Relatório 9 - Solubilidade de Polímeros

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+UNIVERSIDADE ESTADUAL DE PONTA GROSSA 
SETOR DE CIENCIAS AGRÁRIAS E DE TECNOLOGIA 
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS 
 
AUGUSTO ARAUJO VUITIK 
KAROLINA MAIA 
MATHEUS WEHMUTH 
THIELY KOVALISKI DA SILVA PAULA SANTOS 
 
 
 
 
 
 
 
SOLUBILIDADE DE POLÍMEROS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
PONTA GROSSA 
MAIO/2014
 
AUGUSTO ARAUJO VUITIK 
KAROLINA MAIA 
MATHEUS WEHMUTH 
THIELY KOVALISKI DA SILVA PAULA SANTOS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SOLUBILIDADE DE POLÍMEROS 
 
 
 
Relatório apresentado à disciplina de 
Ensaios e Caracterização de Materiais do 
Curso de Engenharia de Materiais, 3ª 
série, da Universidade Estadual de Ponta 
Grossa – UEPG. 
 
Prof. Dr. Adriane Bassani Sowek 
 
 
 
 
 
 
PONTA GROSSA 
MAIO/2014 
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SUMÁRIO 
 
1 OBJETIVOS ..................................................................................................... 3 
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ............................................................................ 3 
2.1 REGRAS BÁSICAS DA SOLUBILIZAÇÃO DE UM POLÍMERO ...................... 4 
2.2 EFEITO DO TIPO DE CADEIA POLIMÉRICA NA SOLUBILIZAÇÃO .............. 4 
2.3 PARÂMETROS DE SOLUBILIDADE ............................................................... 5 
2.4 PARÂMETRO DE SOLUBILIDADE GENERALIZADO ..................................... 5 
3 MATERIAIS E MÉTODOS ............................................................................... 6 
3.1 MATERIAIS ...................................................................................................... 6 
3.2 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL ............................................................... 7 
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO ....................................................................... 7 
4.1 POLIETILENO DE BAIXA DENSIDADE .......................................................... 7 
4.2 POLIPROPILENO ............................................................................................ 8 
4.3 POLIETILENO DE ALTA DENSIDADE ............................................................ 8 
4.4 POLIESTIRENO ............................................................................................... 8 
5 CONCLUSÃO .................................................................................................. 9 
 
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1 OBJETIVOS 
 
Determinar o limite de liquidez (LL) da Argila SV, o limite de plasticidade (LP) 
do mesmo material e calcular o índice de plasticidade do material. 
 
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 
 
A solubilização de um polímero é um processo físico reversível, que não 
altera a estrutura química na cadeia polimérica, sendo um processo lento que 
acontece em dois estágios como mostra a Figura 1 (1). 
 
Figura 1: solubilização de um polímero mostrando seus dois estágios. (1) 
O polímero sólido em contato com o solvente tende a inchar através da 
difusão das moléculas do solvente para dentro da massa polimérica, formando um 
gel inchado. Este estágio não acontecerá se as estruturas químicas do polímero e 
do solvente forem muito diferentes, se existir alta densidade de ligações cruzadas e 
se as interações polímero-polímero forem muito maiores que as interações polímero-
solvente. 
No segundo estágio, a entrada de mais solvente leva à desintegração do gel 
inchado, com a consequente formação de uma solução verdadeira. Este estágio 
será prejudicado (mas não necessariamente inviabilizado) se na massa polimérica 
estiverem presentes: cristalinidade, pontes de hidrogênio, ligações cruzadas (em 
baixas concentrações) e se as interações polímero-polímero forem maiores que as 
interações polímero-solvente (1). 
 
 
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2.1 REGRAS BÁSICAS DA SOLUBILIZAÇÃO DE UM POLÍMERO 
 
 Deve existir semelhança química e estrutural entre o polímero e o solvente. 
Semelhante dissolve semelhante. 
 Para um dado par polímero/solvente, a solubilidade é acrescida com o 
aumento da temperatura e/ou redução da massa molecular da cadeia 
polimérica. 
 Polímeros termoplásticos altamente cristalinos apresentam solubilidade 
somente a temperaturas próximas à temperatura de fusão cristalina (Tm). (1) 
 
2.2 EFEITO DO TIPO DE CADEIA POLIMÉRICA NA SOLUBILIZAÇÃO 
 
Polímeros termoplásticos apresentam maior solubilidade. Para este tipo de 
polímeros vale a regra onde a interação entre as cadeias poliméricas e o solvente 
deve ser maior que as interações polímero-polímero ou solvente-solvente. No caso 
deste polímero, há ligações fracas entre as cadeias, que são rompidas pelas 
moléculas do solvente, e novas são formadas, entre solvente e polímero, mais fortes 
agora. Com a diminuição da interação entre as cadeias, estas apresentam uma 
maior liberdade de movimento dentro da estrutural, levando à desintegração e 
solubilização do material (Figura 2). 
Polímeros termorrígidos se apresentam como insolúveis. As ligações entre as 
cadeias poliméricas são primárias, isto é, mais fortes que para os polímeros 
termoplásticos. Logo, não são rompidas pela ação de solventes. Ocorre apenas o 
inchamento, pois o solvente fica impregnado no meio das cadeias poliméricas, sem 
romper nenhuma ligação. O grau de inchamento do polímero varia com a densidade 
de ligações cruzadas no polímero e a afinidade química entre o reticulado e o fluído. 
Logo, polímeros que apresentam maior densidade de ligações apresentam um 
menor inchamento. 
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Figura 2: interação de reticulados e cadeias lineares poliméricas com solventes. 
 
