5 - Classificação dos polímeros

Prévia do material em texto

Disciplina: Química dos Polímeros (QQO003) 
Prof. MSc. Cécile C. Hernandez Garcia 
 
1 Classificação dos polímeros 
Existem várias formas de se classificar os polímeros. Essas classificações são 
feitas para agrupá-los conforme determinada característica que se quer observar naquele 
momento. Por esse motivo, um mesmo polímero pode se encaixar em mais de uma 
classificação ao mesmo tempo. A seguir, conheceremos essas possíveis classificações 
para os materiais poliméricos. 
 
1.1 Quanto à origem do polímero 
Por essa classificação os polímeros ficam divididos em dois grandes grupos: os 
polímeros naturais e os polímeros sintéticos. 
Os polímeros naturais foram os que serviram de padrão para os cientistas 
desenvolverem materiais sintéticos similares, durante o desenvolvimento da Química de 
Polímeros, após a II Guerra Mundial. 
Com a necessidade de preservação do meio ambiente, para a preservação da vida 
terrestre, os polímeros naturais estão retomando sua importância industrial 
gradativamente. Ao evoluírem os estudos científicos, surgiram os polímeros 
semissintéticos, aqueles originados de polímeros naturais, mas modificados 
quimicamente, apresentando propriedades diferentes dos originais. 
 
1.2 Classificação comercial 
Polímeros tipo commodities são aqueles produzidos em grande escala, têm baixo 
valor agregado, são utilizados para finalidades gerais e são consumidos em grandes 
quantidades. 
Os chamados polímeros intermediários e de engenharia são, também, 
produzidos em grande escala, porém em nível mais baixo do que as commodities. 
Apresentam desempenhos diferenciados e propriedades que os fazem ser ideais para 
determinadas aplicações. 
 
 
Os polímeros de alto desempenho são produtos com propriedades bem definidas 
e incomuns, tem alto valor agregado e são produzidos em escalas de pequeno porte. 
 
COMMODITIES 
PEBD; PEAD; PP; 
PS e PVC 
BAIXO 
DESEMPENHO 
INTERMEDIÁRIOS PMMA e ABS 
ENGENHARIA PC; PA6.6; PC 
AVANÇADOS LCP; PTFE; PEEK 
ALTO 
DESEMPENHO 
 
 
 
 
 
 
1.3 Quanto às características tecnológicas 
Após se conhecer a maneira como são formadas as estruturas das cadeias 
poliméricas, é possível começar a entender alguns comportamentos que os materiais 
poliméricos apresentam. A resposta de um polímero à aplicação de forças mecânicas em 
temperaturas elevadas está relacionada à sua estrutura molecular dominante. 
Levando em consideração o comportamento do polímero frente à elevação de 
temperatura, pode-se classifica-los em: 
 
1.3.1 Termoplásticos 
Os polímeros classificados como termoplásticos são aqueles que possuem 
estruturas moleculares lineares ou ramificadas. 
Os termoplásticos amolecem quando aquecidos e endurecem quando resfriados, 
podendo ser submetido a processos reversíveis, que podem ser repetidos quando 
necessário. 
Com o aumento da temperatura, há a diminuição das ligações secundárias, devido 
ao maior movimento das moléculas. Quando aplicada uma tensão nesse material, o 
movimento das cadeias adjacentes é facilitado. Por esse motivo, são processados pela 
aplicação simultânea de pressão e calor. 
Com relação a suas características físicas, são relativamente mais macios e 
dúcteis. 
1.3.2 Termofixos 
Os polímeros classificados como termofixos são aqueles que possuem suas 
estruturas moleculares formadas em rede, que possuem ligações cruzadas covalentes 
entre as cadeias adjacentes. 
Por possuírem estruturas em rede, se tornam permanentemente duros durante sua 
formação e não amolecem com um aquecimento subsequente. 
Durante o tratamento térmico, as cadeias são presas umas às outras pelas ligações 
cruzadas, para criar resistência aos movimentos de vibração e rotação da cadeia quando 
submetido a temperaturas elevadas. 
 
