Identificação de Polímeros
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10. Trabalho Experimental Polímeros Polímeros são substâncias formadas de macromoléculas (moléculas gigantes) que apresentam unidades estruturais denominadas monômeros, que se repetem sucessivamente . Um polímero pode ser definido satisfatoriamente como sendo um material composto por unidades relativamente simples idênticas ou não (monômeros), repetidas várias vezes. Exemplos de polímeros naturais são o amido e a celulose, formados por um grande número de moléculas de glicose. Outro polímero é a borracha natural, cuja unidades de repetição é o isopropeno: (CH2= C CH= CH2 ) CH3 O processo de formação dos polímeros denomina-se polimerização. São exemplos de polímeros os plásticos e os elastômeros. Os polímeros podem ser classificados de acordo com vários critérios: a) Quanto a aplicação: Elastômeros: apresentam moléculas grandes e flexíveis, que tendem a se enrolar de maneira caótica. Quando submetidos a uma tensão, as moléculas desses polímeros se desenrolam e deslizam umas sobre as outras. Quando a tensão cessa, suas moléculas voltam à estrutura inicial. Exemplos: borracha natural e sintética. Fibras: se prestam à fabricação de fios e apresentam grande resistência à tração mecânica. Exemplos: poliamidas, poliéster, celulose (polímero natural). Plásticos: possuem estrutura molecular de dois tipos: longas moléculas, quer lineares, quer ramificadas, e moléculas de rede tridimensional. Exemplos: polietileno, PVC, fórmica, poliuretano, etc. b) quanto ao comportamento à temperatura: Termoplásticos: podem ser amolecidos e remoldados repetidamente. Industrialmente, podem ser reaproveitados para produção de novos artigos. Exemplos: poliestireno, polietileno, PVC, PVA, polimetacrilato de metila. Termofixos ou Termorrígidos: não podem ser amolecidos pelo calor após terem sido produzidos, Normalmente sua produção e moldagem devem ser feitas numa única etapa. Exemplos: baquelite, fórmica, poliuretanas, etc. c) Quanto ao tipo de monômero: Homopolímeros: somente uma espécie de monômero está presente na estrutura do polímero. Copolímeros: espécies diferentes de monômeros são empregadas. d) Quanto à estrutura molecular: Polímeros lineares e ramificados; podem ser mais ou menos cristalinos e incluem alguns dos materiais também usados como fibras: o náilon, por exemplo. Incluem também, os vários polialcenos: polietileno, policloreto de vinila, poliestireno, etc. Ao serem aquecidos, estes polímeros amolecem e por esta razão são chamados de termoplásticos. Polímeros de rede tridimensional (ou resinas): são altamente reticulados para formar uma estrutura tridimensional rígida, mas irregular, como nas resinas fenolformaldeído. Uma amostra de tal material é essencialmente uma molécula gigante; por aquecimento não amolece, visto que o aquecimento exigiria a ruptura de ligações covalentes. Na realidade, o aquecimento pode causar formação de mais ligações reticulantes e tornar o material ainda mais duro. Por esta razão, estes polímeros chamados termofixos. e) Quanto á morfologia no estado sólido: Amorfos: as moléculas são orientadas aleatoriamente e estão entrelaçadas (lembram um prato de spagheti cozido). Os polímeros amorfos são, geralmente transparentes. Semicristalinos: as moléculas exibem um empacotamento regular, ordenado, em determinadas regiões. Como pode ser previsto, 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. f) Quanto ao método de preparação: Polímeros de adição: São polímeros formados por sucessivas adições de monômeros. As substâncias utilizadas na produção desses polímeros apresentam obrigatoriamente pelo menos um dupla ligação entre carbonos. Durante a polimerização, na presença de catalisador, aquecimento e aumento de pressão, ocorre a ruptura de uma ligação e a formação de duas simples ligações como mostra o esquema: n(A=A) (-AA-)n São muitos os polímeros de adição presentes no nosso dia-a-dia, como o: Polietileno Policloreto de vinila (PVC) Polipropileno Poliestireno Teflon ou Politetrafluoretileno Poliacrilonitrila Poliacetato de vinila (PVA) Polimeta-acrilato de metila (acrílico) Policianoacrilato de metila Poli 2-hidroxi-etil-acrilato de metila Borrachas sintéticas (polieritreno, Policloropropeno e Buna-S) Polímeros de condensação: esses polímeros são formados, geralmente, pela reação entre dois monômeros diferentes, com a eliminação de moléculas pequenas, por exemplo, a água. Nesse tipo de polimerização, os monômeros não precisam apresentar dupla Identificação de Polímeros ligação entre carbonos, mas é necessária a existência de dois tipos de grupos funcionais nos dois monômeros diferentes. Como exemplos podemos citar: Poliéster Poliamida Silicone Polifenol Policarbonato Polímeros de rearranjo: este tipo de polímero requer um ou mais monômeros que sofrerão um rearranjo em suas estruturas, na medida em que ocorrer a polimerização. Os dois polímeros de rearranjo mais comuns são: Poliuretanas (espuma, espuma rígida e lycra) Poliamidas Resina Polietileno de baixa densidade Polietileno de alta densidade Polipropileno ABS SAN Poliacetal Acetato de celulose Teste de chama Chama Azul Vértice amarelo Chama Azul Vértice amarelo Chama amarela, crepita ao