Estudo dirigido - Polímeros

Prévia do material em texto

��FUNDAÇÃO PRESIDENTE ANTÔNIO CARLOS
BR 482 km 3 – Gigante
CEP – 36.400-000 – Conselheiro Lafaiete – MG
1º PERIODO ENGENHARIA DE MINAS��
� UNIPAC – Universidade Presidente Antônio Carlos
 Disciplina: Química Geral I
 
	
ESTUDO DIRIGIDO 
POLÍMEROS
PROFESSORA: 
CONSELHEIRO LAFAIETE, 05 DE JUNHO DE 2015
�
Polímeros
O que são Polímeros? 
Polímeros são moléculas muito grandes, chamadas macromoléculas formadas por união de unidades menores chamadas monômeros (uma molécula com uma unidade de repetição) que estão ligados entre si através de ligações covalentes, formando assim cadeias de moléculas. 
Um exemplo é o etileno (C2H4), que é o monômero utilizado na fabricação de sacolas plásticas de supermercado. O etileno é uma molécula pequena formada por dois átomos de carbono e quatro átomos de hidrogênio, através da junção de varias moléculas de Etileno formamos o Polietileno que chega a ter 50 mil átomos de carbonos em cada uma dessas estruturas.
Entretanto, temos de ter em mente que nem toda macromolécula será um polímero, macromoléculas são moléculas grandes, de elevado peso moleculares, o qual decorre de sua complexidade química, podendo ou não ter unidades químicas repetidas.
Polímeros não são apenas plásticos, eles estão presentes em quase tudo que observamos ao nosso redor desde materiais plásticos a fibras têxteis como, o Poliéster o náilon todos são materiais poliméricos, formados pela união de moléculas menores.
Eles podem ser naturais (encontrados na natureza) como celulose, proteínas, amidos borrachas e ácidos nucléicos; Ou sintéticos (fabricados industrialmente) como polietileno, náilon, PVC, teflon, poliéster e borracha.
Esquematize três unidades repetidas do polímero formado por:
a) CH2=C(CH3)2
Figura 1 - Polímero formado por três unidades repetidas.
b) CH2=CHCN
Figura 2 - Polímero formado por três unidades repetidas.
Como os polímeros são classificados de acordo com o processo de preparação?
A reação química que conduz à formação de polímeros é a polimerização. Através dessa reação de polimerização de compostos simples, os monômeros, se obtém as macromoléculas dos polímeros.
Chamamos a unidade repetidora mais simples de “mero”.
O número de “meros” da cadeia polimérica é denominado grau de polimerização.
Figura 3 - Monômeros e Polímero
A repetição em longas cadeias, de uma mesma unidade repetidora (mero), origina os Homopolímeros, quando há repetição de dois ou mais meros distintos na molécula designado Copolímero.
A polimerização pode efetuar-se por distintos métodos, que podem ser:
Polimerização por adição
Ocorre a partir de monômeros que contêm uma ou várias duplas ligações, em condições de pressão, temperatura e um catalisador adequado onde vai acontecer a quebra de uma ligação e assim aparecer valências livres com isso o mero vai se ligar repetidamente “n” vezes (grau de polimerização). 
Não gera nenhum subproduto, e não há perda de massa na forma de compostos de baixo peso molecular. Assumindo-se conversão total, o peso de polímero formado é igual ao peso de monômero adicionado. Normalmente, estes polímeros têm cadeia carbônica. 
Exemplos: Polietileno; Polipropileno; PVC entre outros.
Polimerização por condensação
Originam-se da reação de dois grupos funcionais reativos, agrupamentos específicos de elementos que mantêm características químicas e físicas entre si, ocorrendo à eliminação de moléculas mais simples, gerando subprodutos como: H, O, HC1, NH, etc.
Como os grupos funcionais reagem entre si não há a necessidade da adição de iniciadores para começar a reação.
Exemplo: Poliéster surge através da reação de um diácido com um glicol (diálcool) tendo como produto um éster e subproduto a água. 
Por que os polímeros não têm massa molar definida?
Durante a polimerização, dá-se o crescimento independente de cada cadeia polimérica. Durante a propagação, a um dado momento, o centro ativo se estabiliza e desaparece (término). Essa estabilização vai se dar de maneira independente e diferenciada para cada cadeia, produzindo cadeias poliméricas com comprimentos diferentes variando em torno de uma média. Assim o polímero não possui uma seqüência lógica, com isso sua massa molar não é definida, portanto para calcular valores de massa molar de polímeros usa-se um valor médio.
