ALGUMAS QUESTÕES SOBRE POLÍMEROS

1.              O que é TG?  

Temperatura de transição vitrea, é aquela na qual começam os movimentos dos segmentos das cadeias. (ligações intermoleculares) 

2.              O que é TM? 

Temperatura de fusão cristalina. (ligações intramoleculares) 

3.              Com relação a microestrutura dos polímeros, o que ocorre quando estes são aquecidos até sua TG? 

Rompem as ligações intermoleculares, transformando á estrutura amorfa devido a mobilidade das cadeias. 

4.              Com relação a microestrutura dos polímeros, o que ocorre quando estes são aquecidos até sua TM? 

As forças intermoleculares entre as cadeias da fase cristalina são vencidas, destruindo a estrutura regular de empacotamento, passando do estado borrachoso para o estado viscoso. 

5.              O que é uma ligação intermolecular e para que serve? 

É a força existente entre as cadeias poliméricas que podem ser de dois tipos: Van der Waals e ponte de hidrogênio, que servem para unir os materiais. 

6.              Quais os tipos de cadeias poliméricas? Explique. 

Cadeias lineares: em que a cadeia polimérica é constituida apenas de uma cadeia principal. É formada pela polimerização de monômero bifuncionais, podendo exigir a ajuda de catalisadores estereoespecificos.  
Resumo: é uma cadeia em linha reta (simples).  

Cadeias ramificadas: da cadeia principal partem prolongamentos que podem ser longos ou curtos, formados pelo mesmo mero que compõe a cadeia principal  ou por um outro mero formando diferentes arquiteturas, as principais arquiteturas são:  
Resumo: são várias cadeias menores saindo de uma cadeia principal. 

·                    Arquitetura aleatória: as ramificações são de tamanhos variados (longas e curtas), mas formadas com a mesma unidade de repetição presente na cadeia principal. 

·                    Arquitetura estrelada: a cadeia polimérica é formada por vários braços, que partem do mesmo ponto central, formando uma estrela. 

·                    Arquitetura de pente: da cadeia principal pendem cadeias com tamanho fixo  e distribuídas homogeneamente em toda a extensão da cadeia polimérica. 

Cadeias com ligações cruzadas: as cadeias poliméricas estão ligadas entre si através de segmentos de cadeia unidos por forças primárias covalentes fortes. Em função da quantidade de ligações cruzadas médias por volume unitário, pode-se subdividir esta classificação em polimeros com baixa densidade de ligações cruzadas (exemplo: borracha vulcanizada) ou polimeros com alta densidade de ligações cruzadas (exemplo: termorrigido). Estas ligações cruzadas amarran uma cadeia às outras impedindo seu livre deslizamento. 

7.              Diferencie blenda de copolímero. 

Copolimero – polimero com mais de um tipo de mero na cadeia. ( polimero em que cada uma das muitas cadeias poliméricas é formada por dois ou mais tipos de meros; de acordo com a distribuição dos meros nas cadeias poliméricas, os copolimeros podem ser: estatisticos, alternados, em bloco e grafitizados  ou enxertados). 
Resumo: altera os meros da cadeia, quebra as ligações intramoleculares. 

Copolimeros aleatórios – nestes copolimeros os meros estão dispostos de forma desordenada na cadeia do polímero. 

Copolimeros alternados – os meros estão ordenados de forma alternada na cadeia do copolimero. 

Copolimeros em bloco -  o copolimero é formado por sequências de meros iguais de comprimentos variaveis.  

Copolimeros ramificados ou enxertados – a cadeia principal do copolimero é formada por um tipo de unidade repetida, enquanto o outro mero forma a cadeia lateral  (enxertada). 

Blenda: misturas físicas ou misturas mecânicas de dois ou mais polimeros, de forma que entre as cadeias moleculares dos polimeros diferentes só existia interação intermolecular secundária ou que não haja um elevado grau de reação quimica entre as cadeias moleculares dos polimeros diferentes. 
Resumo: Não mexe na estrutura dos polimeros, é uma mistura de dois polímeros. 

8.              O que é polímero? Cite 3 aplicações industriais. 

Material orgânico ou inorgânico,natural ou sintético, de alto peso molecular, formados por muitas macromoléculas, sendo que cada uma destas macromoléculas deve possuir uma estrutura interna onde há a repetição de pequenas unidades chamadas meros (unidades de repetição). Os plásticos são aplicados na indústria da construção civil, na industria automobilística, na industria de embalagens, utilidades domésticas, juntas industriais e etc. 

