Os polímeros são utilizados pela humanidade desde a antiguidade. Em torno de 1000 a.C., os chineses obtém um verniz extraído de uma árvore chamada Rhus vernicflua. Este verniz foi amplamente utilizado em móveis na forma de revestimento impermeabilizante aumentando a durabilidade dos mesmo até a década de 50. Os processos para obtenção sintética de materiais poliméricos foram viabilizados somente no início do século XX. A década de 1920 marcou oficialmente o início de uma nova era nas descobertas relacionadas aos materiais poliméricos, com pesquisas relacionadas aos mecanismos de polimerização de moléculas orgânicas na Alemanha.
De 1920 até os dias atuais, a grande diversidade de técnicas de polimerização, síntese de novos materiais poliméricos, polímeros biodegradáveis e nanocompósito vem aumentando gradativamente, contudo, atualmente a ênfase está em desenvolver e aprimorar formulações de polímeros já existentes utilizando novas tecnologias e processos para a obtenção de materiais com propriedades otimizadas.
Os polímeros apresentam um comportamento reológico complexo, são compostos formados por macromoléculas, formadas por pequenas partes que são chamadas de monômeros. Os monômeros são as unidades que se repetem dentro da estrutura do polímero e podem ou não ser unidades iguais, formando longas cadeias. Podem ser naturais ou sintéticos, termoplásticos ou termofixos e com propriedades específicas de acordo com os monômeros que formam a macromolécula dos diversos polímeros existentes.
- Macromoléculas: São moléculas de elevada massa molar, que não possuem necessariamente em sua estrutura uma unidade de repetição, e não são necessariamente somente os polímeros que são macromoléculas, os oligômeros por exemplo, são macromoléculas.
- Oligômeros: Polímeros de baixa massa molar, geralmente inferior a 10.000 g/mol.
- Monômeros: Basicamente os monômeros são as matérias primas dos polímeros, são moléculas simples, normalmente orgânicas, que quando agrupadas repetidas vezes, podendo ser as mesmas moléculas ou dispostas com moléculas de outros compostos, formam cadeias longas chamados de polímeros.
- Meros: São as unidades de repetição da cadeia polimérica.
- Grau de Polimerização: O grau de polimerização consiste no número de meros que compõem uma macromolécula polimérica, representado pela leta n na representação química de um polímero. Os polímeros comerciais possuem valores entre 700 e 800 de grau de polimerização.
- Polímeros: A palavra Polímero significa: Poli – várias e Mero – partes. São compostos naturais ou sintéticos, com moléculas grandes formadas pela repetição de unidades chamadas monômeros. São compostos orgânicos ou inorgânicos de alta massa molecular (acima de 10.000 g/mol, podendo chegar a 10.000.000 g/mol). Os polímeros podem ser classificados em:
Polímeros Naturais
São os materiais poliméricos encontrados na natureza, que não são sintetizados em indústrias. O corpo humano é composto de diversos polímeros naturais, como por exemplo, as proteínas e polissacarídeos. A borracha natural é proveniente do látex, obtido da seiva da árvore Seringueira. Exemplos: Celulose: Acetato de celulose e nitrato de celulose, Caseína: galactite e Amônia: ureia.
Polímeros Sintéticos
São os materiais poliméricos obtidos por reações de sintetização, em indústrias de polimerização, através de matérias primas diversas, provenientes de fontes renováveis ou não renováveis. O tamanho das macromoléculas e sua composição podem ser controlados para obter uma infinidade de compostos poliméricos e atender às propriedades desejadas. Os polímeros de interesse comercial apresentam normalmente massa molecular acima de 10.000 g/mol. Exemplos: Etileno: Polietileno (PE), Cloreto de Vinila: Policloreto de Vinila (PVC) e Propeno: Polipropileno (PP).
Fontes de matéria-prima: As matérias primas utilizadas na produção de polímeros sintéticos podem ser de origem fóssil, ou seja, fontes não renováveis, como petróleo, carvão mineral e gás natural, ou podem ser obtidos de fontes renováveis, como vegetais, por exemplo, cana-de-açúcar e amido, que são matérias primas para biopolímeros.
Representação das macromoléculas poliméricas: As estruturas químicas das moléculas dos polímeros são representadas entre chaves, iniciadas e terminas por um travessão que representa que a estrutura se repete, com a representação química de um mero de cada tipo que compõem a molécula, e possuem a letra n após a chave que finaliza, representando o grau de polimerização. Vejamos alguns exemplos para facilitar o entendimento:
Polietileno
Poliamida 6.6
- Homopolímeros: São polímeros onde a unidade de repetição é sempre a mesma, ou seja, formados por apenas um monômero. Geralmente são os polímeros formados por reação de poliadição.
- Copolímeros: São polímeros onde as unidades de repetição são diferentes, ou seja, formados por mais de um monômero. Geralmente são os polímeros formados por reação de policondensação.
Os polímeros sintéticos são produzidos a partir de reações de polimerização, e estas reações podem ser de Poliadição ou Policondensação. Na poliadição, os monômeros são adicionados em um reator, juntamente com um catalisador chamado iniciador que realiza a quebra das duplas ligações dos monômeros iniciando uma reação em cadeia, até o momento em que se adiciona um produto específico que realiza a terminação da reação em cadeia. É uma reação extremamente violenta, rápida e exotérmica, feita em pequenos reatores e que produz polímeros com altas massas moleculares, na faixa de 20.000 g/mol. Na policondensação, os monômeros (normalmente mais de um tipo) são adicionados ao reator, onde ocorre a reação química de eliminação de moléculas de baixo peso molecular, possibilitando que os monômeros se unam e formem o polímero de interesse, não há quebra de duplas ligações. É uma reação lenta, que forma polímeros com peso molecular na faixa de 10.000 g/mol.
As cadeias poliméricas podem ser lineares ou ramificadas, podendo no caso dos polímeros termofixos serem reticuladas. Os polímeros podem ainda ser classificados em termoplásticos e termofixos.
- Termoplásticos: São polímeros que podem ser reprocessados quando aquecidos novamente, podendo ser remoldados. Este processo pode ser repetido inúmeras vezes, contudo, a cada reprocessamento, há perda de algumas propriedades, que podem ser compensadas se realizarmos a mistura com material virgem. Exemplo: Polietileno, Poliamidas, Policarbonato e Poliestireno.
- Termofixos: São polímeros que não podem ser reprocessados pois possuem reticulações em sua estrutura, e quando são reaquecidos, há o rompimento das ligações cruzadas (reticulações), degradando o material. Isso não significa que não seja possível reutilizar os termofixos. Eles podem ser adicionados em pequenas quantidades como cargas e reforços, inclusive em materiais termoplásticos. São obtidos sob efeito de temperatura e pressão, moldados e quando resfriam endurecem. Exemplos: Baquelite, Resina epóxi e Poliuretano.
Leia também:
- Nomenclatura dos polímeros
- Classificação dos polímeros
- Propriedades dos polímeros
Referências:
http://falandodquimica.weebly.com/uploads/2/4/5/2/2452165/aula_03_polimeros_-_final.pdf
Ciência e Comportamento dos Materiais Plásticos I e II, SENAI – SP, Núcleo de Tecnologia em Plásticos, Escola SENAI Mario Amato, 2012.
BOSQUILHA, G. Minimanual de Química: Teoria e Pratica. 2. Ed. rev. São Paulo: Rideel, 2003.