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Introdução às Polímeros: Estruturas, Tipos e Propriedades, Resumos de Estrutura Molecular

Saiba sobre as polímeros, materiais compostos por macromoléculas formadas pela repetição de monômeros. Aprenda sobre suas categorias, estruturas, tipos, vantagens, relação entre estrutura e propriedades, e mais. Este texto aborda homopolímeros, copolímeros, polímeros lineares, polímeros com ligações cruzadas e polímeros em rede.

Tipologia: Resumos

2022

Compartilhado em 07/11/2022

Adriana_10
Adriana_10 🇧🇷

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Generalidades sobre polímeros
Introdução às estruturas poliméricas
Existem três categorias fundamentais de divisão dos materiais:
Metais;
Cerâmicas;
Polímeros;
Um polímero é um material constituído por macromoléculas (geralmente de
origem orgânica) formada pela repetição de moléculas pequenas denominadas
monômeros, unidas por ligações químicas (ligações covalentes).
Os polímeros naturais, que são derivados de plantas e animais, tais como:
madeira, borracha, algodão, lã, couro, seda e outros vêm sendo utilizados por muitos
séculos, desde as civilizações primitivas. Outros tipos de polímeros naturais são as
proteínas, as enzimas, os amidos e a celulose, que conferem importância nos
processos biológicos e fisiológicos tanto de plantas, como de animais.
Com o avanço da ciência, da pesquisa e da tecnologia, foi possível desenvolver
grandes quantidades de materiais poliméricos, devido ao estudo e compreensão da
estrutura molecular dos polímeros. Pode-se dizer que o campo dos materiais sofreu
uma grande revolução com a chegada dos polímeros sintéticos com o fim da
Segunda Guerra Mundial (1945).
As vantagens dos polímeros sintéticos são: 1- podem ser produzidos a custos
baixos e; além disso, 2- as suas propriedades podem ser controladas e reguladas a
nível molecular, no qual muitas vezes são superiores às suas contrapartes naturais.
Assim como os metais e as cerâmicas, as propriedades dos polímeros estão
relacionadas de maneira complexa à sua composição estrutural. Com isso, é
importante compreender as estruturas moleculares dos materiais poliméricos, assim
como as relações entre a estrutura e algumas propriedades físicas, químicas e
mecânicas desse tipo de material; os tipos encontrados; métodos de conformação e
polimerização.
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Generalidades sobre polímeros

Introdução às estruturas poliméricas Existem três categorias fundamentais de divisão dos materiais:

  • Metais;
  • Cerâmicas;
  • Polímeros; Um polímero é um material constituído por macromoléculas (geralmente de origem orgânica) formada pela repetição de moléculas pequenas denominadas monômeros, unidas por ligações químicas (ligações covalentes). Os polímeros naturais , que são derivados de plantas e animais, tais como: madeira, borracha, algodão, lã, couro, seda e outros vêm sendo utilizados por muitos séculos, desde as civilizações primitivas. Outros tipos de polímeros naturais são as proteínas, as enzimas, os amidos e a celulose, que conferem importância nos processos biológicos e fisiológicos tanto de plantas, como de animais. Com o avanço da ciência, da pesquisa e da tecnologia, foi possível desenvolver grandes quantidades de materiais poliméricos, devido ao estudo e compreensão da estrutura molecular dos polímeros. Pode-se dizer que o campo dos materiais sofreu uma grande revolução com a chegada dos polímeros sintéticos com o fim da Segunda Guerra Mundial ( 1945 ). As vantagens dos polímeros sintéticos são: 1 - podem ser produzidos a custos baixos e; além disso, 2 - as suas propriedades podem ser controladas e reguladas a nível molecular, no qual muitas vezes são superiores às suas contrapartes naturais. Assim como os metais e as cerâmicas, as propriedades dos polímeros estão relacionadas de maneira complexa à sua composição estrutural. Com isso, é importante compreender as estruturas moleculares dos materiais poliméricos, assim como as relações entre a estrutura e algumas propriedades físicas, químicas e mecânicas desse tipo de material; os tipos encontrados; métodos de conformação e polimerização.