É feito um estudo probabilístico para saber a massa molecular (ou região de variação dela) que pode representar tal polímero. Daí o termo “Massa molar probabilístico” já que a caracterização do polímero começa por assim dizer, determinando a sua relação massa/mol.
Qual é a diferença entre um polímero termoplástico e um polímero termofixos?
Termoplásticos: É um dos tipos de plásticos mais encontrados no mercado, podem ser fundidos diversas vezes, alguns podem ate dissolver-se em vários solventes. Logo, sua reciclagem é possível, característica bastante desejável atualmente.
Caracterizam-se por, ao completar-se a polimerização, possuírem moléculas constituídas de cadeias predominantemente lineares, eventualmente apresentando ramificações.
Polímeros que podem ser fundidos diversas vezes.
São os chamados plásticos, constituindo a maior parte dos polímeros comerciais.
As propriedades mecânicas variam conforme o plástico: sob temperatura ambiente, podem ser maleáveis, rígidos ou mesmo frágeis.
Termofixos: também conhecidos por termorrígidos, termoendurecidos, polímero em rede. São de alta dureza e comportamento frágil, porém bastantes resistentes, sendo muito estáveis a variações de temperaturas. Uma vez transformados (moldados), não se fundem. O aquecimento do polímero acabado promove decomposição do material antes de sua fusão, tornando impossível sua reciclagem.
São materiais onde a polimerização ocorre em dois estágios:
No fabricante das resinas: onde se produz um composto (cujas cadeias são lineares ou ramificadas) que ainda não é um polímero.
 No transformador: onde a polimerização se completa em um segundo estágio, por ocasião da moldagem, conseqüência da ação de calor e de um agente de cura, formando então as ligações cruzadas nas cadeias poliméricas.
O que são copolímeros?
Copolímero é um polímero que na polimerização é utilizado mais de um mero diferente pra formação da cadeia polimérica.
Ele pode ser divido em razão as formas de distribuição dos diferentes meros na cadeia, podendo ser:
Aleatório: não seguem uma seqüência definida. (A e B sendo representações de dois diferentes meros)
-A-A-B-A-B-B-A-A-A-B-A-B-B-
Alternado: onde os meros estão dispostos de forma alternada.
-A-B-A-B-A-B-A-B-A-B-A-B-A-
Em bloco: há formação de seqüências de um dos meros sendo alternada pela seqüência de outro dado mero.
-A-A-A-A-A-B-B-B-B-B-B-A-A-A-A-A-A-
Grafitizado: existe uma cadeia de homopolímeros (A) e ligados a ela outra cadeia de homopolímeros (B).
O que são polímeros inteligentes?
São matérias avançados com capacidade para responder a estímulos provocados por pequenas alterações no seu meio envolvente. Os polímeros inteligentes compatíveis com água representam uma classe importante desses materiais, com aplicações em biomedicina, bionanotecnologia ou na liberação controlada de fármacos.
O que são polímeros condutores?
Uma de suas formas foi descoberta por acidente no inicio dos anos 70, quando um químico estava polimerizando o etino (acetileno) adicionou mil vezes a quantidade correta de catalisador. Em vez de uma borracha sintética ele obteve um filme fino e flexível, se parecia com uma folha cor-de-rosa de metal, e como um metal ele conduzia eletricidade.
Os metais conduzem eletricidade porque seus elétrons de Valencia se movem facilmente de um átomo a outro. A maior parte dos sólidos covalentes não conduzem eletricidade porque seus elétrons de Valencia estão fixos nas ligações entre átomos e não possuem liberdade de movimento. As exceções como a grafita e os nano tubostem ligações deslocalizadas em anéis aromáticos ligados entre si, por onde os elétrons podem se mover livremente, porque existem orbitais vazios próximos em energizados orbitais ocupados. No entanto, uma desvantagem é que a grafita comercial é fraca e quebradiça.
Os polímeros condutores são uma alternativa nova e excitante, eles não enferrujam e possuem densidades baixas. Podem ser moldados ou transformados em conchas, fibras, ou finas folhas plásticas e ainda podem funcionar como condutores metálicos, eles podem ser levados a brilhar com quase qualquer cor e mudar a condutividade quando as condições variam.
Todos os polímeros condutores têm uma característica em comum: uma cadeia longa com átomos de carbono com hibridação SP2, muitas vezes com átomos de nitrogênio ou enxofre incluídos nas cadeias.
