polimeros

1. Macromoléculas,
polímeros e
plásticos

2. Definições
Polímeros são compostos macromoleculares
formados por moléculas gigantes baseadas
na condensação de monômeros em
sequências repetitivas e massas moleculares
bastante elevadas.

3. Químico Alemão - Hermann Staudinger (1881-1965) – demonstrou pela
primeira vez a existência de moléculas gigantes 1920 – pesquisava
compostos formados a partir do estireno ou vinilbenzeno
Monômero estireno

4. Polímeros na natureza:
• Inorgânicos, Ex.: Silicatos
• Orgânicos:
Celulose
Lignina
Proteína Mioglobina
Ácidos nucleicos - DNA

5. Polímeros Sintéticos
• Usados na indústria de plásticos, fibras, tintas e vernizes
Plásticos são materiais poliméricos que têm capacidade de
apresentar mudança de fase em função da temperatura e da
pressão e são moldáveis.
No termoplástico a mudança de
fase ocorre reversivelmente e
pode ser moldado repetidas
vezes
No termofixo a mudança de fase
provoca alterações nas ligações,
ao resfriar não volta à forma
original

6. Utilização de materiais poliméricos
VANTAGENS: baixo custo, peso reduzido, grande resistência,
facilidade de moldagem e produção de diferentes peças.
DESVANTAGENS: descarte no meio ambiente e durabilidade,
dificuldade de degradação.
Plástico → bom substituinte dos metais, madeira e vidros.
Termoplásticos - são altamente recicláveis - sua cadeia
macromolecular é ligada por dipolo-dipolo, forças de London
ou por ligações de Hidrogênio.
Se rompem com o calor e a fusão e com o resfriamento
restabelecem suas forças intermoleculares

8. Mais de 1 milhão de
toneladas não é
recolhida no país
Brasil produz 11.355.220
milhões de toneladas de lixo
plástico por ano
Cada brasileiro produz
1 kg de lixo plástico por
semana
Somente 145.043
toneladas de lixo
plástico são
recicladas
2,4 milhões de
toneladas de plástico
são descartadas de
forma irregular
7,7 milhões de
toneladas ficam em
aterros sanitários

9. Ponto Verde: Reciclagem
Fonte: http://revistavivasaude.uol.com.br/upload/imagens_upload/reciclagem_3.jpg

10. Obtenção dos polímeros
Polímeros de adição são obtidos por uma reação de adição de
unidades monoméricas
Polímeros de condensação são obtidos pela união de grupos
funcionais orgânicos que se condensam, podendo eliminar
moléculas de água.

11. Obtenção dos polímeros
Copolimerização: copolímeros são obtidos quando dois
monômeros distintos A e B são polimerizados juntos (polímero
misto)
a) aleatório: a disposição dos meros (A e B) não seguem uma
sequência definida:
~~~~A-A-B-A-B-B-B-B-A-B-B-A-B-A-~~~~
Exemplos: copolímero de etileno-acetato de vinila (EVA),
borracha sintética de estireno-butadieno (SBR).

12. b) alternado: os diferentes se dispões de forma alternada na
cadeia polimérica.
~~~~~A-B-A-B-A-B-A-B-A-B-A-B~~~~~
Exemplo: copolímero de anidrido maleico-estireno.
c) em bloco: os blocos (sequência) de um determinado mero
se alterna com os blocos de outro mero.
~~SSS~~~~SSS-BBB~~~~BBB-SSS~~~~SSS
Exemplo: borracha termoplástica tribloco de estireno e
butadieno (SBS) – pneus, solas de sapato.

13. d) grafitizado ou enxertado: sobre a cadeia de um
homopolímero (A) outra cadeia polimérica (B).
A A A A A
B
B B B B
A A A A A
Exemplo: copolímero acrilonitrila-
butadieno-estireno (ABS) – formado
principalmente por um
homopolibutadieno enxertado com um
copolímero aleatório de estireno-
acrilonitrila.

14. Falando em Lego...
• De 1949 a 1963: bricks eram feitos de acetato de
celulose
• 1963: ABS passou a ser utilizado – mais forte, mais
resistente ao desbotamento.
• Como ABS é opaco – peças transparentes são de
policarbonato
• 2012 – Grupo Lego anunciou a busca por matérias
primas mais sustentáveis – polietileno de cana de
açúcar
Em 2014 a Lego produziu 60 bilhões de
peças – sendo 318 milhões de pneus –
maior fabricante de pneus do mundo!