Moléculas dos Polímeros Polímero vem do grego poly , que significa “muitos”. As moléculas que formam os polímeros são geralmente longas e flexíveis, são macromoléculas, compostas por subunidades estruturais chamadas mero (do grego, “partes”), que se repetem sucessivamente ao longo da cadeia molecular. Um único mero é chamado de monômero; já o termo polímero foi criado para indicar muitos meros. A figura 2.1 traz a representação esquemática por meio de ligações químicas do conceito de mero, monômero e polímero. Figura 2.1: Modelo esquemático da representação de um monômero, mero, polímero e macromolécula. Essas moléculas geralmente são formadas por hidrocarbonetos (composto por átomos de carbono e hidrogênio), visto que os polímeros possuem uma origem orgânica. Nessa situação os átomos se ligam entre si, dentro da molécula, por meio de ligação covalente. Na ligação covalente as configurações eletrônicas estáveis são adquiridas pelo compartilhamento de elétrons entre átomos adjacentes. Dois átomos ligados de maneira covalente irão cada um contribuir com pelo menos um elétron para a ligação, e os elétrons compartilhados podem ser considerados como pertencentes a ambos os átomos.

podem se espiralar, contorcer e dobrar, o que implica em um entrelace e embaraço entre as moléculas de cadeias vizinhas. 1.1.1 Polímeros lineares São formados por unidades de mero unidas do início ao fim em cadeias únicas. Essas longas cadeias são flexíveis. Tal estrutura pode ser vista na figura 2.1. 1 a, onde cada círculo é um mero. Nos polímeros lineares podem existir grandes quantidades de ligações de van de Waals. Um exemplo de estrutura linear é o polietileno, que pode ser visualizada no figura 2.1. 1 b Figura 2.1. 1 a: representação esquemática da estrutura linear. Cada circula representa um mero. Figura 2.1. 1 b: representação da ligação química dos átomos de etileno, mero, que se unem linearmente para formarem o polietileno. 1.1.2 Polímeros Ramificados São aqueles cujas cadeias principais possuem ramificações laterais. Tais ramificações fazem parte da cadeia e são consequências de reações paralelas que acontecem durante a síntese do material. Essa estrutura molecular pode ser vista na figura 2.1.2.

Figura 2.1.2: estrutura molecular de um polímero ramificado. 1.1.3 Polímeros com ligações cruzadas Nesse tipo de polímero as cadeias lineares adjacentes estão unidas às outras em várias posições por meio de ligações covalentes. Essas ligações, assim como no tipo anterior, também são obtidas no processo de síntese, porém são reações químicas primárias. Muitos materiais elásticos com características de borracha apresentam essas ligações. Figura 2.1.3: cadeia molecular de um polímero com ligações cruzadas. 1.1.4 Polímeros em rede São cadeias com unidades trifuncionais, ou seja, possuem três ligações covalentes ativas e formam redes tridimensionais. Materiais do tipo epóxi e à base de fenolformaldeído fazem parte desse grupo. A cadeia de um polímero em rede pode ser vista na figura 2.1.4. Cabe ressaltar que os polímeros não são de um único tipo estrutural distinto. Pode ser predominantemente de um tipo.

ligação livre desemparelhado. Figura 3.1: imagem da ativação do peróxido de benzoíla. A ligação - o-o- é quebrada e o par de elétrons é dividido em dois fragmentos. O ponto preto ao lado do oxigênio do radical livre simboliza o elétron não-emparelhado. Figura 3.1.2: Iniciação de uma molécula de metacrilato de metila. O elétron não emparelhado do radical livre se aproxima da molécula de metacrilato de metila (A e B), formam-se um par de elétron e uma ligação covalente entro o monômero e o radical livre (C e D). O elétron não-emparelhado remanescente torna a nova molécula um radical livre (D). Propagação - O complexo monômero-radicais livres resultante age como um novo centro de radical livre quando se aproxima de um outro monômero para formar um dímero (dois monômeros unidos). A propagação envolve o crescimento linear da molécula à medida que unidades do monômero se fixam umas às outras em sucessão

para produzir a molécula da cadeia. Para melhor compreensão, observar a figura 3.1.3. Figura 3.1.3: propagação e crescimento da cadeia. Terminação - a etapa anterior se encerra de diferentes formas. Ou quando ocorre união direta de dois radicais livres finais de cadeia ou quando um átomo de hidrogênio é trocado em uma cadeia em crescimento pela outra. As moléculas combinam-se e se desativam pela formação de uma ligação covalente. Essas formas podem ser vistas na figura 3.1.4. Figura 3.1.4: A terminação ocorre quando dois radicais livres interagem e forma uma ligação covalente (A) ou quando dois radicais livres se aproximam, uma nova ligação dupla pode ser formada na molécula que doa um átomo de hidrogênio para um radical livre (B).