 
O grau de formação de ligações cruzadas nesses polímeros está em torno de 10 – 
50%, o que indica que a quantidade de meros entre essas porcentagens possui ligações 
cruzadas. 
Em relação às suas características, em geral, são mais duros e mais resistentes que os 
termoplásticos, além de apresentarem uma maior estabilidade dimensional. 
 
1.4 Quanto ao número de monômeros 
Os polímeros também podem ser classificados quanto à quantidade de monômeros 
envolvidos na formação de suas cadeias poliméricas, sendo classificados em 
homopolímeros e copolímeros. 
Quando a estrutura é formada por somente um tipo de monômero, ele é 
classificado como homopolímero. Já quando há a presença de dois ou mais monômeros 
na formação da cadeia. Geralmente, quando o polímero possui abaixo de 5% de um outro 
comonômero, o que é comum de ocorrer industrialmente, ele também é classificado como 
homopolímero. 
 
1.5 Quanto à cadeia polimérica 
Conforme a estrutura química polimérica, ou seja, conforme o tipo de grupo 
funcional presente na cadeia, os polímeros podem ser divididos em diversos grupos, como 
por exemplo, os poli-hidrocarbonetos, poliamidas, poliésteres, poliéteres, poliacetais, etc. 
 
1.5.1 Polímeros de cadeia carbônica 
 
C CHH
2
[ ]
X
n
 
 
 
 
 
Onde: 
 X = H → Polietileno (PE) 
 X = CH3 → Polipropileno (PP) 
 X = Grupo fenila → Poliestireno (PS) 
 X = Cl → Policloreto de vinila (PVC) 
 
 
Polímeros de cadeia carbônica de interesse comercial 
 
Poliolefinas: São polímeros originários de monômeros de hidrocarbonetos 
alifáticos insaturados contendo uma dupla ligação carbono-carbono reativa. Dentro dessa 
classificação temos: polietileno (LDPE/HDPE - de baixa e alta densidade), polipropileno 
(PP), poli-4-metil-penteno-1 (TPX), polibuteno ou polibutileno e poliisobutileno. 
 
Polímeros de dienos: Polímeros derivados de monômeros com dienos, isto é, de 
duas duplas ligações carbono-carbono reativas que geram cadeias poliméricas flexíveis 
com uma dupla ligação residual passível de reação posterior. Estes polímeros são 
borrachas que podem ser vulcanizadas com enxofre fazendo-se uso da dupla ligação 
residual no mero. Por outro lado, esta reação pode acontecer com o oxigênio ou ozônio 
do ar catalizado pela temperatura determinando uma relativa baixa estabilidade térmica 
devido à oxidação. São exemplos: O polibutadieno (PB), poliisopreno (PI) e 
policloropreno. 
 
Polímeros estirênicos: Dentre os polímeros derivados do estireno o mais 
importante é o poliestireno (PS), polímero largamente empregado pelo seu baixo custo, 
facilidade de processamento e boas propriedades mecânicas. Copolímeros envolvendo o 
estireno também são comuns sendo os principais: copolímero de estireno-acrilonitrila 
(SAN), terpolímero de estireno-butadieno-acrilonitrila (ABS), copolímero aleatório de 
 
 
butadieno-estireno (SBR), copolímero em bloco de estireno-butadieno-estireno (SBS) e 
copolímero em bloco de estireno-isopreno-estireno (SIS). O poliestireno homopolímero 
na forma expandida produz uma espuma muito comum conhecida por isopor. 
 
Polímeros clorados: Monômeros clorados (com um ou mais átomos de cloro) 
definem uma outra classe importante de polímeros com boas propriedades mecânicas 
geradas pelas altas forças intermoleculares devido à polaridade do átomo de cloro. O mais 
importante polímero dessa classe é o policloreto de vinila (PVC), provavelmente o 
polímero de maior produção e consumo do mundo. O aumento de um para dois átomos 
de cloro no mero, caso do policloreto de vinilideno (PVDC) aumenta ainda mais as forças 
intermoleculares tornando-se assim uma excelente barreira para gases e vapores. 
Copolímeros a base de cloreto de vinila (VC) também são largamente utilizados. Assim 
copolímeros de VC/VDC apresentam excelentes propriedades de barreira; cloreto de 
vinila/acetato de vinila (VC/VA) apresentam boas propriedades de fluxo; e cloreto de 
vinila/acrilonitrila (VC/AN) excelente habilidade da molécula orientar-se durante a 
deformação. 
 