15. Polímeros de adição: os principais tipos são derivados do etileno

16. https://youtu.be/5hn1WjCp1Ns

17. https://www.chemtube3d.com/_pvcf/ https://www.chemtube3d.com/_polystyrenef/

18. Polímeros de condensação: formados pela união de dois grupos funcionais.
Politereftalato de Etileno (PET) – polímeros de alto peso molecular >2000 daltons
Utilizado na fabricação de fibras têxteis: Dacron® e Terilene®
Uso predominante: Fabricação de garrafas
Alta reciclabilidade, resistência à pressão e oferece barreira contra gases.
https://www.chemtube3d.com/_petf/

19. Camisetas ecológicas
Feitas com 50% de
algodão e 50% de fibra
de poliéster reciclado
São utilizadas em média
2 garrafas PET para cada
camiseta

20. Poliamidas – condensação de ácidos carboxílicos com aminas
Nylon® obtido acidentalmente 1935 – laboratórios da DuPont
Condensação do ácido adípico com a hexametilenodiamina
Nylon – pode ser estirado em fibras
Linhas de pesca, tecidos, redes, tênis, cordas
https://www.chemtube3d.com/_nylon66f/
https://youtu.be/yFEHKRdXb9Y

21. Resinas fenólicas – condensação do fenol com o formaldeído
Baquelite – desenvolvido por L.H.Baekeland - 1907
São resinas termofixas e mantêm sua forma após moldagem.
Alta rigidez: rede de ligações cruzadas tridimensional.
Alta estabilidade térmica e capacidade de isolamento.

22. https://www.netflix.com/br/title/81116168
Temporada 1 – Ep 04 – Plásticos – 21 min

23. Poliuretanas – resinas obtidas pela reação de di-isocianatos orgânicos
com diálcoois.
di(isocianato) de hexametileno
poliuretano
Podem gerar materiais termofixos, termoplásticos e espumas:
dependendo do processamento e combinação com materiais
Aplicação em recobrimentos, espumas rígidas ou flexíveis,
borrachas com alta resistência à abrasão.

24. Policarbonatos – obtidos pela condensação de fosfogênio (Cl2C=O) com
bis(fenóis) como o BPA.
Plástico com aspecto vítreo, alta transparência e
resistência mecânica (inclusive vácuo).
Termoplástico – permite sua reciclagem
Quando reforçado com fibras: dessecadores a
vácuo, óculos de proteção e janelas à prova de balas
Bom substituto para o vidro
https://www.chemtube3d.com/_bisphenolaf/

25. Alerta!
Bis(fenol) é proibido em utensílios domésticos e mamadeiras
Pode estar presente como impureza no plástico e entrar em contato com
o alimento.
Bis(fenol) é desregulador endócrino - comportamento semelhante ao
estrógeno

26. PDMS ou polidimetilsiloxano – Mistura de polímeros lineares de
dimetilsiloxano (CH3)2SiO estabilizadas com unidades terminais de
(CH3)3SiO.
Conhecido como óleo de silicone ou dimetilsilicone
PDMS usado em: Graxa de silicone, fluidos de amortecimento e transferência de
calor, óleo para processamento de alimentos como batatas fritas e nuggets do
McDonald’s
PDMS com sílica: medicamento, agente antiespumante, hidratante de pele e
condicionador de cabelo
https://www.chemtube3d.com/_pdmsf/

27. Polímeros condutores
Deslocalização eletrônica na cadeia
Níveis eletrônicos incompletos
Condutividade
elétrica e existência
de cores
3´35´´ https://youtu.be/UjMbwS0LOkU

28. • Derivados do poliacetileno e de compostos como
anilina, pirrol e tiofeno
Poliacetileno – derivado do acetileno
• Polimerização direta – forma muitos produtos e
difícil controle
• Polimerização a partir do ciclo-octatetraeno
mediante abertura do anel
n
acetileno poliacetileno
Polímeros condutores

29. Absorção da luz em materiais
conjugados

30. Materiais Conjugados
• É possível observar do etileno até o poliacetileno o
comportamento de formação de bandas de energia
em sólidos
• Etileno apresenta apenas um par de elétrons  e E
~ 6,7 eV entre HOMO (cheio) e LUMO (vazio).
• Com o aumento do número de pares de e- ,
ocorre a aproximação dos níveis e diminuição de
E.

31. Materiais Conjugados
• Até que no sólido polimérico observa-se a banda de
valência e a banda de condução (E ~1,5 a 3 eV)
• Ocorre ainda, da esquerda para a direita, um
aumento no comprimento de onda de absorção (
UV/Vis) com a diminuição de E.
• Observa-se a passagem de compostos incolores
(absorção no UV) para compostos coloridos
(absorção no Vis)

32. Estrutura eletrônica de bandas do poliacetileno
Elétrons deslocalizados sobre as cadeias
conjugadas pela superposição dos orbitais p
– formação de um sistema π estendido –
banda de valência cheia
BC
BV
Introdução de Cargas ou dopagem
– formação de vacâncias –
aumento da condutividade

33. Polipirrol (PPy) – oxidação eletroquímica do pirrol – gera
espécie radicalar – rápida dimerização com perda de prótons
– formação de cadeias.
Modelo envolve formação de polarons e bipolarons
Elétron é removido do topo da banda de valência do polímero
condutor – gera vacância – formação e um cátion radical –
POLARON – a remoção de um 2º elétron forma um -
BIPOLARON