Queimar, fumaça fuliginosa Chama amarela, crepita ao queimar fumaça fuliginosa Tal qual PS e ABS, porém fumaça menos fuliginosa Chama azul sem fumaça com centelha Chama amarela, centelhas queimando observação odor Cheiro de vela Cheiro de Pinga como vela vela Cheiro Pinga como vela Agressivo Monômero de Amolece e pinga estireno Borracha Amolece e Pinga Queimada Pinga como vela Amolece e Monômero de borbulha Cuidado ao cheirar estireno Ponto amolecimento Densidade o C (g/cm3) 105 130 165 230 175 130 Formaldeído 175 Ácido acético 230 Acetato de butirato de celulose Chama azul faiscando PET Chama amarela, fumaça mas centelha - Manteiga rançosa 180 Acetato de vinila Chama amarela esverdeada - - 255 PVC rígido PVC flexível Poli carbonato Poliuretanos - Chama amarela, vértice verde Chama amarela, vértice verde Decompõe-se, fumaça Fuliginosa com brilho Chama auto extinguível Chama auto extinguível Chama auto extinguível Cheiro de cloro Cheiro de cloro Bastante fumaça - Acre Chama auto PTFE Nylon-6 Nylon-66 Nylon - 6,10 Nylon - 11 Poli (metacrilato de metila) Deforma-se extinguível 127 150 150 230 205 - Chama azul, vértice Formam bolas Amarelo, centelhas, difíceis na ponta De queimar Chama azul, vértice Pena e Formam bolas amarelo, centelhas, difíceis cabelo de queimar na ponta Queimado Chama azul, vértice Formam bolas Pena e amarelo, centelhas difíceis cabelo na ponta de queimar Queimado Chama azul, vértice Formam bolas Pena e amarelo, centelhas, difíceis cabelo na ponta de queimar Queimado Queima lentamente, mantendo a chama, chama Cheiro de amarela em cima, azul em Não pinga alho ou resina baixo. Amolece e quase não de dentista apresenta carbonização 327 215 260 0,94 098 0,85 092 1,04 1,06 1,04 1,06 1,08 1,42 143 1,25 1.35 1,15 1.25 1,38 1.41 1,34 137 1,19 135 1,19 135 1,20 122 1,21 2,14 217 1,12 1,16 1,12 1,16 215 180 1.09 1,04 1,16 160 1,20 10.1 PARTE EXPERIMENTAL Materiais: Proveta de 100mL, 50mL e 10mL Béquer de 500mL Tubo de ensaio Pinça de madeira Pinça metálica Bastão de vidro Lata de refrigerante(para molde) Bico de Busen Agitador magnético Banho de gelo Reagentes: Ácido Clorídrico – HCl 1,0 mol/L Solução de Anilina Persulfato de Amônio Anidrido ftálico Glicerol ou glicerina Acetato de sódio PROCEDIMENTO: 1ª Experiência: Síntese de um polímero condutor Parte A: 1) adicione 300mL de solução de HCl 1,0mol/L em um béquer. 2) Acrescente a esta solução 20mL de solução de Anilina. 3) Coloque o béquer no banho de gelo de modo que, o gelo esteja em contato direto com o béquer. 4) Coloque o recipiente no agitador magnético e agite o conteúdo do béquer. Parte B: 1) Adicione 200mL de HCl 1,0mol/L em outro béquer. 2) A crescente a esta solução 11,54g de persulfato de amônio. 3) Misture a conteúdo deste béquer e o adicione na outra solução. 4) Mantenha esta solução no agitador magnético até que ocorra toda reação. 2ª Experiência: Síntese de um poliéster a partir de anidrido ftálico e gligcerol Parte I – Preparação do molde Confeccione um molde retangular nas dimensões de uma caixinha de fósforos (3x4 cm, com bordas de 1cm), conforme as instruções a seguir: Recorte da lata de alumínio um retângulo plano de aproximadamente 5x6 cm. Risque toda a superfície interna com grafite, para facilitar a retirada do polímero. Corte o retângulo conforme a figura a seguir: Dobre as laterais nas linhas indicadas na figura, fazendo uma pequena caixa Fixe as laterais da caixa com uma fita adesiva, sem deixar espaços nos cantos e, e, seguida, amarre-as com um barbante, dando duas voltas. Posicione o molde o mais próximo do local onde o polímero será preparado. Parte II- Preparação do polímero 1) Misture num tubo de ensaio seco 5,0g de anidrido ftálico e 0,5g de acetato de sódio. 2) Acrescente 2mL de glicerina. 3) Aqueça a mistura cuidadosamente e com agitação, mantendo o tubo inclinado sobre um bico de bunsen, até a completa dissolução dos reagentes sólidos. ATENÇÃO: não deixe o tubo constantemente sobre a chama; a dissolução deve ser lenta! 4) Após a dissolução total dos reagentes, continue aquecendo o tubo cuidadosamente até observar a formação de vapor d’água. 5) Assim que a solução começar a eliminar vapor d’água, retire o tubo da chama, espere parar a ebulição e retorne o tubo à chama. 6) Repita esse procedimento até que a solução adquira uma coloração marrom-clara e apresente uma elevada viscosidade. CUIDADO: o superaquecimento leva à decomposição do produto! 7) Tão logo a mistura reagente adquira as características acima, transfira-a rapidamente, porém com cuidado, para o molde. 8) Observe como essa resina pode ser estirada em fios, puxando um pouco do resíduo ainda quente do tubo de ensaio, com um bastão de vidro. 9) Deixe o polímero esfriar lentamente. 10) Retire cuidadosamente a resina solidificada do molde, cortando o barbante e a fita adesiva com uma tesoura. 11) Para um melhor acabamento da peça, prenda o bloco da resina com uma pinça metálica e aqueça-o diretamente na chama do bico de bunsen, fazendo movimentos rápidos sobre o fogo. 12) Espere esfriar por uns 30 segundos, mude o bloco de posição na pinça e aqueça novamente. Questionário: 1) Descreva as características físicas do produto obtido. 2) Sugira eventuais aplicações do material obtido.