9.              Quais os tipos de ligações intermoleculares e intramoleculares? 

Primárias ou intramoleculares: 
iônica ou eletrovalente – neste caso, um átomo com apenas um elétron na camada de valência cede este elétron para outro átomo, com sete elétrons em sua última camada, para que ambos satisfaçam a “regra dos octetos”. Estas ligações iônicas ocorrem  nos ionômeros, que são termoplásticos contendo grupos carboxilicos  ionizáveis, que podem criar ligações iônicas entre as cadeias. 

Coordenada – nesta ligação, um átomo contribui com um par de elétrons para a formação  da ligação, ocorrendo em polímeros inorgânicos ou semiorgânicos. 

Metálica -  pouco comum em polímeros, ocorre quando íons metálicos são incorporados ao polímero. 

Covalente – consiste no compartilhamento de dois elétrons entre os átomos, sendo a mais comum em polímeros, determinando as forças intramoleculares. Ligações covalentes normalmente envolvem curtas distâncias e altas energias. 

Secundárias ou intermoleculares: 
Forças de Van der Waals – podem ser subdivididas em: 

Interação dipolo-dipolo – quando dois dipolos permanentes, de sinais opostos, se aproximam, aparece uma força de atração entre eles. 

Interação dipolo-dipolo induzido ( ou forças de indução) – a presença  de um dipolo permanente pode induzir um desbalanceamento de cargas em uma molécula próxima, originando um dipolo induzido. Entre eles dois dipolos, aparece uma força de atração secundária fraca. 

Forças de dispersão – em moléculas em que não existem grupos polares , ou seja, moléculas apolares, flutuações momentâneas da nuvem eletrônica podem induzir  a uma polarização instantânea na molécula, provocando interação com suas vizinhas. 

Ponte de hidrogênio – é o segundo tipo de força secundária fraca envolvendo longas distãncias e baixas energias. 

As forças intermoleculares, covalentes e fortes vão determinar, com o arranjo das unidades de repetição, a estrutura química e o tipo de cadeia polimérica, incluindo o tipo de  configuração. Estas também vão influenciar na rigidez/flexibilidade da cadeia polimérica e, consequentemente, do polímero, assim como na sua estabilidade (érmica, quimica, fotoquimica, etc.) 

As forças intermoleculares fracas vão determinar decisivamente a maioria  das propriedades físicas do polímero: 

·        Temperatura de fusão cristalina 

·        Solubilidade 

·        Cristalinidade  

·        Difusão 

·        Permeabilidade a gases e vapores 

·        Deformação e escoamento. 

Permeabilidade a gases e vapores, deformação e escoamento envolvendo em todos os casos a quebra e formação de ligações intermoleculares. Quanto mais fortes forem estas forças, maior a atração entre as cadeias, tornando-se mais dificil todo e qualquer evento que envolva a separação e/ou fluxo de uma cadeia sobre a outra. 

10.       Quais os fatores que afetam a cristalinidade dos polímeros e, consequentemente, suas propriedades mecânicas? 

A medida que aumentam a cristalinidade, aumenta a densidade, aumenta a resistência a tração, aumentam a resistência ao impacto, e tende aumentar a dureza do material 

       11- Explique a diferença entre polímero de alta densidade e polímero de baixa densidade. 

Depende do processo de polimerização empregado, se for polimerização a alta pressão, obtém-se um polímero com cadeias muito ramificadas, com ramificações longas e curtas ao longo de cadeia principal, numa concentração da ordem de 10 a 30 ramificações por 1000 átomos de carbono. Por outro lado, se for polimerização a baixa pressão, obtém-se um polímero com cadeias pouco ramificadas, contendo de 1 a 5 ramificações por 1000 átomos de carbono, o que permite maior aproximação das cadeias adjacentes e, portanto, um maior grau de cristalização. 

Baixa densidade -  é um polímero parcialmente cristalino, cuja temperatura de fusão (tm) está na região de 110 a 115ºC. Estrutura linear muito ramificada, baixo grau de cristalização da ordem de 35 a 50/5. Densidade de 0,915 a 0,925 g/cm3. 