Descreva como as ligações cruzadas afetam a elasticidade e a rigidez de um polímero?
As cadeias poliméricas estão ligadas entre si através de segmentos de cadeia unidos por forças primárias covalentes fortes e estas ligações se cruzam, e em função da quantidade de ligações cruzadas médias por volume unitário, pode-se subdividir esta classificação em polímeros com baixa densidade de ligações cruzadas ou polímeros com alta densidade de ligações cruzadas. Estas ligações cruzadas amarram uma cadeia às outras impedindo seu livre deslizamento.
A densidade de ligações cruzadas determina a rigidez e o grau deformação máxima antes da ruptura (elasticidade). Polímeros formados por cadeias longas tendem a ter alta viscosidade. A resistência dos polímeros aumenta com a ampliação do comprimento das cadeias, da polaridade dos grupos funcionais do polímero e das regiões de cristalização.
Por que a temperatura é aumentada para iniciar a maioria das reações de polimerização?
A reação de polimerização se da através de algumas vertentes primarias sendo temperatura de reação, pressão, tempo, presença e tipo de iniciador e agitação.
Com aumento da temperatura aumenta-se também a velocidade de reação, produzindo uma taxa de reação maior devido ao fornecimento de mais energia ao sistema e, portanto, iniciando a reação de polimerização. 
Redução da temperatura com a conseqüente redução na velocidade de reação, para valores tão baixos que podem ser considerados na prática como zero, isto é, interrupção da reação de polimerização. Com um posterior crescimento da temperatura, a reação voltaria a acontecer aumentando a massa molar.
O que significa finalização de cadeia em uma reação de polimerização?
Durante a reação de polimerização, os elementos estão se ligando ao anterior e posterior continuamente, para finalizar a reação é necessário que os elementos das extremidades da cadeia se diferenciem ocorrendo a finalização do polímero. Segue mais especificadamente para cada tipo de polimerização suas variáveis para finalizar a reação.
Polimerização por condensação:
Adição não estequiométrica (não equimolar) dos reagentes. Quanto maior a diferença da concentração molar entre os dois materiais iniciais, maior será a probabilidade de se encontrar o mesmo grupo funcional (relativo ao componente em maior concentração) nas pontas das cadeias em crescimento, dificultando a reação de polimerização e, como conseqüência, redução na massa molar h a l. Adição de um reagente mono funcional durante ou próximo ao final da reação.
A ponta da cadeia em que ele reagir não será mais reativa. Se for adicionada quantidade suficiente para que todas as pontas reajam com este componente, não haverá mais funcionalidade para permitir o crescimento da cadeia.
Redução da temperatura com a conseqüente redução na velocidade de reação, para valores tão baixos que podem ser considerados na prática como zero, isto é, interrupção da reação de polimerização. Com um posterior crescimento da temperatura, a reação voltaria a acontecer aumentando a massa molar.
Polimerização por adição:
As reações de polimerização em cadeias ocorrem na poliadição, o tamanho final das cadeias é atingido muito rápido, quase que imediato logo após o início da reação. Para isto ocorrer é necessário a propagação das espécies reativas através de adição sucessivas de moléculas, lembrando que as moléculas reagem com espécie ativa,  onde o Centro reativo pode ser um radical livre,  cation ou anion.  Quando o Centro ativo é desativado o sistema de crescimento da cadeia é interrompido. A finalização da cadeia teremos reações com diversos tamanhos, tendo dos pontos de contato, onde o primeiro não encontra o último e os intermediários ligam entre si.  O primeiro mais o último não se encontram por serem diferente, com apenas uma ligação e eles não se encontrando ocorre a finalizado da cadeia. 
A interrupção do crescimento da cadeia se dá através do desaparecimento do centro ativo, que pode ocorrer de várias maneiras, dependendo do tipo de monômero e condições de polimerização: Combinação de dois macro-radicais, desproporcionamento, transferência de cadeia ou transferência para o solvente
Por que os polímeros sindiotáticos e isotácticos são freqüentemente mais atrativos para o desenvolvimento de materiais?
Polímeros isotácticos ou sindiotáticos são assim chamados por possuírem taticidade ou por serem táticos, estereoespecíficos ou estereoregulares. Assim, a taticidade é a propriedade de um polímero ser isotácticos ou sindiotáticos (possuir um arranjo espacial ordenado). 