  • Sintéticos: produzidos em laboratório (plásticos, resina acrílica, náilon, poliéster, polietileno, policarbonato). Quanto à estrutura química:
  • Homopolímero: constituído por apenas um tipo de unidade estrutural repetida (polietileno, poliestireno). Copolímero: formado por 2 ou mais tipos de unidades estruturais (resina acrílica). Existem três tipos diferentes de copolímeros:
  • Copolímero aleatório - Não existe ordem seqüencial entre duas ou mais unidades ao longo da cadeia de polímero. ... ABBABABAAABAAAABABBBBABAAAABABABB...
  • Copolímero em bloco - Unidades de monômeros idênticas ocorrem em uma seqüência relativamente longa ao longo do polímero principal. ... AAAAABBBBBBBAAAABBBBBBBAAABBBAAAA...
  • Copolímeros ramificados ou enxertados - Seqüências em que conjuntos de um tipo de unidade são ligadas como enxerto à espinha dorsal de um segundo tipo de unidade mero. Quanto à forma da cadeia:
  • Lineares: não possui ramificações. Em geral apresentam uma possibilidade maior de deslizamento entre as moléculas, ou seja, sofrem deformações plásticas com aplicação de cargas de menor magnitude.
  • Ramificadas: apresenta ramificação, com pequenas cadeias laterais.
  • Reticuladas: as cadeias de polímeros encontram-se unidas umas às outras por ligações químicas cruzadas. Essas ligações impedem o deslizamento entre cadeias, fazendo com que seja necessário a aplicação de cargas de maior magnitude para que ocorram deformações plásticas. Quanto à estabilidade térmica:
  • Termoplástico: amolecem ao serem aquecidos e se tornam rígidos ao resfriar. (polietileno, resina acrílica).
  • Termorrígidos/termofixos: ao serem aquecidos se tornam infusíveis e insolúveis (resina de cabos de panelas, bolachas, elastômeros); Apresentam ligações cruzadas que impedem o deslizamento entre cadeias quando aquecidos evitando o aparecimento de deformações plásticas com o fornecimento de calor. Quanto à organização da cadeia microestrutural:
  • Cristalino: os átomos assumem posições definidas espacialmente e se repetem em longo alcance. Praticamente não estão presentes na odontologia.
  • Amorfos: os átomos não assumem posições definidas no espaço e não apresentam ordem de longo alcance. Esta é a microestrutura característica dos polímeros 1 Propriedades físicas dos polímeros Deformação e Recuperação As forças aplicadas produzem tensões nos polímeros que podem causar deformação elástica, plástica ou a combinação das duas deformações. A deformação plástica é irreversível e resulta em uma nova forma permanente. A deformação elástica é reversível, e a forma será completamente recuperada quando a tensão for eliminada. A deformação víscoelástica resulta na combinação da deformação plástica e elástica, mas a recuperação apenas da deformação elástica ocorre quando a tensão é diminuída. A recuperação, no entanto, não é instantânea, uma vez que a tensão é eliminada no decorrer do tempo. A quantidade da forma que não é recuperada no momento que a tensão é eliminada pode ser considerada deformação plástica. Tipo e função dos plastificantes Os plastificantes são frequentemente adicionados à resina para reduzir sua temperatura de amolecimento ou de fusão. É possível plastificar uma resina, que é normalmente dura e rígida à temperatura ambiente, para uma condição em que se torne flexível e mole pela inclusão de um plastificante na resina. Por exemplo, o cano de PVC é duro e tenaz e contém muito pouco plastificante; contudo, a mangueira de PVC é mole e elástica e contém um nível muito alto de plastificante. O plastificante reduz parcialmente as ligações secundárias ou forças intermoleculares que normalmente impedem que as moléculas de resina deslizem umas sobre as

Referências 1 - Askeland DR, Phulé PP. The science and engineering of materials. 2003. 2 - Callister W. Ciência E Engenharia de Materiais: Uma Introdução. Grupo Gen-LTC; 2000. 3 - Anusavice KJ. Phillips. Materiais dentários. Elsevier; 2005 4 - Machado F, Lima EL, Pinto JC. Uma Revisão Sobre os Processos de Polimerização em Suspensão. Polímeros: Ciência e Tecnologia , vol. 17, nº 2, p. 166-179, 2007. 5 - http://www.pmt.usp.br/pmt5783/Pol%C3%ADmeros.pdf 6 - https://www.emaze.com/@ACTZTORZ/Presentation-Name