Polímeros Pt.1

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Polímeros
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Plástico ou Polímero?
� Monômeros
� Grau de Polimerização
� Termoplásticos
� Termorígidos
� Elastômeros
� Fontes de Matéria Prima
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Plástico ou Polímero?
� PLÁSTICO: A palavra “plástico” deriva do grego 
“plastikus”, que em latim significa material que 
pode ser moldado com facilidade
� POLÍMERO: A palavra “polímero” também tem origem 
no idioma grego e significa muitas (poli) partes (mero)
Refere-se a um material (na maioria das vezes) 
orgânico ou inorgânico, cuja molécula é composta pela 
união repetitiva de várias partes menores chamadas de 
“meros”
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POLÍMEROS
• Termoplásticos ou 
termoendurecíveis
• Baixa rigidez
• Baixa resistência
• Baixa tenacidade
• Atacados por 
ultravioletas
• Baratos
• Fácil fabrico
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O que é um polímero?
� Polímero > origem orgânica sintética
� Capaz de serem moldados
� Moldados com ajuda de calor e pressão e com 
moldes
� Plastômero > Polímero plástico
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POLÍMEROS
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� São formados por várias cadeias de 
macromoléculas 
� Alto peso molecular
� Combinação de compostos químicos simples > 
monômeros. 
� Principais elementos químicos > carbono e o 
hidrogênio.
� Outros elementos > oxigênio, nitrogênio, cloro
Formação Química
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Como é um polímero ?
Todo polímero é uma macromolécula, 
mas nem toda macromolécula é um 
polímero
Macromolécula polimérica ���� possui 
unidade química repetitiva
Macromolécula não polimérica ���� não 
possui unidade química repetitiva
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Classificação dos polímeros
Quanto à estrutura química:
� Polímeros de cadeia carbônica → só átomos de 
carbono estão presentes na cadeia principal
� Polímeros de cadeia heterogênea → possuem 
átomos diferentes de carbono na cadeia 
principal
Quanto ao método de obtenção:
� Polímeros de adição
� Polímeros de condensação
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F Polímeros de 
cadeia
linear
Polímeros de 
cadeia
ramificada
Polímeros com
ligações 
cruzadas
Classificação quanto ao tipo de cadeia 
polimérica:
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Quanto ao processamento:
Polímeros termoplásticos →→→→ polímeros 
capazes de ser repetidamente amolecidos pelo 
aumento da temperatura, e endurecidos pela 
diminuição da temperatura
� Termoplásticos convencionais → commodities →
polímeros de grande consumo
� Ex.: PE, PS, PP, PVC
� Termoplásticos de engenharia
� Ex.: PC, POM, nylon, PBT
� Termoplásticos especiais
� Ex.: PEEK, Poli éter imida, PPS
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F Quanto ao comportamento 
mecânico:
� Plásticos
� Fibras →→→→ condição geométrica de alta relação 
L/D (alta razão de aspecto)
� Borrachas ou elastômeros →→→→ materiais 
poliméricos que exibem elasticidade em grandes 
faixas de deformação, na temperatura ambiente, 
após o processo de vulcanização
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POLIMERIZAÇÃO POR ADIÇÃO
MONÓMERO
MERO
POLIACETAL
FORMALDEÍDE
POLIETILENO
Cadeias bifuncionais
lineares
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Polímeros de adição
• São polímeros produzidos por reações de adição, nos quais
os monômeros adicionados um ao outro dão origem a um
polímero cuja massa molecular é a soma das unidades
monômeras que lhe deram origem.
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POLIMERIZAÇÃO POR CONDENSAÇÃO
Cadeias 
polifuncionais
tridimensionais
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Polímeros de Condensação
• Quando o polímero é obtido pela reação de dois
monômeros com eliminação de uma molécula mais simples
(H2O, NH3, ...), ele é chamado de polímero de condensação.
• Para formar um polímero de condensação, devemos
começar com monômeros contendo dois (ou mais) grupos
funcionais. Usualmente estão envolvidos dois monômeros
diferentes.
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Polímeros de Condensação
• Polimerização por condensação (por etapas): neste
processo, as reações químicas intermoleculares ocorrem por
etapas, e em geral envolvem mais de um tipo de monômero.
