Universidade do Estado de Santa Catarina – UDESC Centro de

Universidade do Estado de Santa Catarina – UDESC
Centro de Ciências Tecnológicas – CCT
Departamento de Química – DQM
FQP – Química de Polímeros – Profa. Dra. Carla Dalmolin
TERMINOLOGIA
Polímero: material orgânico (ou inorgânico) de alta massa molar (acima de dez
mil, podendo chegar a dez milhões), cuja estrutura consiste na repetição de pequenas
unidades (meros). Macromolécula formada pela união de moléculas simples ligadas
por ligação covalente.
Macromolécula: uma molécula de alta massa molar, mas que não tem
necessariamente, em sua estrutura, uma unidade de repetição.
Monômero: molécula simples que dá origem ao polímero. Deve ter
funcionalidade de no mínimo 2 (ou seja, ser no mínimo bifuncional).
Mero: unidade de repetição da cadeia polimérica.
Grau de polimerização (GP): número de unidades de repetição da cadeia
polimérica. Normalmente, o grau de polimerização fica acima de 750.
Massa molar do polímero (MM): 𝑀𝑀 = 𝐺𝑃 × 𝑀𝑀𝑚𝑒𝑟𝑜 . Polímeros de
interesse comercial apresentam, geralmente, MM > 10.000
̅̅̅̅̅̅): durante a reação de polimerização há a formação de
Massa molar média (𝑴𝑴
cadeias poliméricas com tamanhos diferentes (umas crescem mais que outras de
maneira estatística). Pode-se estimar a massa molar média da amostra conhecendo-se
̅̅̅̅ × 𝑀𝑀𝑚𝑒𝑟𝑜
̅̅̅̅̅ = 𝐺𝑃
o grau de polimerização médio, isto é: 𝑀𝑀
̅̅̅̅̅ < 10.000).
Oligômero: polímero de baixa massa molar (normalmente para 𝑀𝑀
Homopolímero: polímero cuja cadeia principal é formada por um único mero
(ou polímero formado a partir de um único monômero). Exemplos: PE, PP, PVC.
Copolímero: polímero cuja cadeia principal é formada por dois meros diferentes.
Exemplo: SBR (borracha sintética de estireno-butadieno).
Terpolímero: polímero em que a cadeia principal é formada por três meros
diferentes. Exemplo: ABS (acrilonitrila-butadieno-estireno). No meio industrial,
terpolímeros são usualmente referenciados como copolímeros.
Polimerização ou Síntese de polímeros: conjunto de reações químicas que
provocam a união de pequenas moléculas por ligação covalente com a formação de
um polímero.
Polímeros de cadeia carbônica: polímeros que apresentam somente átomos de
carbono na cadeia principal (heteroátomos podem estar presentes em grupos laterais
da cadeia).
Polímeros de cadeia heterogênea: polímeros que apresentam, além de carbono,
outros átomos (heteroátomos) na cadeia principal (formando um heteropolímero).
Polímeros naturais: polímeros sintetizados pela natureza. Ex.: borracha natural,
celulose, etc.
Polímeros artificiais: polímeros naturais, modificados pelo homem através de
reações químicas. Ex.: acetato de celulose, nitrato de celulose, etc.
Polímeros sintéticos: polímeros sintetizados pelo homem. Ex.: PE, PS, PVC.
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Polímeros naturais inorgânicos: Ex.: diamante, grafite, etc.
Polímeros sintéticos inorgânicos: Ex.: ácido polifosfórico.
Polímeros semi-inorgânicos sintéticos: Ex.: silicone.
Biopolímeros: esta terminologia pode assumir dois significados. Polímeros
biologicamente ativos, ou polímeros utilizados em aplicações biológicas ou
biomédicas.
Plásticos: material polimérico de alta massa molar, sólido como produto
acabado, que pode ser subdividido em termoplástico e termofixo.
