Poliestireno -- PSPS
•• PS PS éé um polum políímero rmero ríígido e barato e provavelmente apenas o gido e barato e provavelmente apenas o 
PE PE éé mais usado no nosso diamais usado no nosso dia--aa--diadia
•• ÉÉ obtido por polimerizaobtido por polimerizaçção via radical livre (PS ão via radical livre (PS isotisotááticotico))
•• PS sindiotPS sindiotáático tico éé obtido utilizando catalisador obtido utilizando catalisador metalocênicometalocênico
•• PS PS éé tambtambéém um dos componentes de uma borracha rm um dos componentes de uma borracha ríígida gida 
chamada SBS chamada SBS –– poli(poli(estirenoestireno--butadienobutadieno--estirenoestireno): ): 
termopltermopláástico stico elastomelastomééricorico
•• A combinaA combinaçção de copolão de copolíímeros em bloco possibilita a meros em bloco possibilita a 
““construconstruççãoão”” de polde políímeros com diferentes propriedades meros com diferentes propriedades 
(Figura 3)(Figura 3)
Figura 13 Figura 13 -- VariaVariaçções de combinaões de combinaçções espaciaisões espaciais na na 
polimerizapolimerizaçção do estirenoão do estireno
Figura 14 Figura 14 -- Estrutura quEstrutura quíímica do copolmica do copolíímero em bloco mero em bloco 
estirenoestireno--butadienobutadieno--metacrilato de metila (SBM)metacrilato de metila (SBM)
Figura 15Figura 15-- Microscopia eletrônica do SBMMicroscopia eletrônica do SBM
•• CopolCopolíímeros graftizados de estireno e polibutadieno são meros graftizados de estireno e polibutadieno são 
chamados de poliestireno de alto impacto (HIPS)chamados de poliestireno de alto impacto (HIPS)
–– HomopolHomopolíímeros de PS e BR não se misturam. As meros de PS e BR não se misturam. As 
ramificaramificaçções de BR tentam se separar da fase onde estão ões de BR tentam se separar da fase onde estão 
as cadeias de PS formando pequenas massas mas, como as cadeias de PS formando pequenas massas mas, como 
estão presas, causam um efeito no PS: agem absorvendo estão presas, causam um efeito no PS: agem absorvendo 
energia quando o polenergia quando o políímero mero éé atingido por alguma coisa. atingido por alguma coisa. 
Elas dão ao polElas dão ao políímero uma resiliência que o PS mero uma resiliência que o PS 
normalmente não tem. Torna o material forte, não normalmente não tem. Torna o material forte, não 
quebradiquebradiçço, e capaz de suportar altos impactos sem o, e capaz de suportar altos impactos sem 
quebrar.quebrar.
OBS: Nem todas as cadeias do HIPS são ramificadas, OBS: Nem todas as cadeias do HIPS são ramificadas, 
existem muitas cadeias de BR e PS misturadas existem muitas cadeias de BR e PS misturadas 
tambtambéém, o que faz com que o HIPS tambm, o que faz com que o HIPS tambéém seja m seja 
conhecido por conter misturas imiscconhecido por conter misturas imiscííveis de PS e BR. veis de PS e BR. 