A taticidade dos polímeros determina a grau de cristalinidade que estes podem conseguir.  A maioria das propriedades físicas, mecânicas e termodinâmicas dos polímeros semicristalinos depende do grau de cristalinidade e da morfologia das regiões cristalinas. 
Quanto maior a cristalinidade, mais elevadas são as propriedades de densidade, rigidez, estabilidade dimensional, resistência química, resistência a abrasão, temperatura de fusão (Tm), temperatura de transição vítrea (Tg), temperatura de utilização, etc. Por outro lado, reduzem-se as propriedades de resistência ao impacto, elongação na ruptura, claridade óptica, etc
Obtenha informações sobre polímeros usados em três fibras sintéticas. Classifique os polímeros em:
Polímeros usados em Fibras sintéticas. 
Poliamidas: Polímero sintético obtido por policondensação que se caracteriza por conter na sua estrutura polimérica o grupo amídico – CONH-. As poliamidas obtêm-se principalmente por condensação das diaminas ou aminoácidos com diácidos. Apresentam boas características mecânicas (elevada resistência, elasticidade e tenacidade) e químicas. Alem da sua aplicação têxtil, são também usados na fabricação de placas, cilindros, tubos, revestimentos e mono filamentos como o fio de pesca. Poliamidas como Nylon e Aramidas são utilizadas como fibras sintéticas.
Polietileno: Polímero termoplástico obtido por polimerização do etileno. As características físicas e químicas do polietileno dependem do seu grau de polimerização. É utilizado na fabricação de películas, folhas de embalagens, aventais ou materiais isoladores.
Poliésteres: Obtém-se através da co-polimerização de poliálcoois como o glicol com poliácidos. Apresentam boas características mecânicas e químicas assim como um elevado ponto de fusão. Misturam-se com fibras inertes, obtendo-se produtos de alta resistência mecânica. Industrialmente é usado para substituir materiais metálicos. 
De adição ou de condensação
Para obter poliamidas são feitas reações de condensação que ocorrem entre um diácido carboxílico e uma diamida.  Polietileno é formado pela união de várias moléculas de etileno através de reações de adição. Poliésteres resultam da reação de condensação de poliácidos (ou também seus anidridos e ésteres) com poliálcoois. 
Alternados, de bloco ou de enxerto (caso eles sejam copolímeros)
Polímeros podem ser utilizados em todas as áreas profissionais. Dê exemplos de aplicações de polímeros em sua área de formação.
Alguns polímeros e suas aplicações na Mineração.
Poliuretano: 
Revestimento de rodas, polias, eixos, cilindros, tubos, rolos e roletes.Devido a sua alta resistência e durabilidade, tendo como característica e facilidade de em moldar as peças e trabalhar as durezas adequadas para cada tipo de aplicações nos variados tipos de equipamentos.
Figura 4 - Aplicações do Poliuretano na mineração.
Telas para peneiras de minérios: outro exemplo de aplicação de polietileno são as telas de peneiras que vem substituindo as telas de aço, por ter uma maior durabilidade e com isso um melhor custo benefício. A aplicação do polietileno nas telas das peneiras tem um melhor desempenho comparando com as telas de aço, devido a sua característica de não agregar material em suas aberturas. 
Figura 5 - Aplicações do Poliuretano na mineração.
Características da peneiras de poliuretano
	Resistência ao Impacto. 
Resistência Química.
Auto-Lubrificação.
Apresenta forte absorção de ruído
Proporciona longa vida útil
Propriedades Físicas
	 
	
	Alta resistência ao desgaste por abrasão
Resistência a impactos
	 
	
	Copolímero acrílico
Supressor de poeira: fabricado a partir de copolímero acrílico, que confere um elevado poder aglomerante e adesivo ao produto, garantindo elasticidade na formação da camada protetora e elevada resistência a água. Muito utilizado nas Minerações nas aplicações em taludes e pilhas de minério devido ao fator vento. Esse produto aplicado em uma concentração de 3% em água ao secar gera uma película protetora nas superfícies (taludes e pilhas de minérios), agindo assim como uma capa e evitando poeiras ao meio ambiente.
	
	
REFERÊNCIAS BIBILIOGRAFICAS 
-Canevarolo, Sebastião Vicente, Ciência dos polímeros: um texto básico para tecnólogos e engenheiros, 2º edição rev. e ampl. São Paulo: Artliber Editora, 2002. 
-Mano, Eloisa Biasotto, Introdução a polímeros, 2º edição rev. e ampl. São Paulo: Edgard Blucher, 2004
� PAGE \* MERGEFORMAT �4