Termoplásticos: plásticos com a capacidade de amolecer e fluir quando sujeito a
um aumento de temperatura e pressão. Quando estes são retirados, o polímero se
solidifica em um produto com formas definidas. Novas aplicações de temperatura e
pressão produzem o mesmo efeito de amolecimento e fluxo. Esta alteração é uma
transformação física, reversível. Quando o polímero é semicristalino, o amolecimento
se dá com a fusão da fase cristalina. São fusíveis, solúveis, recicláveis. Ex.: PE, PS,
Náilon, etc.
Termofixos (ou termorígido endurecido): plástico que amolece uma vez com o
aquecimento, sofre o processo de cura no qual se tem uma transformação química
irreversível, com a formação de ligações cruzadas, tornando-se rígido. Posteriores
aquecimentos não mais alteram seu estado físico, ou seja, não amolece, tornando-se
infusível e insolúvel. Ex.: baquelite, resina epóxi.
Ligações cruzadas: ligações covalentes formadas entre duas cadeias
poliméricas, que as mantém unidas por força primária, formando uma rede
tridimensional. Para quebrar a ligação cruzada é necessário fornecer um nível de
energia tão alto que seria suficiente para destruir também a cadeia polimérica. Quando
presente em baixa concentração, produz pequenos volumes não desagregáveis na
massa polimérica, conhecidos por “olho de peixe”. Quando em quantidade
intermediária, é típico das borrachas vulcanizadas, e em grande quantidade, é
característico dos termofixos.
Cura: mudança das propriedades físicas de uma resina por reação química, pela
ação de um catalisador e/ou calor e um agente de cura. A cura gera a formação de
ligações cruzadas entre as cadeias poliméricas. Antes da cura, o termofixo é um
̅̅̅̅̅ < 10.000), apresentando-se como um líquido viscoso ou em pó. Este
oligômero (𝑀𝑀
termo é preferencialmente utilizado para termofixos. Em borrachas ele se confunde
com o termo vulcanização.
Fibra: termoplástico orientado com a direção principal das cadeias poliméricas
posicionadas paralelas ao sentido longitudinal (eixo maior). Deve satisfazer a
condição geométrica de o comprimento ser, no mínimo, cem vezes maior que o
diâmetro (𝐿⁄𝐷 > 100).
Elastômero: polímero que, a temperatura ambiente, pode ser deformado,
repetidamente, a pelo menos duas vezes o seu comprimento original. Retirado o
esforço, deve voltar rapidamente ao tamanho original.
Borracha: elastômero natural ou sintético.
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Borracha crua: borracha que ainda não sofreu o processo de vulcanização, sem
nenhum aditivo. Nesta fase, ela é um elastômero dito não vulcanizado, podendo ser
processada como um termoplástico.
Vulcanização: processo químico de fundamental importância às borrachas,
introduzindo a elasticidade e melhorando a resistência mecânica. Esta se dá através de
ligações cruzadas entre duas cadeias. O enxofre é o principal agente de vulcanização.
Borracha vulcanizada: borracha após passar pelo processo de vulcanização.
Borracha regenerada: borracha vulcanizada, que através de processos
químicos, pode ser novamente processada e reaproveitada. Processo químico que visa
a destruição da rede tridimensional formada durante a vulcanização. Este processo
nem sempre é econômico.
Aditivo: todo e qualquer material adicionado a um polímero visando uma
aplicação específica. A característica dos polímeros de aceitarem uma grande
variedade de aditivos é fundamentalmente importante, não só para melhorar suas
propriedades físico-químicas, mas também para seu apelo visual, permitindo uma
vasta gama de aplicações, tanto novas quanto substituindo materiais tradicionais.
Dentre as inúmeras classes de aditivos, os principais tipos são: cargas, plastificantes,
lubrificantes, estabilizantes, antiestáticos, retardantes de chama, nucleantes,
modificadores de impacto e pigmentos.
Carga (filler): usada como enchimento, principalmente visando a redução de
custo. Ex.: talco, caulim, serragem, outros polímeros reciclados.