2.3 PARÂMETROS DE SOLUBILIDADE 
 
Para ocorrer solubilização de um soluto em um líquido, a variação de energia 
livre deve ser negativa (ΔG ˂ 0) . Como ΔG= ΔH – TΔS, e sendo a variação da 
entalpia (ΔH) e entropia (ΔS) ambas positiva, então para que haja dissolução é 
necessária que a variação da entalpia seja a menor possível. (1) 
Baixos valores de δ são característicos de elastômeros (SR, IR, NR, BR e 
SBR), valores intermediários de termoplásticos (PMMA, PVA, PVC e PS) e valores 
altos de polímeros capazes de formarem fibras (PAN). O politetrafluoretileno e o 
polietileno não seguem este padrão, pois são polímeros lineares, sem grupos 
laterais e, portanto, com altíssima capacidade de cristalização, sendo assim, sempre 
encontrados na temperatura ambiente na forma semicristalina (com porcentagem de 
cristalinidade acima de 90%) e, portanto, rígida, ou seja, com aspecto de plástico. (1) 
 
2.4 PARÂMETRO DE SOLUBILIDADE GENERALIZADO 
 
Hansen, em 1967, propôs que o parâmetro de solubilidade δ é formado pelo 
somatório das várias forças presentes na molécula, tendo, portanto, contribuições 
relativas às forças de dispersão (δd), às forças de pontes de hidrogênio (δh) e das 
interações dipolo-dipolo (δp). Como cada uma destas contribuições é representada 
por um vetor, todos ortogonais entre si, seu somatório é a diagonal do 
paralelepípedo, ou seja (1): 
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Figura 3: Representação geométrica espacial do parâmetro de solubilidade generalizado e 
do volume de solubilidade. (1) 
 
O volume de solubilidade de um polímero é um elipsoide que se transforma 
em uma esfera, com a condição estabelecida empiricamente de que a unidade ao 
longo do eixo δd seja duas vezes maior que a dos outros eixos. Portanto, a 
solubilidade de um polímero é definida pelo centro do seu volume de solubilidade 
com coordenadas (δd, δp, δh) e pelo seu raio de interação (R). 
Para que um líquido com coordenadas (δdt, δpt, δht) possa solubilizar um dado 
polímero, é preciso que suas coordenadas definam um ponto dentro da esfera de 
dissolução do polímero, ou seja, a distânciaentre este ponto e o centro da esfera 
(δd, δp, δh) deve ser menor ou igual ao raio de interação R (1): 
 
 
Se isto for verdade, o líquido solubilizará o polímero (1). 
 
3 MATERIAIS E MÉTODOS 
3.1 MATERIAIS 
 
 Pellets de Poliestireno (PS); 
 Pellets de Polipropileno (PP); 
 Pellets de Polietileno de baixa 
densidade (PEBD); 
 Pellets de Polietileno de Alta 
Densidade (PEAD); 
 Clorofórmio (CHCl3) P.A.; 
 Acetona ((CH3)2CO); 
 Xileno (C6H4(CH3)2; 
 Béqueres; 
 Bastão de vidro; 
 Termômetro; 
 Chapa aquecedora. 
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3.2 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 
 
Em uma capela de exaustão, deve-se adicionar 10 a 20 ml de cada solvente – 
xileno, acetona e clorofórmio – em diferentes béqueres. Foi montado um trio de 
solventes para cada polímero analisado. A seguir, foram adicionados cinco pellets 
do polímero aos três diferentes tipos de solvente. 
Após a adição, agitou-se o sistema com o bastão de vidro e anotou-se todas 
as características observadas, como: se o polímero solubilizou em temperatura 
ambiente ou se foi necessário o aquecimento do sistema; se o polímero estava 
aderindo nas paredes do béquer ou no bastão de vidro; mudança da coloração; se 
os pellets se aglomeram; densidade do polímero em relação ao solvente. 
 
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO 
 
Cada polímero foi exposto a três tipos de solvente, apresentando 
comportamentos característicos de acordo com a interação molecular de cada um. 
 
4.1 POLIETILENO DE BAIXA DENSIDADE 
 
Ao ser exposto à acetona e ao clorofórmio, o polímero não apresentou 
reatividade. Nesses dois casos não houve a formação de gel inchado, muito menos 
de solução. Porém, o PEBD afundou na presença de acetona, e flutuou no 
clorofórmio. Observando a estrutura do clorofórmio, este possui três átomos de 
cloro, o que lhe confere uma densidade muito maior do que a acetona, que possui 
apenas um átomo de oxigênio em sua molécula. (1) 
 
Figura 4: Representação da acetona, do clorofórmio e do mero de etileno, respectivamente. 
(1) 
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A solubilização do PEBD em xileno ocorreu apenas após o aquecimento. O 
polímero se aglutinou aos 70ºC e começou a dissolver aos 75ºC; alcançando 
dissolução completa aos 105ºC. 
O xileno é um composto apolar, enquanto a acetona e o clorofórmio possuem 
caráter polar. Por isso o xileno pode dissolver o PEBD. 
 
4.2 POLIPROPILENO 
4.3 POLIETILENO DE ALTA DENSIDADE 
4.4 POLIESTIRENO 
 
 
9 
 
 
5 CONCLUSÃO 
 
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REFERÊNCIAS 
 
[1] CANEVAROLO JR., Sebastião V. Ciência dos Polímeros. 2ª edição, Artliber 
Editora: São Paulo, 2006;