Polímeros fluorados: O politetrafluoretileno (PTFE) é o polímero mais 
conhecido e empregado devido as suas características de altaestabilidade térmica, baixo 
coeficiente de atrito e inércia química. Todas essas características advêm de altas forças 
intermoleculares geradas pela presença de grandes átomos de flúor que também dão 
rigidez à macromolécula dificultando mudanças de conformação. Variações desta 
estrutura básica geram uma série de outros polímeros com características próprias, como 
por exemplo: policlorotrifluoretileno (PCTFE), polifluoreto de vinila (PVF), polifluoreto 
de vinilideno (PVDF), polihexafluorpropileno (PHFP) ou copolímeros do tipo VF/VDF 
e VDF/HFP (borracha fluorada). 
 
Polímeros acrílicos: Nesta classe os polímeros são derivados do ácido acrílico 
(CH2 = CH-C)-OH e metacrílico CH2=C(CH3)-CO-OH. O principal deles, devido a sua 
alta transparência, é o PMMA que é comercialmente conhecido como acrílico e a 
poliacrilonitrila (PAN), ambos muito utilizados na fiação. Dos copolímeros, o mais 
 
 
importante é a borracha nitrílica, um copolímero butadieno-acrilonitrila (borracha com 
alta resistência a combustíveis e solventes orgânicos). 
 
Polivinil ésteres: O poliacetato de vinila (PVA) pertence a esta classe de 
materiais, sendo muito utilizado na forma de emulsão aquosa para a confecção de tintas. 
A partir da destilação do PVA obtém-se o poliálcool vinílico (PVAL) que é um dos 
poucos polímeros solúveis em água. Copolímeros PVA/PVAL são facilmente obtidos 
através do controle do grau de desacetilação induzido no PVA. Uma vantagem deste 
copolímero é a possibilidade de controle de sua velocidade de dissolução em água (via 
concentração de PVAL) tendo como aplicação a confecção de cápsulas para uso em 
medicamentos. 
 
1.5.2 Polímeros de cadeia heterogênea 
 
CH
2
[ ]XH
2
C
n 
 
Polímeros de cadeia heterogênea de interesse comercial 
 
Poliéteres: Esta classe de heteropolímeros se caracteriza pela presença da ligação 
éter -C-O-C. O poliéter de estrutura química mais simples é o poliacetal (ou 
poliformaldeído), considerado um termoplástico de engenharia por suas boas 
propriedades físico-mecânicas. Outro poliéter obtido da policondensação da epicloridrina 
e do bisfeno-A produz as conhecidas resinas epóxi. Outros exemplos de são o polietileno 
óxido (ou polioxietileno) e o polipropileno óxido (ou polioxipropileno). 
 
Poliésteres: Nesta classe o grupo funcional é caracterizado pela ligação éster -C-
O-O- podendo gerar cadeias saturadas ou insaturadas dependendo do tipo de material 
inicial empregado (saturado ou não). Como exemplo maior da primeira classe temos o 
 
 
polietileno tereftalato (PET, muito empregado para a confecção de fibras e o polibutileno 
tereftalato (PBT) mais utilizado como termoplástico de engenharia. Na subclasse dos 
insaturados temos as resinas termorrígidas a base de poliésteres insaturados largamente 
empregados com reforço de fibra de vidro na confecção de cascos de barcos, pranchas de 
surf, fuselagem de aviões e veículos automotores. 
 
Policarbonato: A ligação característica nesse caso é o grupo funcional -O-CO-O 
sendo normalmente aromáticos com cadeias lineares. O exemplo é o policarbonato (PC) 
outro termoplástico de engenharia obtido da policondensação do fosgênio (COCl2) e do 
bisfenol-A (C15H16O2). 
 