Carga reforçante: sua adição confere ao composto melhores propriedades
mecânicas, principalmente aumentando o módulo de elasticidade (em tração e em
flexão) e a resistência mecânica. São subdivididas em fibrosas e particulares. Ex.:
fibra de vidro, cargas cerâmicas (tratadas ou não).
Plastificante: normalmente são líquidos utilizados para aumentar a flexibilidade
e distensibilidade do composto na temperatura de utilização da peça pronta. Ex.:
dioctil ftalato (DOP) para PVC, resultando no PVC plastificado (PPVC).
Lubrificante: aditivo utilizado para reduzir a viscosidade durante o
processamento através da lubrificação das cadeias. Este efeito só deve acontecer na
temperatura de processamento e não alterar as propriedades do composto na
temperatura de aplicação da peça. Ex.: ceras parafínicas, ácidos graxos e seus
derivados na forma de aminas e ésteres.
Estabilizante: os polímeros, por serem orgânicos, são sensíveis à temperatura e
ao cisalhamento, degradando-se principalmente por oxidação (que por sua vez pode
gerar cisão de cadeia ou geleficação, isto é, formação de ligações cruzadas). A adição
de estabilizantes térmicos de atuação em curto e longo prazo em alguns casos é
fundamental. Ex.: estabilizantes térmicos à base estanho, cádmio e zinco para PVC, e
antioxidante primário de fenol estericamente impedido (2,6-di-ter-butil p-cresol).
Antiestático: material que reduz a resistência elétrica superficial de um
polímero, evitando o acúmulo de carga estática que poderia gerar faíscas, atrair
poeira, aumentar excessivamente a aderência entre filmes, etc.
Retardantes de chama: materiais que dificultam a iniciação, bem como a
propagação da chama. São importantes em aplicações na construção civil, na qual a
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propagação do fogo em incêndios deve ser minimizada. Como exemplos tem-se:
compostos de bromo, compostos de boro, alumina tri-hidratada, etc.
Agentes nucleantes: materiais que servem como base para a nucleação de um
polímero semicristalino, reduzindo o super-resfriamento e, portanto, facilitando a
cristalização. Com isso, a cristalização ocorre a temperaturas mais altas, permitindo a
ejeção de peças moldadas em um ciclo menor, aumentando a produtividade. Ex.:
sorbitol, talco, alguns pigmentos, etc.
Modificadores de impacto: normalmente são elastômeros que, quando
adicionados em uma matriz polimérica rígida e quebradiça, facilitam a iniciação dos
mecanismos de tenacificação (fissuramento e escoamento por bandas de
cisalhamento), aumentando a energia de fratura, ou seja, aumentando a resistência ao
impacto do polímero. Ex.: polibutadieno em poliestirenos (produzindo o HIPS), EPR
em PP e PA, etc.
Pigmento: material orgânico ou inorgânico usado para colorir. Os polímeros
aceitam uma extensa gama de cores, sendo muito utilizados pelos projetistas para
aumentar o apelo visual e de comercialização de um produto. São normalmente
comercializados na forma de dispersões em uma matriz polimérica, conhecidas por
masterbarches.
Composto: mistura do polímero com aditivos. A escolha dos aditivos e
quantidades certas para a confecção de um composto, balanceado e economicamente
viável, é de fundamental importância, sendo o item mais cobiçado e bem guardado na
indústria.
Plásticos reforçados: matriz polimérica com uma carga reforçante dispersa. Para
maior desempenho mecânico, este é normalmente fibroso. Ex.: poliéster insaturado
reforçado com fibra de vidro (PIRFV).
Espumas: plásticos feitos na forma celular por meios térmicos, químicos ou
mecânicos. São utilizados principalmente para isolamento térmico e acústico, com
densidade entre 0,03 a 0,3 g/cm3. Podem ser de célula aberta ou fechada,
termoplásticos ou termofixos, rígidos ou flexíveis, etc. Ex.: isopor (espuma de
poliestireno).
Adesivo: substância normalmente polimérica, capaz de manter materiais unidos
ou colados por adesão superficial. Pode ser tanto rígido quanto flexível.
