Polímeros

2. Introdução

Os polímeros são materiais orgânicos ou inorgânicos, naturais ou sintéticos, de alto peso molecular, cuja estrutura molecular consiste na repetição de pequenas unidades, chamadas meros.

Devido ao seu tamanho avantajado, a molécula de um polímero é chamada macromolécula. A reação que produz o polímero é denominada reação de polimerização.

O presente trabalho abordará aspectos básicos sobre os materiais poliméricos, em especial os plásticos, tais como: classificação, propriedades físicas, térmicas e químicas, assim como suas aplicações na indústria através de processos de moldagem para produção de peças em substituição ao aço.

3. Polímeros

A palavra polímeros vem do grego polumeres, que quer dizer “ter muitas partes”. Os polímeros são moléculas muito grandes constituídas pela repetição de pequenas e simples unidades químicas, denominadas de monómeros (do grego “mono” – um).

4. História

Os polímeros naturais, por exemplo, a lã, celulose ou a seda tem sido amplamente utilizada e tem sido importantes ao longo da história. No entanto, até o final do século XIX não havia aparecido os primeiros polímeros sintéticos. O desenvolvimento desse tipo de polímero se deu por alterações em polímeros naturais com a finalidade melhorar suas propriedades físicas.

Em 1839, Charles Goodyear modificou a borracha natural através do aquecimento com enxofre (vulcanização) já que este era frágil a baixas temperaturas e pegajoso a altas temperaturas. Após esse processo a borracha se transformou em uma substância resistente a um amplo intervalo de temperaturas. Outro acontecimento que contribuiu para o desenvolvimento dos polímeros foi a modificação da celulose que permitiu o surgimento da fibra sintética chamada rayon.

Posteriormente, Leo Baekeland estabeleceu primeiro polímero totalmente sintético que denominou de baquelita; este se caracterizou por ser um material muito duradouro e proveniente de materiais de baixo custo como o fenol e o formaldeído. Este composto chegou a ter grande êxito durante certo tempo.

Independente dos avanços aplicados aos polímeros, não se tinha muita informação quanto a estrutura dos mesmos. Na década de 1920, o químico alemão Hermann Staudinger foi o primeiro a instituir que os polímeros eram compostos de grande peso molecular que se encontravam unidos mediante a formação de ligações covalentes. Tal ideia foi apoiada anos mais tarde por Wallace Carothers, vindo a estabelecer concepções similares. Estes conceitos deram passo para o desenvolvimento da química dos polímeros tanto sintéticos como naturais. Posteriormente, Paul John Flory ampliaria o estudo sobre os mecanismos de polimerização.

Em 1950 o alemão Karl Ziegler e o italiano Giulio Natta desenvolveram os catalisadores de Ziegler-Natta que permitiria a polimerização estereoespecífica de alcenos (alquenos).

Na segunda metade do século XX se desenvolveram novos métodos de obtenção de polímeros e aplicações como, por exemplo, catalisadores metaloceno , fibras de alta resistência, estruturas complexas de polímeros, polímeros de cristal liquido, etc materiais esses que veem se desenvolvendo e utilizando cada vez mais com o passar dos tempos .

5. Estudo dos polímeros

Os estudos dos polímeros podem ser feitos através de sua estrutura química, propriedades, resistência química e classificação.

a. Estrutura química

Os polímeros são grandes quantidades de moléculas, com massas moleculares que podem alcançar milhões de “u”(unidades de massa atômica), que são obtidas pela repetição de um ou mais monômeros, unidas entre si por ligações covalentes.Estes formam longas cadeias que se unem por forças de Van der Waals, pontes de hidrogênio ou interações hidrofóbicas.

Um polímero não necessita conter moléculas individuais com o mesmo peso molecular, e não é necessário que tenham a mesma composição química e estrutura molecular. Existem polímeros naturais como certas proteínas globulares ou policarbohidratos, cujas moléculas individuais têm o mesmo peso molecular e a mesma estrutura molecular; mas a grande maioria dos polímeros sintéticos e naturais importantes são misturas de componentes poliméricos homólogos. A pequena variabilidade na composição química na estrutura molecular é o resultado da presença de grupos terminais, ramos ocasionais, variações na orientação de unidades monômeras e a irregularidade na ordem em que se sucedem os diferentes tipos de unidades nos copolímeros. Estas variedades em geral não afetam as propriedades do produto final, no entanto, descobriu-se que em certos casos houve variações nos copolímeros e certos polímeros cristalinos.

Estrutura química do polímero

b. Propriedades

Apesar dos distintos polímeros apresentarem grandes diferenças em sua composição e estrutura, há uma serie de propriedades comuns a todos eles e que os distinguem de outros materiais. Um exemplo de algumas dessas propriedades é a densidade, condução elétrica e térmica, resistência química e características ópticas.

Tabela comparativa de propriedades de diferentes materiais

Material Densidade (g/cm3) Condução Térmica (W/mk) Condução Elétrica (S)

Plásticos 0.9 – 2.3 0.15 – 0.5 -

PE 0.9 – 1.0 0.32 – 0.4 -

PC 1.0 – 1.2 - -

PVC 1.2 -1.4 - 10-15

Aço 7.8 17.50 5.6

Alumínio 2.7 211 38.5

Ar - 0.05 -

i. Densidade

A gama de densidade dos plásticos é relativamente baixa e se estende de 0.9 a 2.3 g/cm3. Entre os plásticos de maior consumo se encontram o PE e o PP, ambos os materiais com densidade inferior ao da água. A densidade dos outros materiais que os polímeros substituem em algumas aplicações é varias vezes maiores, como no caso do alumínio ou aço. Esta densidade tão baixa dos polímeros se deve fundamentalmente a dois motivos, por um lado os átomos que compõem os plásticos são leves (basicamente compostos de carbono e hidrogênio e, em alguns