Aula 1 - Introdução a Polímeros-Graduação

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Polímeros
Professor André Simões
Ementa
�Conceitos Fundamentais
�Classificação dos Polímeros
�Nomenclatura dos Polímeros
�Monômeros e suas características
�Reações de Polimerização
�Técnicas de Polimerização
�Morfologia e Propriedades Físicas dos Polímeros.
�Pesos Moleculares dos Polímeros e sua Determinação.
�Caracterização dos Polímeros.
�Processamento de Polímeros
�Conceitos introdutórios sobre reologia
�Principais técnicas de transformação de termoplásticos: 
extrusão, injeção, sopro, termoformagem, rotomoldagem, 
etc.
�Relações processamento estrutura-propriedades.
• CANEVAROLO JÚNIOR, S.V., Ciência dos 
Polímeros: Um Texto Básico para Tecnólogos e 
Engenheiros. São Paulo: Artliber 2012.
• MANO, E.M. Meio Ambiente, Poluição e 
Reciclagem. Edgar Blücher Ltda., São Paulo: 
Edgar Blücher, 2005.
• MANO, E.B., Introdução a Polímeros. São Paulo: 
Edgard Blucher,1985.
BIBLIOGRAFIA BÁSICA BIBLIOGRAFIA BÁSICA BIBLIOGRAFIA BÁSICA BIBLIOGRAFIA BÁSICA 
BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTAR BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTAR BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTAR BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTAR 
• KRICHELDORF, Hans R.; NUYKEN, Oskar; SWIFT, 
Graham.Handbook of polymer synthesis. 2. Ed. New 
York: Marcel Dekker, 2005.
• COWIE, J. M. G.; ARRIGHI, Valeria. Polymers: 
chemistry and physics of modern materials. 3. Ed. 
Boca Raton: CRC, 2008.
• KONTOPOULOU, Marianna. Applied polymer 
rheology: polymeric fluids with industrial applications. 
New Jersey: Wiley Publishing, 2012
� Provas, P1, P2 e P3
� Faltas – 25%
Onde encontramos polímeros?
Poliéster
Baquelite
BORRACHA NATURAL
PVC
Poli(metacrilato de metila)
� Classes de materiais:
� METAIS
� CERÂMICOS
� POLÍMEROS
� COMPÓSITOS: composto por mais de um tipo de material
O QUE SÃO POLÍMEROS?
Polímeros são macromoléculas
compostas pela repetição de
uma unidade básica, chamada
mero.
Por exemplo, o Polietileno (PE), produzido a partir
do monômero etileno (ou eteno), é composto
pela repetição de milhares de unidades (meros) -
(CH2-CH2)- :
Onde n (Grau de Polimerização) normalmente é
superior a 10.000. Ou seja, uma molécula de
polietileno é constituída da repetição de 10.000 ou
mais unidades -(CH2-CH2)-.
mero = etileno
polímero = polietileno
Porque os polímeros são tão interessantes?
� Leveza
� Flexibilidade
� Baixas Temperaturas de Processamento.
� Ajuste Fino de Propriedades através de Aditivação
� Baixas Condutividades Elétrica e Térmica
� Maior Resistência a Corrosão
� Porosidade
� Reciclabilidade
� Alta resistência ao impacto
DENSIDADES:
AÇO = 8 g/cm3
ALUMÍNIO = 2,7 g/cm3
VIDRO = 2,6 g/cm3
POLÍMEROS = 0,9 - 1,5 g/cm3
PROPRIEDADES X APLICAÇÕES
• AEROESPACIAL (ESTABILIDADE TÉRMICA E OXIDATIVA)
• ENGENHARIA (SUBSTITUIÇÃO DE METAIS)
• FIBRAS DE ALTO MÓDULO, PARA USO EM CORDAS DE PNEUS
• POLÍMEROS NÃO INFLAMÁVEIS (MÓVEIS E CONSTRUÇÃO CIVIL)
• POLÍMEROS DEGRADÁVEIS (LIBERAÇÃO CONTROLADA DE FÁRMACOS,
PESTICIDAS, FERTILIZANTES)
• APLICAÇÕES MÉDICAS (LUVAS, SUTURAS DEGRADÁVEIS, ÓRGÃOS ARTIFICIAIS)
• ELETRÔNICA (PLACAS DE CIRCUITOS IMPRESSOS, ISOLANTES, BATERIAS)
� 1828: WOHLER (Alemanha) sintetiza uréia em
laboratório, derrubando a teoria da Força Vital. Com isto, as
pesquisas sobre química orgânica se multiplicam, criando a
base para o desenvolvimento dos materiais poliméricos,
através da alteração de polímeros naturais de modo a
torná-los mais adequados a certas aplicações.