•Polimerização Exemplo: formação do poliéster (reação
entre hidroxila e carboxila)
Representação de um passo do processo de polimerização por 
condensação de um poliéster (este passo se repete 
sucessivamente, produzindo-se uma molécula linear)
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COPOLÍMEROS
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Quando uma substância passa do estado líquido para 
o sólido, duas situações distintas podem ocorrer:
2 - Os átomos ou moléculas congelam de uma maneira 
aleatória, sem nenhuma ordem. A esta estrutura dá-se o 
nome de estrutura amorfa
1 - Os átomos ou moléculas agrupam-se de uma maneira 
ordenada e repetitiva, caracterizando uma estrutura 
cristalina
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Morfologia dos polímeros cristalinos
Estrutura cristalina dos polímeros é complexa e ainda pouco 
entendida
� Primeira teoria proposta foi 
a das miscelas franjadas)
� Teoria mais aceita 
atualmente é a de cadeias 
dobradas
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Esferulitos
Regiões cristalinas (cristalitos), 
mais regiões amorfas, 
crescendo em todas as 
direções, formam as 
estruturas conhecidas como 
esferulitos
Tamanho dos esferulitos depende da velocidade de 
resfriamento
Resfriamento lento →→→→ esferulitos maiores
Resfriamento rápido →→→→ esferulitos menores
Propriedades mecânicas, químicas, ópticas dos polímeros 
semi-cristalinos dependem tanto da porcentagem total de 
cristalinidade conseguida durante o resfriamento, como do 
tamanho dos esferulitos 23
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Grau de cristalinidade (% em peso)Grau de cristalinidade (% em peso)Grau de cristalinidade (% em peso)Grau de cristalinidade (% em peso)
onde: 
ρS , densidade do polímero; ρa , densidade da parte amorfa; ρc , densidade da parte cristalina
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Efeito do grau de cristalinidade e da Efeito do grau de cristalinidade e da Efeito do grau de cristalinidade e da Efeito do grau de cristalinidade e da 
massa molar nas 15massa molar nas 15massa molar nas 15massa molarnas 15
características físicas do polietileno (PE)características físicas do polietileno (PE)características físicas do polietileno (PE)características físicas do polietileno (PE)
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Polímeros: Transições FísicasPolímeros: Transições FísicasPolímeros: Transições FísicasPolímeros: Transições Físicas
� Temperatura de fusão (Tm)
� Temperatura de transição vítrea (Tg)
Duas transições térmicas muitos importante 
para os materiais poliméricos: 
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Polímeros: Transições FísicasPolímeros: Transições FísicasPolímeros: Transições FísicasPolímeros: Transições Físicas
Abaixo Tg: o polímero se encontra no seu estado vítreo ou quebradiço (frágil)
Temperatura de Transição Vítrea - Tg
Tg: é um elemento essencial na seleção de materiais para determinadas 
aplicações. 
Mobilidade molecular devido ao fornecimento de calor ou energia à molécula
Acima Tg: comportamento borrachoso.
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F Características da transição vítrea:
� Não envolve a transformação de fase (não há mudanças na ordem 
estrutural
� Estado vítreo: estado supercongelado; sua estrutura depende da estrutura do 
líquido e da taxa de resfriamento
� Diferença entre o estado vítreo e o líquido: mobilidade das moléculas.
Polímeros: Transições Físicas
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� A temperatura onde cessam todos os movimentos 
moleculares é chamada de Temperatura de 
Transição Vítrea (Tg)
� Abaixo da Tg, o material comporta-se como um 
sólido, mas é na verdade um líquido “super 
resfriado”
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Polímeros: Transições FísicasPolímeros: Transições FísicasPolímeros: Transições FísicasPolímeros: Transições Físicas
� Polímeros amorfos: Comportamento físico
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Polímeros: Transições FísicasPolímeros: Transições FísicasPolímeros: Transições FísicasPolímeros: Transições Físicas
� Polímeros cristalinos: Comportamento físico
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Polímeros: Transições FísicasPolímeros: Transições FísicasPolímeros: Transições FísicasPolímeros: Transições Físicas
Fatores estruturais que influenciam a Tg
Fatores que favorecem Fatores que favorecem Fatores que favorecem Fatores que favorecem 
o aumento da Tgo aumento da Tgo aumento da Tgo aumento da Tg
Fatores que favorecem o Fatores que favorecem o Fatores que favorecem o Fatores que favorecem o 
decréscimo da Tgdecréscimo da Tgdecréscimo da Tgdecréscimo da Tg
Rigidez da cadeia 
principal
Flexibilidade da cadeia 
principal
Aumento da polaridade Aumento na simetria
Aumento da massa 
molar
Adição de diluentes ou 
plastificantes
Aumento da densidade 
de energia coesiva
Aumento da taticidade
Aumento das ligações 
cruzadas
Aumento das 
ramificações
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Massa molarMassa molarMassa molarMassa molar
onde: xi , fração numérica do total de moléculas que 
possuem massa Mi (massa molar da cadeia i)
Massa molar numérica média: 
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Massa molarMassa molarMassa molarMassa molar
onde: wi , fração em massa do total de moléculas que 
possuem massa Mi (massa molar da cadeia i)
Massa molar ponderada média:
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Polidispersão:
relação entre a massa molar numérica média e a massa 
molar ponderada média. 
