ESTRUTURAS DOS POLÍMEROS

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Estruturas dos Polímeros
 
 Prof. Dra. Rejane Ramos Dantas
MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO
UNIVERSIDADE FEDERAL DO SEMI-ÁRIDO
BACHARELADO EM CIÊNCIAS E TECNOLOGIA
Polímeros são macromoléculas formadas a partir de unidades estruturais menores (os monômeros). 
Os monômeros são moléculas de baixa massa molecular os quais, a partir das reações de polimerização, vêm a gerar a macromolécula polimérica. 
As unidades repetitivas, chamadas de mero, provem da estrutura do monômero.
 naturais e artificiais
INTRODUÇÃO
INTRODUÇÃO
Materiais orgânicos - hidrocarbonetos;
As ligações duplas e triplas entre dois átomos de C envolvem o compartilhamento de 2 e 3 pares de elétrons, respectivamente.
Exemplo:
 Insaturadas e saturadas
MOLÉCULAS DE HIDROCARBONETOS
Hidrocarbonetos com mesma composição podem apresentar arranjos atômicos diferentes em um fenômeno denominado ISOMERISMO.
 Butano normal
 Isobutano
MOLÉCULAS DE HIDROCARBONETOS
MOLÉCULAS DE HIDROCARBONETOS
MOLÉCULAS POLIMÉRICAS
Macromoléculas - moléculas gigantescas (devido ao seu tamanho).
Muitas vezes cada átomo de C se liga por ligações simples a dois átomos de C adjacentes, um em cada lado, como observa-se na Fig. abaixo:
QUÍMICA DAS MOLÉCULAS DOS POLÍMEROS
Considere novamente o hidrocarboneto etileno , que é um gás à temperatura e pressão ambientes e que apresenta a seguinte estrutura molecular:
Se o gás etileno reagir sob condições apropriadas, ele irá transformar-se em POLIETILENO (PE), que é um material polimérico sólido.
Cadeia polimérica 
 Resultado
QUÍMICA DAS MOLÉCULAS DOS POLÍMEROS
Monômero: A pequena molécula a partir da qual um polímero é sintetizado. 
Macromolécula 
POLIMERIZAÇÃO: 
O conjunto de reações por meio das quais os monômeros reagem entre si formando uma macromolécula polimérica.
Polímero = Poli (muitos) + mero (monômero)
QUÍMICA DAS MOLÉCULAS DOS POLÍMEROS
A cadeia do polietileno também pode ser representada como
 ou, alternativamente, como
Também são possíveis estruturas poliméricas com outros grupos químicos. Por exemplo, o monômero tetrafluoroetileno, 
 
 Teflon
Exemplos
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Materiais poliméricos mais comuns
MASSA MOLAR
Extremamente elevadas nos polímeros com cadeia longa.
Durante o processo de polimerização, nem todas as cadeias dos polímeros crescem até um mesmo comprimento;
A massa molar numérica média é expressa: 
Uma massa molar ponderal média, baseia-se na fração em peso das moléculas das várias faixas de tamanho
Problema-exemplo 14.1
onde, - massa molar média (no meio) da faixa de tamanhos i, e xi é a fração do número total de cadeias nessa correspondente faixa de tamanhos.
onde, - massa molar média (no meio) da faixa de tamanhos, enquanto wi é a fração em peso de moléculas nesse mesmo intervalo de tamanhos.
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MASSA MOLAR
Uma forma alternativa de expressar o tamanho médio de um polímero é por seu GRAU DE POLIMERIZAÇÃO 
GP - representa o número médio de unidades repetidas em uma cadeia.
 - massa molar numérica média e m é a massa molar da unidade repetida
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FORMA MOLECULAR
As moléculas de polímeros – lineares;
As ligações simples – rotações e flexões em três dimensões
FORMA MOLECULAR
ESTRUTURA MOLECULAR
Não dependem apenas de sua massa molar e de sua forma – cadeias moleculares.
Estruturas moleculares:
Polímeros lineares;
Polímeros Ramificados;
Polímeros com ligações cruzadas; e
Polímeros em Rede. 
	
