9 - Materiais polimericos

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03/08/2018
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Ciência dos materiais
Tarcio Manfrim, Prof˚ Me.
Callister W. – Ciência e engenharia de materiais: uma introdução
Cap.14
Parte 9 – Materiais 
Poliméricos
Introdução
Polímeros naturais
(aqueles derivados de plantas e animais)
Polímeros sintéticos
(aqueles produzidos pelo homem)
Madeira, borracha, algodão, lã, couro e a 
seda
Polímeros
Revisão
Os polímeros são de origem orgânicas, compostos 
basicamente por carbono (C) e hidrogênio (H).
Mas como o carbono se liga ao hidrogênio?
O carbono faz 4 ligações 
(valência 4)
O hidrogênio faz 1 ligação 
(valência 1)
A ligação química predominante nos polímeros é a COVALENTE.
C
H
Ligação covalente: ligações que ocorrem com compartilhamento de elétrons da 
camada de valência, resultando em uma estrutura eletrônica estável. 
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Revisão
Os átomos de carbono podem se ligar de três formas:
Ligação simples: O átomo de carbono 
compartilha apenas um elétron por 
átomo ligante.
Ligação dupla: O átomo de carbono 
compartilha dois elétrons com pelo 
menos um átomo ligante
Ligação tripla: O átomo de 
carbono compartilha três elétrons 
com um átomo ligante
Por exemplo:
Por exemplo:
Por exemplo:
Revisão
As ligações covalentes em cada molécula são forte, porém entre as 
moléculas distintas existem apenas as fracas ligações (pontes de hidrogênio 
e Van der Walls).
RevisãoGrupos Funcionais
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Polímeros
Os polímeros são cadeias carbônicas gigantescas.
......
Mas como se formam essas longas 
cadeias carbônicas???
Polímeros
A química das moléculas poliméricas
Considere o hidrocarboneto etileno (C2H4), que é um gás à 
temperatura e pressão ambiente
(Etileno)
Se esse gás reagir sob condições apropriadas, ele irá se 
transformar em polietileno (PE), o qual é um material 
polimérico sólido.
Monômero
(pequena molécula 
na qual o polímero é 
sintetizado)
Polímeros
Esse processo se inicia com a ação de um catalisador R. (iniciador de reação)
Sítio ativo 
(elétron não 
emparelhado)
Início da 
POLIMERIZAÇÃO
Ação do catalisador
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Polímeros
A cadeia do polímero se forma pela adição sequencial de unidades 
de etileno.
Após a adição de muitas unidades monoméricas de 
etileno temos a formação da molécula polimérica 
polietileno.
Polímeros
A química das moléculas poliméricas
Polímeros
A química das moléculas poliméricas
Perceba que o ângulo entre 
os átomos no polietileno é 
de 109°. 
109°
Unidade repetida
(entidade estrutural que se 
repete sucessivamente ao 
longo da cadeia)
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Polímeros
Alguns termos importante
Unidade repetida
(entidade estrutural que se 
repete sucessivamente ao 
longo da cadeia)
Monômero
(pequena molécula na qual o 
polímero é sintetizado)
Polímeros
Outros polímeros
Politetrafluoretileno (PTFE)
Monômero
(tetrafluoretileno)
Polímero
(POLItetrafluoretileno)
Unidade 
repetida
O politetrafluoretileno possui o nome comercial TeflonTM e pertence a uma família de 
polímeros chamada de fluorcarbonos
Polimerização
Polímeros
Outros polímeros
Cloreto de Polivinila (PVC)
Monômero
(cloreto de vinila)
Polímero
(cloreto de POLIvinila)
Unidade 
repetida
Polimerização
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Polímeros
Polímeros
Polímeros
As propriedades físicas dos polímero dependem basicamente 
de três características:
• Peso molecular
• Forma molecular
• Estrutura molecular
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PolímerosPeso molecular
Muitas propriedades dos polímeros são 
afetadas pelo comprimento das cadeias 
poliméricas.
Temperatura de fusão
Resistência
Módulo de elasticidade
O peso molecular médio do polímero é uma medida quantitativa 
indireta do comprimento médio das cadeias
PolímerosPeso molecular
Polímero com cadeia curta
(peso molecular médio 100 g/mol) 
⇒ Forma líquida ou gás. 
Polímero com cadeia média
(peso molecular médio ~1000 g/mol) 
⇒ Forma pastosa. 
Polímero com cadeia longa
(peso molecular médio >10.000 g/mol) 
⇒Forma sólida. 
Assim um mesmo material polimérico pode apresentar propriedades bastante 
diferentes se ele for produzido com um peso molecular diferente
Polímeros
Forma molecular
Veja que o 3° átomo (direita) deve respeitar o ângulo de 109°, contudo esse 3° poderá estar 
em qualquer posição em cima do cone representado.
É essa característica das cadeias
poliméricas que explica o grande
alongamento elástico de alguns
polímeros, por exemplo a borracha.
Devido a tal aleatoriedade uma 
única cadeia polimérica pode 
apresentar uma série de dobras.
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Polímeros
Estrutura molecular
Polímeros lineares: Aqueles cuja a as unidades 
repetidas estão unidas entre si pelas suas 
extremidades repetidas. 
Por exemplo: polietileno (PE), PVC, náilon, 
PTFE.
Ligação covalente (forte)
Van der Waals (fraca)
Polímeros ramificados: Pode ser sintetizados 
polímeros onde cadeias ramificadas laterais 
estão ligadas às cadeias principais.
Por exemplo: polietileno de alta densidade 
(HDPE).
Polímeros com ligações cruzadas: As cadeias 
adjacentes estão unidas umas às outras em várias 
posições por meio de ligações covalentes.
Por exemplo: É isso que ocorre no processo de 
vulcanização da borracha.
Polímeros
Estrutura molecular
Polímeros em rede: Alguns polímeros podem 
formar redes tridimensionais, na verdade 
polímeros que possuem muitas ligações 
cruzadas também são classificados assim.
Por exemplo: epóxi, poliuretanas.
Os polímeros em rede apresentam propriedades mecânicas e 
térmicas distintas dos polímeros com outras estruturas 
moleculares.
Polímeros
Polímeros termoplásticos Polímeros termofixos
Polímeros com estruturas linear, 
ramificadas
Polímeros com estruturas em rede e ligações 
cruzadas
Após a sua fabricação quando 
aquecidos amolecem (e 
eventualmente se liquefazem) e 
endurecem quando resfriados.
Ligação covalente (forte)
Van der Waals (fraca)
ROMPIMENTO
Após sua fabricação quando 
aquecidos não amolecem.
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Polímeros
Cristalinidade e cristais dos polímeros
O grau de cristalinidade do polímero 
depende da taxa de resfriamento durante a 
solidificação.
Quanto mais lento maior a 
cristalinidade
A cadeia polimérica tende a se dobrar formado 
uma plaqueta altamente ordenada.
Raramente o polímero é totalmente cristalino, e costuma apresentar regiões cristalina 
(cristalitos) e regiões amorfas.
Cristalito de 
cadeia dobrada
Polímeros
Cristalinidade e cristais dos polímeros
Estrutura da esferulita