03 Sintese de Polimeros (2)

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CENTRO UNIVERSITÁRIO DO LESTE DE MINAS – UNILESTE-MG 
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS – CCE
CURSO DE ENGENHARIA QUÍMICA – CEQ
SÍNTESE DE POLÍMEROS
Relatório a ser apresentado ao professor Dr. Leonardo Ramos Paes de Lima como parte avaliativa da disciplina de Química Orgânica Experimental do curso de Engenharia Química do Unileste-MG
Alunos:
Gerardd Lyon Sales Araújo
Sabrina Andrade
CORONEL FABRICIANO - MG
MARÇO/2014
INTRODUÇÃO
Os polímeros são macromoléculas que são formadas pela junção de vários monômeros semelhantes e são obtidos através de reações de polimerização. Existem diferentes tipos de organização, em cadeias simples ou ramificadas, o que definem suas propriedades especificas, e também seu uso, seja em embalagens, roupas, materiais elétricos, aumotivos, eletrônicos e etc. (WAN; GALEMBECK ; GALEMBECK, 2001) 
Os polímeros têm elevada massa molecular, e a quantidade de monômeros existentes na molécula define o seu grau de polimerização, e sua reação é dada por valência para formar moléculas longas, mais ou menos ramificadas. Sendo que eles podem ser sintéticos ou naturais. Eles podem ser formados por reações de adição (cadeia) ou reações de condensação, ou seja, polímeros de adição, na qual não existe subprodutos e polímeros de condensação, em que moléculas pequenas como H2O, HCl são eliminadas. 
Os polímeros podem ser naturais, como a seda, a celulose, as fibras de algodão, ou sintéticos, como o polipropileno (PP), o poli (tereftalato de etileno) (PET), o polietileno (PE), o poli (cloreto de vinila) (PVC), etc. (SPINACÉ; DE PAOLI, 2005).
A polimerização por adição consiste na adição de monômero a outro através de ligações insaturadas. Essa reação pode ser iniciada pela introdução de um radical livre ou íon que, adicionado a um monômero insaturado, gera uma espécie ativa, que por sua vez, realiza reações sucessivas com outros monômeros dando origem a cadeia polimérica. O crescimento da polimerização ocorre com velocidade muito grande, que ocorre até a interrupção do crescimento da cadeia, que é dada por vários fatores, tais como, desproporcionamento, combinação bimolecular de cadeias em crescimento, transferência de cadeia. 
A polimerização por condensação ocorre pela eliminação de uma molécula menor e pela formação de ligações entre monômeros cada um contendo dois grupos, de modo que a reação possa ocorrer repetidamente produzindo uma macromolécula. Nessa reação não existe diferença de reatividade entre os monômeros dos grupos terminais da cadeia, tem uma evolução uniforme, sem etapas que caracterizam as reações por adição. A funcionalidade dos monômeros será responsável pela existência ou não de ramificações nas cadeias poliméricas. (NOGUEIRA; SILVA; SILVA, 2000) 
MATERIAL E MÉTODO
Síntese da resina ureia-formaldeído
Em um béquer de 50 mL, foram colocados 6 g de ureia, 10 mL de formaldeído e acrescentado 2 mL de solução de hidróxido de sódio a 10 %. Solubilizou a solução com movimento circulares, e colocou a mesma em banho-maria (a 80 ºC) durante 15 minutos. 
Após o banho-maria, a solução foi resfriada em banho de gelo por 10 minutos, agitando em movimentos circulares, similar a uma centrifugação. 
Após os 10 minutos no banho de gelo, foram adicionados 3 gotas de fenolftaleína e solução de ácido sulfúrico a 30 %, gota a gota, até que a solução ficasse neutra. Nesse momento foi adicionado corante verde à mistura. 
Logo após, a mistura foi vertida em moldes apropriados e adicionado solução de ácido sulfúrico a 30 % gota a gota. Após a reação acontecer, os moldes foram acondicionados em estufa a 50 ºC.
Síntese da Boráx- PVA
Misturou-se, em uma proveta de 50 mL, 4 g de bórax com 20 mL de água e 5 mL de glicerina. A mistura foi reservada para ser utilizada em uma parte posterior do experimento. Em um béquer de 250 mL, foi adicionado 25 mL de água, 37,5 mL de cola e um pouco de corante. Em seguida, homogeneizou-se a mistura e, mexendo constantemente, adicionou-se a solução de bórax preparada anteriormente 
RESULTADO E DISCUSSÃO
Síntese da resina ureia-formaldeído
A síntese da resina de UF apresenta a seguinte reação global: 
Figura 1 – Reação global da síntese de ureia-formaldeído
No procedimento foi necessário tomar devidos cuidados para que não ocorresse perda do material tanto na pesagem, quanto nas medições volumétricas. A observação do professor referente ao sistema de banho-maria foi levada em consideração: tomou-se o devido cuidado para que a solução não tombasse ou que a água do sistema de aquecimento contaminasse, perdendo assim toda a prática. 