34. Oxidações do polipirrol e a criação dos estados de
polaron e bipolaron

35. Polianilina (PAN ou PANI) – polimerização oxidativa
da anilina em meio aquoso – variedade de cores
depende do estado de oxidação e do pH

36. Condutividade elétrica de diferentes tipos de materiais

37. PEDOT:PSS – mistura do poli(3,4 – etilenodioxitiofeno) (PEDOT)
com o poliestirenossulfonato (PSS)
Polímero transparente e condutor com alta flexibilidade
agentes antiestáticos - eletrodo
transparente em telas touchscreen
e em OLED’s (dispositivos orgânicos
emissores de luz).

38. Tintas e vernizes
Tintas látex e acrílico – pintura de paredes – formadas por
polímeros do tipo poliacetato de vinila ou de acrílico e
pigmentos variados – Ex. TiO2 usado em tintas brancas.
TiO2 – alto poder de recobrimento (opacidade), interação com
a luz, capacidade de degradar fotoquimicamente compostos
orgânicos que aderem à superfície.
Nas tintas – a medida que a água evapora – pigmentos ficam
ocluídos no filme polimérico formado.
Filmes resistentes à luz e laváveis.

39. Tintas e vernizes
Tintas para pintura a óleo – utilizam óleos insaturados como
os extraídos da soja, linhaça e côco – triglicerídeos.
Secagem – o oxigênio do ar promove a oxidação parcial das
cadeias do hidrocarboneto.
Formação de ligações cruzadas – pontes de éter (-CH-O-CH-)
Polimerização e endurecimento
da tinta com os pigmentos em seu
interior

40. Borracha natural
Extraída da seringueira – Hevea brasiliensis – forma de
emulsão ou látex.
Cadeias poliméricas derivadas da polimerização do isopreno
ou 2-metilbutadieno

41. Borracha natural
Látex do caule da seringueira tem configuração cis
Quando coagula – massa pegajosa, hidrofóbica e elástica
Forma trans – folhas e casca

42. Vulcanização
Uso mais importante da borracha – fabricação de pneus
Poli-isopreno reagindo com enxofre S8 –
O ciclo se rompe e os S terminais atacam
as duplas ligações do polímero – ligações
cruzadas se formam
https://www.chemtube3d.com/_rubberf/

43. Vulcanização
Charles Goodyear - 1839
Ligações cruzadas – cadeias poliméricas alinhadas – forma
original se mantém após esforço mecânico do material
Incorporação de até 20% de carbono na forma de negro de
fumo – diâmetro médio de 19 nm
Formação de um compósito – alta resistência mecânica, alto
desempenho de rodagem dos pneus.

44. Borracha sintética
Polibutadieno – borracha sintética obtida a partir da
polimerização do butadieno
Neopreno – originado da polimerização do 2-clorobutadieno
Por sua qualidade e melhor desempenho, a borracha natural
é preferida para a fabricação de pneus.

45. Bioplásticos
Plásticos de natureza biológica – constituídos de derivados de
celulose e biopolímeros provenientes de fontes renováveis:
• Produtos agrícolas e biomassa
Alguns bioplásticos podem ser
degradáveis em condições aeróbias
ou anaeróbias

46. Bioplásticos
Busca em “Science Direct” – Sistema de busca da Elsevier termo
“bioplastic”: 5013 resultados (12/08/2020)
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Número
de
Publicações
Ano
Termo de busca "bioplastic" (Base de dados Elsevier)

47. Bioplásticos
Aplicações:
Utensílios domésticos, embalagens de alimentos,
garrafas, canudos – artigos de consumo e descarte.
Eletrônicos, carpetes, isolamento, encanamentos.
Implantes e produtos médicos que podem ser absorvidos
pelo corpo.
Propriedades:
Em sua maioria: são termoplásticos – moldados com o
calor
Vantagens:
Muitos são biodegradáveis, originários de fontes
renováveis.
Bons substituintes para alguns plásticos de origem
petroquímica

48. Bioplásticos
Ácido polilático (PLA): dá origem a um plástico
transparente que pode ser obtido a partir do açúcar do milho
- dextrose – com características semelhantes ao PET, PS e PE
Usado para geração de fibras, filmes e recipientes

49. Bioplásticos
Outros exemplos:
Plásticos derivados de celulose: acetato de celulose
PHB – poli-3-hidroxibutirato – poliéster produzido por bactérias
que processam o açúcar e o amido do milho
- características semelhantes ao polipropileno (PP) filmes
transparentes com ponto de fusão acima de 130oC e
biodegradáveis
Biopolímeros baseados em amido – combinados com
poliésteres para blendas de interesse tecnológico. Podem ser
aproveitados em compostagem.