CONFIGURAÇÕES MOLECULARES
Para os polímeros com mais que um átomo ou grupo de átomos lateral ligados à sua cadeia principal, a regularidade e a simetria do arranjo do grupo lateral podem influenciar de maneira significativa as propriedades.
Um arranjo possível é quando os grupos laterais R de unidades repetidas sucessivas estão ligados a átomos de carbono alternados da seguinte maneira: 
 “cabeça-a-cauda”
 
 
POLÍMEROS TERMOPLÁSTICOS E TERMOFIXOS
Os polímeros podem ser classificados de diversas formas, uma delas considera a solubilidade e a fusibilidade dos materiais. 
Nessa classificação, podemos dividi-los em duas categorias:
Termoplásticos; e
Termofixos (também conhecidos como termoestáveis ou termorrígidos). 
	
	Alguns plásticos pertencem as duas categorias dependendo das modificações feitas na estrutura química inicial.
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POLÍMEROS TERMOPLÁSTICOS E TERMOFIXOS
Termoplásticos
Os termoplásticos amolecem (e eventualmente se liquefazem) quando são aquecidos e endurecem quando são resfriados – processos que são totalmente reversíveis e que podem ser repetidos;
Logo, são RECICLÁVEIS!!! 
A maioria dos polímeros lineares e aqueles que tem algumas estruturas ramificadas com cadeias flexíveis são termoplásticos.
Fabricados com aplicação simultânea de calor e pressão
Exemplos: 
Polietileno (PE); Poliestireno (PS); Polipropileno (PP); Poliamida (Nylon 6.6); Policarbonatos; e Poli (cloreto de vinila)(PVC)
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POLÍMEROS TERMOPLÁSTICOS E TERMOFIXOS
Termoplásticos
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POLÍMEROS TERMOPLÁSTICOS E TERMOFIXOS
Termoplásticos
Alta tenacidade
Moderada resistência química
Baixo custo de processamento e elevado
 volume de produção;
Baixa densidade;
Reciclável 
Problema de fluência;
Baixa resistência mecânica;
Baixo módulo de elasticidade;
Sensíveis ao calor (elevado coeficiente 
 de expansão térmica)
Baixa temperatura de utilização; e
Baixa estabilidade dimensional.
DESVANTAGENS
VANTAGENS
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POLÍMEROS TERMOPLÁSTICOS E TERMOFIXOS
Termofixos
Polímeros em rede; 
Permanentemente rígidos durante sua formação (sob aquecimento);
Em presença de alta temperatura, antes de se separarem elas se “desintegram”, consequentemente não podem ser recicladas já que as mesmas não podem ser fundidas; 
São em geral, mais duros e mais resistentes que os termoplásticos e possuem melhor estabilidade dimensional;
Exemplos: 
Os epóxis; as borrachas vulcânicas; as resinas fenólicas e algumas resinas poliéster. 
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COPOLÍMEROS
Novos materiais - sintetizados e fabricados com melhores propriedades – COPOLÍMEROS.
Considere um copolímero composto por duas unidades repetidas
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CRISTALINIDADE DOS POLÍMEROS
Compactação de cadeias moleculares para produzir um arranjo atômico ordenado.
Qualquer desordem ou falta de alinhamento na cadeia resultará em uma região amorfa.
Além de poderem ser inteiramente amorfos, os polímeros também podem exibir graus variáveis de cristalinidade.
A porcentagem de cristalinidade de um polímero semicristalino é função da sua massa especíica
 
 - massa específica de uma amostra para a qual a porcentagem de cristalinidade deve ser determinada;
 - massa específica do polímero totalmente amorfo e;
 - massa específica do polímero perfeitamente cristalino
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DEFEITOS EM POLÍMEROS
Defeitos pontuais semelhantes àqueles encontrados nos metais – materiais poliméricos.
Esses defeitos incluem:
As lacunas e os átomos e íons intersticiais.
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Referências 
CALLISTER, W. D. JR. Ciência e Engenharia de Materiais: Uma Introdução. Rio de Janeiro, RJ. Editora LTC. 2013.