O Portal de Estudos em Química (PEQ)
apresenta:

uma síntese de nossa Época.
Estrutura Molecular dos
Polímeros
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Dependendo da natureza
química dos monômeros e da
técnica empregada para a
polimerização, os polímeros
podem exibir diferentes
tipos de arquiteturas. Os
mais comuns são os de
estrutura linear, ramificada
ou em rede. A primeira
figura, ilustra o
polietileno de alta
densidade (HDPE): uma
molécula de cadeia longa
elinear, feita pela
polimerização do etileno, um
composto cuja fórmula
estrutural é CH2=CH2.

A indústria
também produz uma outra
variedade de polietileno,
que possui cadeias
ramificadas. Este é
conhecido como
polietileno de baixa
densidade (LDPE), e esta
ilustrado na figura abaixo.
O impedimento espacial
provocado pelas ramificações
dificulta um "empilhamento"
das cadeias poliméricas. Por
esta razão, as forças
intermoleculares que mantém
as cadeias poliméricas
unidas tendem a ser mais
fracas em polímeros
ramificados. Por isso o LDPE
é bastante flexível e pode
ser utilizado como filme
plástico para embalagens,
enquanto que o HDPE é
bastante duro e resistente,
sendo utilizado em garrafas,
brinquedos, etc..

A figura
seguinte mostra um polímero
cujas cadeias estão
entrelaçadas numa complexa
rede de ligações covalentes.
O exemplo da figura é a
resina fenolformaldeído,
onde moléculas de fenol são
unidas pelo formaldeído.
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Nossos descendentes, no futuro, talvez se
refiram à nossa época como sendo a era dos
plásticos. Embora o primeiro polímero
sintético só tenha sido obtido em 1907, hoje
os plásticos já estão onipresentes em nosso
cotidiano. Muitos dos utensílios domésticos,
automóveis, embalagens e até mesmo roupas,
são feitas com polímeros. Seria possível a
vida humana, mantendo os atuais padrões de
conforto, sem os plásticos?
O
PEQ apresenta
"A era dos
Plásticos", uma síntese de nossa época.
Um polímero é uma macromolécula
formada pela repetição de pequenas e simples
unidades químicas (monômeros),
ligadas covalentemente. Se somente uma
espécie de monômero está presente
na
estrutura do polímero, este é chamado de
homopolímero. Se espécies diferentes de
monômeros são empregadas, o polímero recebe
a denominação de copolímero.
Polímeros biológicos fundamentam a
existência da vida, e existem desde o
surgimento da primeira célula na superfície
da terra. Os polímeros
naturais
têm sido empregados pelo homem desde os mais
remotos tempos: asfalto era utilizado em
tempos pré-bíblicos; âmbar já era conhecido
pelos gregos e a goma pelos romanos. Os
polímeros sintéticos, porém, somente
surgiram no último século.
Um grande marco na história da indústria
de plásticos foi a descoberta do
processo de vulcanização da borracha
em 1839 (a partir do látex, um polímero
natural, que já era largamente empregado)
pela Goodyear. O próximo grande passo foi a
nitração da celulose, resultando na
nitrocelulose, produto comercializado
primeiramente por Hyatt, em 1870.
De
seu produto foi obtido o celulóide,
alavancando a indústria cinematográfica. Em
1865 foi descoberto o processo de acetilação
da celulose, resultando em produtos
comerciais de grande uso no início deste
século, como fibras de rayon, celofane,
entre outros. Entretanto, o primeiro
polímero puramente sintético somente surgiu
em 1907; resinas de fenol-formaldeído
foram produzidas por Baekeland - entre elas,
o primeiro polímero sintético de uso
comercial: o "Bakelite". Desde então, a
indústria e o uso de polímeros não para de
crescer.