• Quanto mais variados forem os tamanhos das 
moléculas, maior será a polidispersão (que sempre é 
maior que 1)
• Quando os tamanhos das cadeias são próximos, a 
polidispersão é aproximadamente 1.
Polidispersão molecular: 
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Polimerização:
reações químicas intermoleculares pelas quais os 
monômeros são ligados, na forma de meros, à estrutura 
molecular da cadeia.
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Polimerização:
reações químicas intermoleculares pelas quais os 
monômeros são ligados, na forma de meros, à estrutura 
molecular da cadeia.
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Polimerização:
O Grau de Polimerização (n) representa a quantidade 
média de meros existentes numa molécula (tamanho 
médio da cadeia):
Grau de polimerização:
onde: massa molar numérica média
massa molar ponderada média
massa molar do mero
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CARACTERÍSTICAS ESTRUTURAIS DE POLÍMEROS
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CARACTERÍSTICAS ESTRUTURAIS DE POLÍMEROS
O ponto de fusão, a 
rigidez e a resistência 
aumentam com o grau 
de polimerização e 
com a complexidade 
da estrutura molecular
(a) –Polietileno
(b) –Polímero isotático
(c) –Polímero sindiotático
(d) –Polímero atático
Polipropileno (R=CH3)
Poliestireno 
(R=anel benzeno)
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CARACTERÍSTICAS ESTRUTURAIS DE POLÍMEROS
RAMIFICAÇÃO
(BRANCHING)
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CARACTERÍSTICAS ESTRUTURAIS DE POLÍMEROS
CHAIN STIFFENINGVULCANIZAÇÃO
(CROSS-LINKING)
O grau de cristalinidade de um 
polímero depende da complexi-
dade da sua cadeia molecular
Quanto mais complexa a cadeia, 
menos cristalina (mais amorfa) mais 
rígida e mais resistente será
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CARACTERÍSTICAS ESTRUTURAIS DE POLÍMEROS
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Copolímeros Homopolímero
Homopolímero: polímero derivado de apenas uma espécie de 
monômero.
• Copolímero: polímero derivado de duas ou mais espécies de 
monômero.
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Copolímeros Homopolímero
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Copolímeros Homopolímero
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TERMOPLÁSTICOS E TERMOENDURECÍVEIS
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TERMOPLÁSTICOS E TERMOENDURECÍVEIS
Os polímeros podem ser classificados em 
termoplásticos e termofixos.
Termoplásticos
• Podem ser conformados mecanicamente 
repetidas vezes, desde que reaquecidos (são 
facilmente recicláveis).
• Parcialmente cristalinos ou totalmente amorfos.
• Lineares ou ramificados.
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TERMOPLÁSTICOS E TERMOENDURECÍVEIS
Termofixos
• Podem ser conformados plasticamente apenas 
em um estágio intermediário de sua fabricação. 
• O produto final é duro e não amolece com o 
aumento da temperatura. 
• Eles são insolúveis e infusíveis.
• Mais resistentes ao calor do que os 
termoplásticos.
• Completamente amorfos.
• Possuem uma estrutura tridimensional em rede 
com ligações cruzadas. 
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TERMOPLÁSTICOS E TERMOENDURECÍVEIS
A temperatura de transição vítrea depende da 
flexibilidade das cadeias e da possibilidade de 
sofrerem rotação.
Se T>Tg - alta mobilidade das cadeias
Se T<Tg - baixa mobilidade das cadeias
A flexibilidade das cadeias diminui pela introdução 
de grupos atômicos grandes ou quando há 
formação de ligações cruzadas - aumenta Tg
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