� 1839: GOODYEAR (E.U.A.) descobre a vulcanização da
borracha natural.
Linha do Tempo
� 1835-1900: Grande progresso no desenvolvimento
de derivados de celulose, tais como o nitrato de
celulose (nitrocelulose), celulóide (nitrocelulose
plastificada com cânfora) e fibras de viscose.
� 1910: Começa a funcionar a primeira fábrica de
rayon nos E.U.A.
� 1924: Surgem as fibras de acetato de celulose.
� 1838: REGNAULT (França) polimeriza o cloreto de vinila 
(PVC) com auxílio da luz do sol. O PVC se tornaria 
comercial apenas em 1927.
� 1898: EINHORN & BISCHOFF descobrem, sem querer, o 
policarbonato. Esse material só voltou a ser desenvolvido 
em 1950.
� 1907: BAEKELAND (E.U.A.) sintetiza resinas de fenol-
formaldeído (baquelite). É o primeiro plástico totalmente 
sintético que surge em escala comercial
� 1924: STAUDINGER desvenda as estruturas do polietileno
e da borracha natural.
� 1928: CAROTHERS (Du Pont) & FLORY sintetizam o 
neoprene, os poliésteres e as poliamidas.
� Anos 50: ZIEGLER & NATTA desenvolvem catalisadores 
eficientes para polimerização por adição, permitindo um 
grande incremento da produção de PE, PP, POM, PET, PC e 
copolímeros. 
Como é um polímero ?
temperatura
pressão
ativadores
catalizadores
Monômero 
(gás / líquido)
Polímero 
(sólido)
Monômero = molécula pequena capaz de reagir
Mero = estrutura química repetitiva da molécula
Oligômero = molécula com poucos meros
Polímero = macromolécula com muitos meros
Nem toda molécula é capaz de polimerizar
várias moléculas de 
cloreto de vinila
várias moléculas de água
uma molécula de PVC 
poli (cloreto de vinila)
uma molécula de “poliágua”
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
celulose
amido
queratinaqueratinaqueratinaqueratina
polipeptídeospolipeptídeospolipeptídeospolipeptídeos
cartilagemcartilagemcartilagemcartilagem
macromoléculas inorgânicas
polissacarídeos
macromoléculas orgânicas
colágenocolágenocolágenocolágeno
proteínasproteínasproteínasproteínas
celulosecelulosecelulosecelulose amidoamidoamidoamido quitinaquitinaquitinaquitina
Cadeia Petroquímica
� Refinaria:
Petróleo � Nafta
� Petroquímica 1ª geração:
Nafta �Monômero
� Petroquímica 2ª geração:
Monômero � Polímero
� Petroquímica 3ª geração:
Polímero � Produto
Aplicações
� Plásticos
� Borrachas
� Fibras
� Adesivos
� Tintas
� Cosméticos
� Alimentos
Classificação: origem
� Naturais
− Celulose
− Borracha natural
� Naturais Modificados
− Acetato de celulose
− Nitrato de celulose
� Sintéticos
− PVC
− Poliestireno
− ABS
Polímeros sintéticos
Polietileno (PE)
Polipropileno (PP)
Polímeros sintéticos
Poliestireno (PS)
Poliacrilonitrilo (PAN)
Polímeros sintéticos
Poli (metacrilato de metila) ou acrílico (PMMA)
Poli (cloreto de vinila) (PVC)
Polímeros sintéticos
Polibutadieno (PB)
Poliamida (PA) ou Nylon
Polímeros sintéticos
Poliésteres (PET, PBT, PEN)
Policarbonato (PC)
Polímeros sintéticos
Poliuretanos (PU)
Polímeros sintéticos
Politetrafluoretileno (PTFE) ou Teflon
Poli (vinil-pirrolidona) 
(PVP): géis e laquês Epóxis: adesivos
Classificação: arquitetura molecular
� Lineares
� Ramificados
� Reticulados
Classificação: número de meros na cadeia
� Homopolímeros
Apenas um tipo de unidade química na cadeia
� Copolímeros
Mais de um tipo de unidade química na cadeia
SAN: estireno – acrilonitrilo
ABS: acrilonitrilo – butadieno – estireno
PP copolímero: PP – PE
Borracha SBR: estireno - butadieno
Copolímeros: tipos
alternados
aleatórios
em bloco
enxertados
Copolímero ≠ Blenda
� Copolímero: polímero com mais de um tipo de mero na cadeia
� PSAI (PS alto impacto) = todas as moléculas tem uma cadeia 
principal de polibutadieno com ramificações enxertadas de 
poliestireno.