Placa (chapa): forma na qual a espessura é muito menor que as outras duas
dimensões (largura e comprimento).
Filme: termo utilizado para placas com espessura inferior a 0,254 mm.
Blenda polimérica / Mistura mecânica: mistura física de dois ou mais
polímeros, sem reação química intencional entre os componentes. A interação
molecular entre as cadeias poliméricas é predominantemente do tipo secundária
(intermolecular). Assim, a separação dos polímeros integrantes da blenda polimérica
pode ser feita através de processos físicos, como, por exemplo, através da
solubilização e precipitação fracionadas. Uma blenda pode ser miscível ou imiscível,
dependendo das características termodinâmicas de seus componentes, compatibilizada
ou não, dependendo do interesse tecnológico.
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Miscibilidade: característica termodinâmica que duas macromoléculas podem
ter, quando a mistura entre elas chega ao grau molecular, ou seja, é possível misturar
tão bem a ponto de suas cadeias estarem em contato íntimo. Isso gera uma única fase
com comportamento físico-químico intermediário ao comportamento de cada
componente individualmente. Uma forma de comprovação experimental da
miscibilidade de dois polímeros é a observação de apenas uma temperatura de
transição vítrea (Tg), intermediária aos valores característicos e conhecidos de cada
componente individualmente. Além dos componentes, a miscibilidade depende
também da temperatura, pressão e tipo de solvente, etc. Quando os polímeros são
semicristalinos, este conceito deve ser estendido, considerando-se a presença da fase
cristalina, se ocorre co-cristalização ou se a miscibilidade apenas acontece na fase
amorfa.
Compatibilidade: característica de uma mistura de polímeros (blenda
polimérica), na qual se tem a separação em duas ou mais fases distintas (o sistema é
imiscível), mas a interface entre elas é estabilizada com a adição de um outro
componente, dito compatibilizante, que se aloja na interface, reduzindo a energia
interfacial e estabilizando a morfologia multifásica. Como efeito secundário, também
tem-se a redução do tamanho de partícula. Tal estabilidade é muito conveniente, pois
evita alterações da morfologia em processamentos futuros aos quais o material venha
a ser submetido.
Degradação: qualquer fenômeno que provoque uma mudança química na cadeia
polimérica, normalmente com redução da massa molar e consequentemente queda nas
propriedades físico-mecânicas. Modificação química destrutiva com quebra de
ligações covalentes e formação de novas ligações. Ex.: oxidação, hidrólise, cisão da
cadeia, etc.
Indústria petroquímica de primeira geração: grandes empresas, responsáveis
pelo craqueamento da nafta e pela produção de moléculas insaturadas de baixa massa
molar, conhecidas por monômeros. Estes materiais serão polimerizados diretamente
ou usados pela indústria petroquímica em outros processos. Como principais
exemplos tem-se o etileno, propileno e o butadieno.
Indústria petroquímica de segunda geração: empresas de grande porte,
normalmente instaladas próximas às de primeira geração, que recebem diretamente,
através de dutos, o monômero (normalmente na forma líquida), polimerizando-o e
fazendo o polímero. Para ser economicamente viável, uma empresa de segunda
geração que produz um polímero convencional, como o polipropileno, deve ser capaz
de produzir pelo menos meio milhão de toneladas por ano (isto significa produzir um
saco de 25 kg a cada dois segundos!). Em contrapartida, a produção de polímeros
especiais é feita em pequena escala.
Indústria petroquímica de terceira geração: empresas de tamanhos variados,
desde micro até grandes, que compram o polímero, na forma de grão, líquido ou pó, e
o processam, produzindo artigos na sua forma final para o uso. Empregam técnicas
como extrusão, injeção, calandragem, termoformagem, etc. Vendem seus produtos
diretamente ao consumidor ou às indústrias de quarta geração.
Indústria petroquímica de quarta geração: empresas de porte variado, que
compram artigos de plástico e os montam em itens maiores. O maior exemplo desta
classe são as montadoras automobilísticas.