Alta densidade -  macromoléculas com estrutura linear com poucas ramificações curtas, possui mais massa e mesmo volume, grau de cristalização de 60 a 80%. Densidade de 0,941 a 0,965 g/cm3. 

12. Por que os polímeros são tão aplicados na indústria? Explique. 

Por que tem baixo custo, é facil de ser processado, tem uma certa resistência, e é um produto que pode ser reciclado. 

13. Quais as propriedades  mecânicas mais importantes nos polimeros? 

Densidade, resistência a tração,  resistência a impacto, dureza, conformação, resistência a corrosão. 

14. Com relação a microestrutura, por que os termofixos(termorrígidos) após se conformarem não retornam mais á condição original (não se reciclam)?

A cadeia polimérica é muito reticulada, cheio de ramificações, são cadeias menores e bem ramificadas, os termofixos(termorrigidos) não tem temperatura de transição vítrea (TG). Uma vez conformado não tem como esquentar para modelar novamente , se for queimado o material é perdido. 

15. Explique o que ocorre com as propriedades abaixo, enquanto se aumenta a cristalinidade de um polímero:

·        Densidade aumenta 

·        Rigidez aumenta 

·        Temperatura de fusão sem relação direta 

·        Resistência mecânica aumenta 

16. Explique com relação a microestrutura, por que existem polímeros transparentes e outros opacos?

Termoplásticos amorfos – possuem cadeias moleculares fortemente ramificadas e cadeias secundárias longas, não podem apresentar, devido a sua estrutura irregular, um estado de empacotamento denso. 

Termoplástico semi-cristalino(opaco) – apenas algumas partes da molécula consegue se manter organizadas, enquanto outras partes estão longe uma das outras e encontram-se desorganizadas. 

17. Cite 3 fatores que alteram a cristalinidade  dos polímeros. 

Fatores estruturais (linearidade da cadeia, taticidade, grupo lateral, configuração em torno da dupla de ligações, polaridade , rigidez/flexibilidade da cadeia principal, copolimerização), fatores externos  (impurezas ou aditivos, segunda fase). 

1.              taxa de resfriamento durante a solidificação. Quando um material demora para se resfriar, tem mais tempo de organizar de forma regular as suas moléculas. 

2.              A estrutura química  e a configuração da cadeia. Quando uma molécula tem uma estrutura  muito complexa, é menos provável de suas moléculas conseguirem se organizar. ( cadeias muito ramificadas, ou com grupos grandes ligados á cadeia principal). 

3.              Polímeros lineares são mais  fáceis de cristalizar que polímeros ramificados. Se um polímero apresentar ligações cruzadas ou tiver estrutura em rede dificilmente apresentará algum grau significativo de cristalinidade, normalmente  esses polímeros são amorfos. 

Resumo: taxa de resfriamento, polaridade das cadeias, tempo, polaridade das moléculas. 

18. Cite quais os processos mais usuais para a industrialização de polímeros? 

Extrusão: a matéria prima é amolecida, e sua saída é forçada através de um matriz instalada no equipamento denominada rosca extrusora, produzindo um produto que conserva a sua forma ao longo de sua extensão , após seu resfriamento. Aplicação: fabricação de produtos flexiveis, como embalagens , sacolas, sacos e bobinas também conhecidos como filme, após o processo de extrusão, podem ser modelados no produto final com soldas e cortes e produtos rigidos ou semi-rigidos, como tubos, perfis, mangueiras e chapas.

Moldagem por injeção: a matéria prima amolecida pelo calor dentro do cilindro de injeção sob pressão é injetada através de canais de injeção do molde para o interior das cavidades, as quais reproduzem o produto a ser fabricado. A maquina utilizada neste processo, denomina-se injetora. O produto extraído depois de ser resfriado o suficiente para manter a forma e as dimensões necessárias.

Injeção/sopro –pré forma: é um processo conjugado de injeção e sopro. Desenvolvido para moldar a matéria prima PET. A resina PET  tem características muito peculiares , onde o produto pode ser moldado em dois processos distintos, sem comprometer  suas características de resistência e transparência. O PET é injetado no formato de uma pré-forma , sem nenhum ar internamente. Quando aquecida no segundo processo, dentro do equipamento próprio especial, ar é soprado internamente tomando o formato do produto final. Este processo é para produtos de frascaria, usados em refrigerantes, agua mineral e etc.