Hoje, mesmo roupas e demais vestimentas
são feitas com fibras poliméricas sintéticas.
Roupas especiais, como o uniforme de
astronautas, vestes dos corredores de
fórmula 1, e roupas de mergulho submarino
também são produzidas com polímeros
especiais, que possuem as propriedades
desejadas, em cada caso. |
Ano de introdução de alguns
polímeros no mercado
1930 |
Borracha estireno-butadieno
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1943 |
Silicones |
1936 |
Poli(cloreto de vinila)
(PVC) |
1944 |
Poli(etileno teraftalato)
|
1936 |
Policloropreno (neopreno)
|
1947 |
Epóxis |
1936 |
Poli(metil metacrilato)
|
1948 |
Resinas ABS |
1936 |
Poli(acetado de vinila)
|
1955 |
Polietileno linear
|
1937 |
Poliestireno |
1956 |
Poli(oximetileno)
|
1939 |
Nylon 66 |
1957 |
Polipropileno |
1941 |
Poli(tetrafluoroetileno)
(teflon) |
1957 |
Policarbonato |
1942 |
Poliesteres insaturados
|
1964 |
Resinas ionoméricas
|
1943 |
Polietileno ramificado
|
1965 |
Poli(imidas) |
1943 |
Borracha butilada
|
1970 |
Elastômeros termoplásticos
|
1943 |
Nylon 6 |
1974 |
Poliamidas aromáticas
|
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Alguns polímeros foram verdadeiros
salva-vidas. A polimerização do
N-vinilpirrolidona foi recebida com
grande ímpeto durante a Segunda
Guerra Mundial, quando os alemães
usaram soluções salinas do polímero como
um substituto do plasma sangüíneo nos
soldados
feridos de suas tropas. O PVP -
poli(vinilpirrolidona), possui um
baixo grau de toxidade e tem sido
utilizado também em cosméticos,
adesivos, indústria têxtil, lentes de
contato, e numa variedade de fármacos,
incluindo a manufaturação de materiais
micro-encapsulados. Um complexo de PVP
com iodeto é um dos anti-sépticos mais
utilizados.
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Como os polímeros
são feitos?
Os polímeros são produzidos sinteticamente
através da reação de polimerização de
seus monômeros. Um dos métodos mais
utilizados, nas indústrias, para a produção
de polímeros de vinilas é a polimerização
em emulsão. Este processo envolve uma
emulsão estável de água, monômeros do
polímeros, e um surfactante (sabão ou
detergente) como o agente emulsificante. Os
surfactantes formam micelas, que dissolvem
os monômeros, geralmente hidrofóbicos. Os
iniciadores de radicais livres, quando
jogados na fase aquosa, também migram para a
fase micelar, iniciando a polimerização. As
vantagens deste método incluem o baixo
consumo de energia (a reação pode ser feita
mesmo na temperatura ambiente) e a
obtenção de polímeros com grande massa molar.
A maior desvantagem é que a formulação é
relativamente complexa se comparada com os
outros métodos, e requer uma etapa de
purificação do polímero que, algumas
vezes, pode ser problemática.
Você sabia?
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Alguns tipos de polímeros
são capazes de conduzir
corrente elétrica. O PEQ já
falou sobre os polímeros
condutores;
clique aqui e saiba mais! |
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Amorfo X Cristalino
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Os polímeros exibem 2 tipos
de morfologia no estado sólido:
amorfo e semicristalino. Em
um polímero amorfo, as moléculas
estão orientadas aleatóriamente
e estão entrelaçadas - lembram
um prato de spaghetti
cozido. Os polímeros amorfos
são, geralmente, transparentes.
Nos polímeros semicristalinos,
as moléculas exibem um
empacotamento regular, ordenado,
em determinadas regiões. Como
pode ser esperado, este
comportamento é mais comum em
polímeros lineares, devido a sua
estrutura regular. Devido às
fortes interações
intermoleculares, os polímeros
semicristalinos são mais duros e
resistentes; como as regiões
cristalinas espalham a luz,
estes polímeros são mais opacos.
O surgimento de regiões
cristalinas pode, ainda, ser
induzido por um "esticamento"
das fibras, no sentido de
alinhar as moléculas.

A figura acima ilustra um
diagrama de Volume vs.
Temperatura para dois polímeros:
um amorfo e um semicristalino.
Em baixas temperaturas, as
moléculas de ambos os polímeros
vibram com baixa energia; eles
estão "congelados" em uma
situação do estado sólido
conhecida como "estado vítreo".
Na medida em que o polímero é
aquecido, entretanto, as
moléculas vibram com mais
energia e uma transição ocorre:
do estado vítreo para o estado
rubbery. Neste estado, o
polímero possui um maior volume
e uma maior dilatação térmica e
maior elasticidade. O ponto onde
esta transição ocorre é
conhecido como temperatura de
transição vítrea, e está
denotado no gráfico como Tg.
Quando aquecidos, os polímeros
podem vir a derreter. A
temperatura de fusão dos
polímeros é indicada, no
diagrama, como Tm.
No estado líquido, os polímeros
podem ser moldados ou divididos
em micro-fibras, por exemplo.
Somente alguns polímeros podem
ser derretidos, e são chamados
de termoplásticos.
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O que são
COPOLÍMEROS?
Muitas vezes, o polímero é formado pela
união de dois ou mais monômeros diferentes.
Estes polímeros são chamados de copolímeros,
em contraste aos homopolímeros, que
são formados pela repetição de somente um
monômero.

Os Copolímeros, por outro lado, são
produzidos com dois ou mais monômeros, cujas
unidades podem ser distribuídas
randomicamente, em uma maneira alternada ou
em blocos. As figuras abaixo ilustram estas
situações.
Nestas figuras, a estrutura molecular de
cada polímero é demonstrada,
esquematicamente, com as unidades de
repetição de cada polímero.Tais combinações
permitem aos químicos criar polímeros com
diferentes propriedades, baseados nas
estruturas obtidas.
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Nas
indústrias, os polímeros e/ou
copolímeros podem ser misturados,
obtendo-se Blendas Políméricas.
Quando miscíveis, as propriedades das
blendas derivam das propriedades dos
polímeros individuais, embora uma ação
sinérgica pode vir a ocorrer. De acordo
com a aplicação, podem-se preparar
diferentes blendas, de distintas
composições, resultando em polímeros com
diferentes propriedades físico-químicas.
Produtos industriais incluem
homopolímeros, copolímeros, blendas
homogêneas e blendas heterogêneas.
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Grupo da UFSC
pesquisa POLÍMEROS
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Um
grupo de pesquisa do
departamento de Química da UFSC
estuda propriedades
físico-químicas de polímeros,
filmes poliméricos, blendas e
copolímeros. O grupo é
constituído pelos professores
Valdir Soldi e Alfredo Tibúrcio
Pires, e vários alunos de
graduação e pós-graduação. Na
foto, o prof. Alfredo.
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