Mas são as molMas são as molééculas graftizadas que fazem com que culas graftizadas que fazem com que 
o sistema inteiro funcione atravo sistema inteiro funcione atravéés da ligas da ligaçção entre as ão entre as 
duas fasesduas fases
Figura 16Figura 16-- PS de alto impacto (copolPS de alto impacto (copolíímero graftizado mero graftizado 
de estireno e butadieno)de estireno e butadieno)
Figura 17 Figura 17 –– PS expandidoPS expandido
Poli (cloreto de vinila) Poli (cloreto de vinila) -- PVC PVC 
•• PVC PVC éé úútil porque resiste a duas coisas: fogo e til porque resiste a duas coisas: fogo e ááguagua
•• ÉÉ obtido por polimerizaobtido por polimerizaçção via radical livreão via radical livre
•• Inicialmente a sInicialmente a sííntese do PVC foi patenteada na Alemanha ntese do PVC foi patenteada na Alemanha 
mas como eles não conseguiram descobrir uma utilizamas como eles não conseguiram descobrir uma utilizaçção ão 
para a nova descoberta, em 1925 sua patente expiroupara a nova descoberta, em 1925 sua patente expirou
•• Em 1926 pesquisadores americanos, trabalhando Em 1926 pesquisadores americanos, trabalhando 
independentemente, inventaram o PVC e primeiramente o independentemente, inventaram o PVC e primeiramente o 
utilizaram em cortinas para chuveiro. Posteriormente utilizaram em cortinas para chuveiro. Posteriormente 
milhares de aplicamilhares de aplicaçções forma descobertasões forma descobertas
Figura 18 Figura 18 –– Cloreto de vinila e PVCCloreto de vinila e PVC
Poli(metacrilato de metila) Poli(metacrilato de metila) -- PMMAPMMA
•• Utilizado, entre outras coisas, em substituiUtilizado, entre outras coisas, em substituiçção ao vidro em ão ao vidro em 
janelas de seguranjanelas de seguranççaa
•• PMMA PMMA éé mais transparente do que o vidro. Quando janelas mais transparente do que o vidro. Quando janelas 
de vidro são feitas muito grossas tornade vidro são feitas muito grossas torna--se difse difíícil enxergar cil enxergar 
atravatravéés delas. Janelas de PMMA podem ser feitas com 33cm s delas. Janelas de PMMA podem ser feitas com 33cm 
de espessura e ainda assim são perfeitamente transparentesde espessura e ainda assim são perfeitamente transparentes
–– Isso torna o PMMA um material perfeito para fazer largos Isso torna o PMMA um material perfeito para fazer largos 
aquaquáários, cujas janelas devem ser grossas o suficiente rios, cujas janelas devem ser grossas o suficiente 
para conter a alta pressão de milhões de galões de para conter a alta pressão de milhões de galões de áágua. gua. 
Ex.: Monterrey Bay Aquarium (CalifEx.: Monterrey Bay Aquarium (Califóórnia/EUA) rnia/EUA) éé feito de feito de 
uma uma úúnica penica peçça de PMMA com 16,6m largura, 5,5m altura a de PMMA com 16,6m largura, 5,5m altura 
e 33cm de espessura.e 33cm de espessura.
•• PMMA tambPMMA tambéém m éé encontrado em pinturas (tintas acrencontrado em pinturas (tintas acríílicas)licas)
–– Tintas acrTintas acríílicas normalmente contêm PMMA suspenso licas normalmente contêm PMMA suspenso 
em em áágua. Como PMMA não dissolve em gua. Como PMMA não dissolve em áágua, gua, éé usado usado 
um outro polum outro políímero como agente dispersante para tornar a mero como agente dispersante para tornar a 
áágua e o PMMA compatgua e o PMMA compatííveis.veis.