Poliamidas: Caracterizados pelo grupo amida -NH-CO- essa classe divide-se em 
produtos naturais (Proteínas, seda e lã) e materiais sintéticos utilizados como plásticos de 
engenharia ou na forma de fibras, (nylons 6; 6,6; 6,10; 11 e 12) 
 
Poliuretanos: Uma classe razoavelmente versátil é a dos poliuretanos 
caracterizados pelo grupo funcional -NH-CO-O-. Estes polímeros podem se apresentar 
tanto na forma de um termoplástico, termofixo, elastômero ou fibra, na forma expandida 
ou não, dependendo da estrutura química e funcionalidade dos reagentes empregados na 
formulação do polímero. 
 
Aminoplásticos: São polímeros derivados de aminas -C-NH2. Como exemplos 
temos as resinas termofixas de uréia-formaldeído (sinteko) e a melamina-formaldeído 
(fórmica). 
 
Derivados de Celulose: Partindo-se do produto natural celulose é possível, 
através de várias reações químicas diferentes, obter derivados da celulose com 
características de um material plástico convencional. (Possibilidade de processamento). 
Assim através de acetilação obtém-se o acetato de celulose. Outros exemplos são o 
acetato-butirato de celulose, carboxi-metil-celulose e a celulose regenerada. 
 
 
 
Silicones: Essa classe de heteropolímeros apresenta a ligação -Si-O- formando a 
cadeia principal. As duas outras ligações do átomo de sílicio podem ser ocupadas por 
vários radicais diferentes produzindo vários tipos de silicone. Destes o mais comum é o 
polidimetil silicone (mais conhecido como silicone) onde os dois substituintes são 
radicais metil (-CH3). 
 
1.6 Quanto ao método de preparo 
Os polímeros podem ser classificados conforme o modo como são obtidos, ou 
seja, pela forma de reação química por onde são formadas suas estruturas. Nessa 
classificação, temos dois processos mais comuns, gerando a classificação em polímero de 
adição e polímero de condensação. 
Polímeros de adição: São aqueles que durante a reação de polimerização não há 
perda de massa na forma de compostos de baixo peso molecular, ou seja, o peso de 
polímero formado é igual ao peso de monômero adicionado. 
Ex.: PE, PP, PVC, PMMA, etc. 
 
Polímeros de condensação: São polímeros resultantes da reação de dois grupos 
funcionais reativos com eliminação de moléculas de baixo peso molecular (água, amônio, 
HCL, etc.). 
Ex.: Nylon 6,6 
 
H2N-(CH2)6-NH2 + HOOC-(CH2)4-COOH (I) 
 H2N-(CH2)6-NH-OC-(CH2)4-COOH + H2O (II) 
 H-[-NH-(CH2)6-NH-OC-(CH2)4-CO-]n-OH + nH2O (III) 
 
 
 
 
1.7 Quanto ao comportamento mecânico 
 
Plásticos (termoplásticos e termorrígidos): material polimérico sólido na 
temperatura ambiente. 
 
Elastômeros: polímeros que na temperatura ambiente podem deformar-se no 
mínimo duas vezes o seu comprimento inicial retornando ao comprimento original 
rapidamente após retirado o esforço. Para apresentarem estas características os 
elastômeros normalmente possuem uma baixa densidade de ligações cruzadas. Além 
disso devem apresentar algumas propriedades básicas: 
 Recuperação rápida após retirado o esforço. 
 Elevada resistência a tração e elevado módulo de elasticidade quando deformado. 
 Total recuperação da deformação após a retirada do esforço. 
 
Fibras: um termoplástico orientado (com um sentido longitudinal dito eixo 
principal da fibra) satisfazendo a condição geométrica L/D ≥ 100. 
 
Referências: 
CANEVAROLO, S. V. Ciência dos polímeros: Um texto básico para tecnólogos e 
engenheiros. São Paulo: Artliber, 2002. 
CALLISTER, William D. Jr. Ciência e Engenharia de Materiais: Uma Introdução, ed. 7, 
Editora LTC, 2008. 
MANO, E. B.; MENDES, L. C. Introdução à polímeros. São Paulo: Editora Edgard 
Blücher, 1999.