Na hora do banho de gelo pode-se notar presença de ligeira turbidez na solução onde esta passou a apresentar viscosidade. 
Apesar das resinas de UF serem obtidas através de apenas dois reagentes principais, elas apresentam uma variedade de reações e estruturas possíveis. Este fato é devido à instabilidade de seus grupos funcionais. 
O caminho da reação depende do pH, da concentração, da reação molar, da temperatura, do tempo de reação e da sequência das reações. 
A base da química das resinas ureia-formol consiste na adição por etapas entre ureia e formol até a obtenção de uma resina de baixa massa molar. O comportamento da interação ureia-formol é determinado pelos grupos funcionais. A ureia reage como uma amina e o formol reage como um glicol. Durante a formação dos produtos de reação iniciais ocorre liberação de água. 
A síntese da resina de UF apresenta um mecanismo complexo, sendo descrito a seguir:
Figura 2 – Reação de polimerização da resina de ureia-formaldeído
 
 
Síntese da Boráx- PVA
A síntese da resina bórax-PVA apresenta a seguinte reação global:
Figura 3 – Reação global da síntese de bórax-PVA
Quando as soluções de PVA e tetraborato de sódio são misturados, forma-se um gel viscoelástico. O tetraborato de sódio sofre hidrólise em solução, gerando os iões borato, B(OH)4-. Os iões borato, por sua vez, reagem com os grupos hidroxila (OH-) do poli (álcool vinílico) gerando assim uma estrutura reticulada. A alta solubilidade em água sugere que existe extensa ligação de hidrogênio. (SHAKHASHIRI, 1989). 
Concordando com Shakhashiri (1989), o íon B(OH)4- atua no estabelecimento de ligações cruzadas entre as cadeias do polímero e estas ligações estão constantemente se rompendo e se formando novamente. Essa união entre as cadeias faz com que o limo tenha um comportamento viscoelástico; caso o limo fosse rapidamente esticado e solto, este tenderia inicialmente a sua contração, e se fosse lentamente puxado, tornar-se-ia fluido e tenderia a permanecer nesse novo formato. Isso ocorre devido ao constante rompimento das ligações e ao seu restabelecimento envolvendo outros grupos OH- do polímero. 
A síntese da resina de bórax-PVA apresenta seguinte mecanismo: 
Figura 4 – Reação de polimerização da resina de bórax-PVA
CONCLUSÃO
Os polímeros possuem uma gama de aplicações, seja em fibras, revestimentos, lentes de contato, adesivos, freios, utensílios domésticos, borrachas, tintas, roupas isolantes, tubos, conexões, antiaderentes, pneus, dentre outros, os mesmos são classificados segundo sua estrutura, suas características. No presente relatório são apresentados dois tipos de polímeros, a resina uréia-formaldeído, pertencente ao grupo dos polímeros termorrígidos, e a resina de bórax- PVA, que se apresenta como um tipo de hidrogel, um estado intermediário entre líquido e sólido. No experimento, observamos algumas das características e apresentação visual dos mesmos, sendo observado no primeiro polímero, um aspecto quebradiço, semelhante a de um gesso, e no segundo caso, um aspecto gelatinoso. Por meio do experimento executado, desenvolvemos algumas das formas de se sintetizar um polímero, obtendo resultados satisfatórios, segundo as características esperadas para os materiais obtidos, e como já dito anteriormente, isto é de crucial importância, visto o leque de aplicabilidades a que esses materiais se submetem. 
BIBLIOGRAFIANOGUEIRA, José de Souza; SILVA, André Luis Bonfim Bathista e; SILVA, Emerson Oliveira da; Introdução a Polímeros. Universidade Federal de Mato Grosso. Editora GPNM, 2000.
SHAKHASHIRI, B. Z. In Chemical Demonstrations: A Handbook for Teachers of Chemistry. 3. Ed. Wisconsin, Madison: University of Wisconsin Press Publisher, 1989.
SPINACÉ, M. A. S; DE PAOLI, Marco Aurelio. A tecnologia da reciclagem de polímeros. Química Nova, São Paulo, v. 28, n. 1, p. 65-72, mar. 2005.
WAN, Emerson; GALEMBECK, Eduardo; GALEMBECK, Fernando; Polímeros Sintéticos. Cadernos Temáticos de Química Nova na Escola. Edição Especial. Maio-2001.