� Blenda: mistura física de polímeros
� Noryl® = PSAI + PPO (poli-óxi-fenileno)
� PEAD + PELBD ����sacolas de supermercado
� Compósito: polímero misturado com outro tipo de material� PP carregado com talco
� Poliéster + fibra-de-vidro
Poliestireno de Alto Impacto (PSAI)
Polietilenos: arquitetura x densidade
� PEAD (alta densidade)
� PEBD (baixa densidade)
� PELBD (linear de baixa densidade)
Classificação: comportamento térmico
� Termoplásticos
� Escoam quando aquecidos
� Solidificam quando resfriados
� Termofixos
� Não escoam quando aquecidos
� Solidificam quando aquecidos pela primeira vez, pois são 
formados por pré-polímeros, oligômeros ou monômeros tri 
funcionais que reagem e reticulam 
comportamento térmico x arquitetura
� Termoplásticos
� lineares
� ramifcados
� Termofixos
� reticulados com ou sem cross-links
Classificação: comportamento mecânico
� Plásticos
� Pouca elasticidade � deformação predominantemente 
plástica
� Podem ser rígidos ou flexíveis
� Elastômeros
� Grande elasticidade � deformação predominantemente 
elástica
� Fibras
� Pequena deformação e alta resistência
Classificação: taticidade da cadeia
Posição do radical em relação ao eixo da cadeia
� Isotáticos � sempre do mesmo lado
� Sindiotáticos � alternância do lado
� Atáticos � disposição irregular
POLIESTIRENOS
Atático ���� comercial
Sindiotático ���� não é comum
Isotático ���� não existe
Classificação: síntese
Forma como o material é polimerizado
� Por adição � poliadição:
� Por etapas
� Policondensação:
Pode haver formação de subprodutos da reação de policondesação, 
como água, metanol, ácido clorídrico
Condições para polimerização
Mero trifuncional ���� possibilidade 
de três ligações ���� polímero 
reticulado
Mero bifuncional ���� possibilidade de duas ligações ���� polímero 
linear
Monômeros monofuncionais ���� possibilidade de uma ligação
���� não polimeriza, pois o produto da reação não consegue se 
ligar com outras moléculas semelhantes
� Poliadição
� Condição: monômero com ligação insaturada na cadeia
� 2 ligações duplas ���� dieno
� Policondesação
� Condição: monômeros com 2 grupos 
funcionais:
Diálcoois, Diácidos, Diaminas, Diisocianatos 
policondesação
� Poliésteres:
Diálcool + diácido = diéster
Diéster + diéster + diéster + diéster = poliéster
diéster + diácido + diéster + diácido = poliéster
� PET
Poli (tereftalato de etileno)
policondensação
� Poliamidas:
Diamina+ diácido = diamida
Diamida + diamida+ diamida+ diamida = poliamida
PA 6/6
policondesação
� Poliuretanos:
� Diisocianato+ diálcool (diol) = diuretana
� Diisocionatos + poliálcool (poliol) = poliuretano
Classificação: Isomerismo geométrico
Isopreno: 2 ligações duplas ���� pode formar 
quatro polímeros com a mesma fórmula 
molecular, C5H8, porém, com configurações 
químicas diferentes.
CIS
radicais iguais do mesmo lado
TRANS
radicais iguais em lados diferentes
Classificação: química da cadeia polimérica
Poliamida
Poliéster
etc.
Tarefa 1
Trabalho sobre a 
classificação quanto à 
química da cadeia 
polimérica