•• Geralmente Geralmente óóleos lubrificantes e fluleos lubrificantes e fluíídos hidrdos hidrááulicos tendem a ulicos tendem a 
se tornar muito viscosos em temperaturas muito baixas. A se tornar muito viscosos em temperaturas muito baixas. A 
adiadiçção de pequena quantidade de PMMA dissolvido nesses ão de pequena quantidade de PMMA dissolvido nesses 
flufluíídos e dos e óóleos leos éé suficiente para evitar o aumento na suficiente para evitar o aumento na 
viscosidadeviscosidade
–– Ex.: operaEx.: operaçção de equipamentos pesados em ão de equipamentos pesados em 
temperaturas muito baixas: com a aditemperaturas muito baixas: com a adiçção do PMMA a ão do PMMA a 
viscosidade dos viscosidade dos óóleos não aumenta e as mleos não aumenta e as mááquinas quinas 
podem ser operadas em temperaturas atpodem ser operadas em temperaturas atéé ––100100ooCC
Figura 19 Figura 19 –– Metacrilato de metilaMetacrilato de metila
Poli(tereftalato de etileno) Poli(tereftalato de etileno) -- PETPET
•• PET pode ser utilizado como plPET pode ser utilizado como pláástico ou fibrastico ou fibra
•• As cargas positivas e negativas dos diferentes grupos As cargas positivas e negativas dos diferentes grupos ééster da ster da 
cadeia do PET são atracadeia do PET são atraíídas uma em diredas uma em direçção a outra.Esta ão a outra.Esta éé a a 
razão do alinhamento das cadeias em forma organizada, razão do alinhamento das cadeias em forma organizada, 
cristalina, responscristalina, responsáável pela forvel pela forçça das fibras formadasa das fibras formadas
•• A reutilizaA reutilizaçção da garrafa de PET pode se tornar um problema ão da garrafa de PET pode se tornar um problemadevido a dificuldade na esterilizadevido a dificuldade na esterilizaçção do material. Devido ão do material. Devido àà
baixa Tg do PET esse processo não baixa Tg do PET esse processo não éé recomendrecomendáável pois o vel pois o 
polpolíímero não suportaria as altas temperaturas utilizadasmero não suportaria as altas temperaturas utilizadas
–– Uma alternativa seria utilizar uma mistura de PET com Uma alternativa seria utilizar uma mistura de PET com 
PEN PEN –– poli(naftalato de etileno). A mistura obtida apresenta poli(naftalato de etileno). A mistura obtida apresenta 
uma Tg alta o suficiente para suportar o processo de uma Tg alta o suficiente para suportar o processo de 
esterilizaesterilizaççãoão
Figura 20 Figura 20 –– Monômeros utilizados na obtenMonômeros utilizados na obtençção do PETão do PET
Figura 21 Figura 21 -- PETPET
Policarbonato Policarbonato -- PCPC
•• PC obtido a partir dos monômeros bisfenol A e fosgênio PC obtido a partir dos monômeros bisfenol A e fosgênio 
apresenta caracterapresenta caracteríísticas de um material termoplsticas de um material termopláásticostico
•• PC contendo grupamentos alPC contendo grupamentos alíílicos na cadeia formam ligalicos na cadeia formam ligaçções ões 
cruzadas tornando o polcruzadas tornando o políímero um material com caractermero um material com caracteríísticas sticas 
termorrtermorríígidasgidas
–– Essas ligaEssas ligaçções cruzadas tornam o polões cruzadas tornam o políímero muito forte, ou mero muito forte, ou 
seja, um material com maior resistência a ruptura do que o seja, um material com maior resistência a ruptura do que o 
vidro e por isso utilizado na fabricavidro e por isso utilizado na fabricaçção de lentes ão de lentes óóticas ticas 
(material mais leve e com maior (material mais leve e com maior ííndice de refrandice de refraçção)ão)
Poliamida Poliamida -- NylonNylon
•• Nylon Nylon –– primeira fibra completamente sintprimeira fibra completamente sintéética, foi tica, foi 
desenvolvida em meados da ddesenvolvida em meados da déécada de 1930 nos cada de 1930 nos 
laboratlaboratóórios da Du Pont.rios da Du Pont.
