Polímero- A era dos Plásticos

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Fonte:|quimicatualizada.com|

Um polímero é uma macromolécula formada pela repetição de pequenas e simples unidades químicas (monômeros), ligadas covalentemente. Se somente uma espécie de monômero está presente na estrutura do polímero, este é chamado de
homopolímero. Se espécies diferentes de monômeros são empregadas, o polímero
recebe a denominação de copolímero.

Polímeros biológicos fundamentam a existência da vida, e existem desde o
surgimento da primeira célula na superfície da terra. Os polímeros naturais têm
sido empregados pelo homem desde os mais remotos tempos: asfalto era utilizado
em tempos pré-bíblicos; âmbar já era conhecido pelos gregos e a goma pelos
romanos. Os polímeros sintéticos, porém, somente surgiram no último século.

Um grande marco na história da indústria de plásticos foi a descoberta do
processo de vulcanização da borracha em 1839 (a partir do látex, um polímero
natural, que já era largamente empregado) pela Goodyear. O próximo grande passo
foi a nitração da celulose, resultando na nitrocelulose, produto comercializado
primeiramente por Hyatt, em 1870. De seu produto foi obtido o celulóide,
alavancando a indústria cinematográfica. Em 1865 foi descoberto o processo de
acetilação da celulose, resultando em produtos comerciais de grande uso no
início deste século, como fibras de rayon, celofane, entre outros. Entretanto,
o primeiro polímero puramente sintético somente surgiu em 1907; resinas de
fenol-formaldeído foram produzidas por Baekeland - entre elas, o primeiro
polímero sintético de uso comercial: o "Bakelite". Desde então, a
indústria e o uso de polímeros não para de crescer.

Hoje, mesmo roupas e demais vestimentas são feitas com fibras poliméricas
sintéticas. Roupas especiais, como o uniforme de astronautas, vestes dos
corredores de fórmula 1, e roupas de mergulho submarino também são produzidas
com polímeros especiais, que possuem as propriedades desejadas, em cada caso.


Estrutura Molecular dos
Polímeros

Dependendo da natureza química dos monômeros e da técnica empregada para a
polimerização, os polímeros podem exibir diferentes tipos de arquiteturas. Os
mais comuns são os de estrutura linear, ramificada ou em rede. A primeira
figura, ilustra o polietileno de alta densidade (HDPE): uma molécula de cadeia
longa elinear, feita pela polimerização do etileno, um composto cuja fórmula
estrutural é CH2=CH2.

A indústria também produz uma outra variedade de polietileno, que possui cadeias ramificadas. Este é conhecido como polietileno de baixa densidade (LDPE), e esta ilustrado na figura abaixo. O impedimento espacial
provocado pelas ramificações dificulta um "empilhamento" das cadeias
poliméricas. Por esta razão, as forças intermoleculares que mantém as cadeias
poliméricas unidas tendem a ser mais fracas em polímeros ramificados. Por isso
o LDPE é bastante flexível e pode ser utilizado como filme plástico para
embalagens, enquanto que o HDPE é bastante duro e resistente, sendo utilizado
em garrafas, brinquedos, etc..

A figura seguinte mostra um polímero cujas cadeias estão entrelaçadas numa complexa rede de ligações covalentes. O exemplo da figura é a resina fenolformaldeído, onde moléculas de fenol são unidas pelo formaldeído.

Alguns polímeros foram verdadeiros salva-vidas. A polimerização do N-vinilpirrolidona foi recebida com grande ímpeto durante a Segunda Guerra Mundial, quando os alemães usaram soluções salinas do polímero como um substituto
do plasma sangüíneo nos soldados feridos de suas tropas. O PVP -
poli(vinilpirrolidona), possui um baixo grau de toxidade e tem sido utilizado
também em cosméticos, adesivos, indústria têxtil, lentes de contato, e numa
variedade de fármacos, incluindo a manufaturação de materiais
micro-encapsulados. Um complexo de PVP com iodeto é um dos anti-sépticos mais
utilizados.

Os polímeros são produzidos sinteticamente através da reação de polimerização
de seus monômeros. Um dos métodos mais utilizados, nas indústrias, para a
produção de polímeros de vinilas é a polimerização em emulsão. Este processo
envolve uma emulsão estável de água, monômeros do polímeros, e um surfactante
(sabão ou detergente) como o agente emulsificante. Os surfactantes formam
micelas, que dissolvem os monômeros, geralmente hidrofóbicos. Os iniciadores de
radicais livres, quando jogados na fase aquosa, também migram para a fase
micelar, iniciando a polimerização. As vantagens deste método incluem o baixo
consumo de energia (a reação pode ser feita mesmo na temperatura ambiente) e a
obtenção de polímeros com grande massa molar. A maior desvantagem é que a
formulação é relativamente complexa se comparada com os outros métodos, e
requer uma etapa de purificação do polímero que, algumas vezes, pode ser
problemática.

Os polímeros exibem 2 tipos de morfologia no estado sólido: amorfo e semicristalino. Em um polímero amorfo, as moléculas estão orientadas aleatoriamente e estão entrelaçadas - lembram um prato de spaghetti cozido. Os
polímeros amorfos são, geralmente, transparentes. Nos polímeros
semicristalinos, as moléculas exibem um empacotamento regular, ordenado, em
determinadas regiões. Como pode ser esperado, 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.

A figura acima ilustra um diagrama de Volume vs. Temperatura para dois polímeros: um amorfo e um semicristalino. Em baixas temperaturas, as moléculas de ambos os polímeros vibram com baixa energia; eles estão
"congelados" em uma situação do estado sólido conhecida como
"estado vítreo". Na medida em que o polímero é aquecido, entretanto,
as moléculas vibram com mais energia e uma transição ocorre: do estado vítreo
para o estado rubbery. Neste estado, o polímero possui um maior volume e uma
maior dilatação térmica e maior elasticidade. O ponto onde esta transição
ocorre é conhecido como temperatura de transição vítrea, e está denotado no
gráfico como Tg.

Quando aquecidos, os polímeros podem vir a derreter. A temperatura
de fusão dos polímeros é indicada, no diagrama, como Tm. No estado líquido, os
polímeros podem ser moldados ou divididos em micro-fibras, por exemplo. Somente
alguns polímeros podem ser derretidos, e são chamados de termoplásticos.

Muitas vezes, o polímero é formado pela união de dois ou mais
monômeros diferentes. Estes polímeros são chamados de copolímeros, em contraste
aos homopolímeros, que são formados pela repetição de somente um monômero.

Os Copolímeros, por outro lado, são produzidos com dois ou mais monômeros, cujas unidades podem ser distribuídas randomicamente, em uma maneira alternada ou em blocos. As figuras abaixo ilustram estas situações.

Nestas figuras, a estrutura molecular de cada polímero é
demonstrada, esquematicamente, com as unidades de repetição de cada
polímero.Tais combinações permitem aos químicos criar polímeros com diferentes
propriedades, baseados nas estruturas obtidas.

Nas indústrias, os polímeros e/ou copolímeros podem ser misturados, obtendo-se Blendas Poliméricas. Quando miscíveis, as propriedades das blendas derivam das propriedades dos
polímeros individuais, embora uma ação sinérgica pode vir a ocorrer. De acordo
com a aplicação, podem-se preparar diferentes blendas, de distintas
composições, resultando em polímeros com diferentes propriedades
físico-químicas.

Produtos industriais incluem homopolímeros, copolímeros, blendas
homogêneas e blendas heterogêneas.