•• Poliamida que lembra um poliPoliamida que lembra um poliééster mas que resulta de uma ster mas que resulta de uma 
reareaçção entre grupos ão entre grupos ––NHNH22 (no lugar de (no lugar de ––OH) e carboxilasOH) e carboxilas
O O áátomo de hidrogênio a mais nessa substituitomo de hidrogênio a mais nessa substituiçção permite a ão permite a 
formaformaçção de pontes de hidrogênio que dão resistência ão de pontes de hidrogênio que dão resistência 
mecânica ao materialmecânica ao material
Figura 22 Figura 22 –– Versão industrial da fiandeira de uma Versão industrial da fiandeira de uma 
aranhaaranha
Figura 23 Figura 23 –– Vista de uma seVista de uma seçção de um fio de nylon 6,6ão de um fio de nylon 6,6
Figura 24 Figura 24 –– SEM de um fecho de velcroSEM de um fecho de velcro
Figura 25 Figura 25 –– Nylon 6,6Nylon 6,6
Poli(tetraflPoli(tetraflúúoror--etileno) etileno) -- PTFEPTFE
•• Descoberto por acaso nos laboratDescoberto por acaso nos laboratóórios da DuPont pelo rios da DuPont pelo 
ququíímico Roy Plunkett ao utilizar o gmico Roy Plunkett ao utilizar o gáás tetrafls tetraflúúoror--etileno em etileno em 
pesquisas sobre fluidos refrigerantespesquisas sobre fluidos refrigerantes
•• PTFE = teflonPTFE = teflon
•• AplicaAplicaçções: qualquer tipo de material que necessite de baixa ões: qualquer tipo de material que necessite de baixa 
aderência. Tambaderência. Tambéém muito utilizado em aplicam muito utilizado em aplicaçções mões méédicas dicas 
pois o corpo humano raramente rejeita as prpois o corpo humano raramente rejeita as próóteses feitas teses feitas 
desse materialdesse material
•• Obtido por polimerizaObtido por polimerizaçção via radical livreão via radical livre
•• O O áátomo de fltomo de flúúor, quando or, quando éé parte de uma molparte de uma moléécula, não cula, não 
““gostagosta”” de estar prde estar próóximo de outras molximo de outras molééculas, esta culas, esta éé a razão a razão 
para sua a baixa aderênciapara sua a baixa aderência
Figura 26 Figura 26 –– MolMoléécula de tetraflcula de tetraflúúoretilenooretileno
Figura 27 Figura 27 –– MolMoléécula de PTFEcula de PTFE
BorrachasBorrachas
•• A borracha A borracha éé um exemplo de um elastômero, um polum exemplo de um elastômero, um políímero mero 
eleláástico. A borracha natural stico. A borracha natural éé obtida comercialmente do obtida comercialmente do 
lláátex coagulado da tex coagulado da Hevea brasiliensisHevea brasiliensis, mas est, mas estáá tambtambéém m 
presente na flor dentepresente na flor dente--dede--leão (leão (Taraxacum officinaleTaraxacum officinale). ). ÉÉ
dura e quebradidura e quebradiçça quando fria e pegajosa quando quente. a quando fria e pegajosa quando quente. 
Suas propriedades elSuas propriedades eláásticas são mais eficientes se a sticas são mais eficientes se a 
borracha for moldada na forma desejada e depois aquecida borracha for moldada na forma desejada e depois aquecida 
com enxofre. Esse com enxofre. Esse éé o processo de vulcanizao processo de vulcanizaçção, inventado ão, inventado 
por Charles Goodyear, em 1839.por Charles Goodyear, em 1839.
–– Ex.: poliEx.: poli--ciscis--isopreno natural (NR), BR, SBR, NBR, isopreno natural (NR), BR, SBR, NBR, 
EPDM, CREPDM, CR
Figura 28 Figura 28 –– Folha de seringueiraFolha de seringueira
Figura 29 Figura 29 –– Isopreno e poliisoprenoIsopreno e poliisopreno
PolPolíímeros condutoresmeros condutores
• Os polímeros condutores são geralmente chamados de “metais 
sintéticos” por possuírem propriedades elétricas, magnéticas e ópticas 
de metais e semicondutores
• O mais adequado seria chamá-los de polímeros conjugados porque são 
formados por cadeias contendo duplas ligações C=C conjugadas. Esta 
conjugação permite que seja criado um fluxo de elétrons em condições 
específicas
• Exemplos: poliacetileno, polianilina, polipirrol, poli-p-fenilenovinileno
• OBS: Devemos lembrar que estrutura e a natureza elétrica dos átomos são 
responsáveis pelas propriedades dos condutores e isolantes, de maneira a que um 
polímero só se torna um condutor ou quando são removidos elétrons (oxidação) ou 
quando são adicionados elétrons (redução); esse processo possui um nome: 
“dopagem”.