INSTITUTO FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO
KEVIN KÜHL
SAVANA CARVALHO
WAGNER POLICARPO

POLÍMEROS ARTIFICIAIS E NATURAIS

VITÓRIA
2014

KEVIN KÜHL
SAVANA CARVALHO
WAGNER POLICARPO

POLÍMEROS ARTIFICIAIS E NATURAIS

Trabalho apresentado para avaliação do rendimento escolar na disciplina de Química III, oferecida pelo Instituto Federal do Espírito Santo para o Curso Técnico em Eletrotécnica Integrado ao Ensino Médio.
Professor: Breno Rodriguez.
Turma: M03

VITÓRIA
2014
PRINCIPAIS POLÍMEROS NATURAIS E ARTIFICIAIS E FORMAS DE OBTENÇÃO (REAÇÕES QUÍMICAS)

Os polímeros são divididos em duas classes, os naturais (já existentes normalmente na natureza) e os artificiais (fabricados pelo homem, partindo de moléculas simples). Em nosso estudo sobre os principais polímeros iremos abordar primeiro os polímeros naturais, sendo os principais os carboidratos (celulose, amido, glicogênio, por exemplo), as proteínas e os ácidos nucleicos. Dentro da classe dos polímeros naturais podemos destacar os polímeros de condensação e os polímeros de adição, dos quais trabalharemos, primeiramente, os de condensação. Tais polímeros (polímeros de condensação) são os polissacarídeos e as proteínas, que são obtidos a partir de monossacarídeos e aminoácidos, respectivamente. Os polissacarídeos (celulose, o amido e o glicogênio) são obtidos através da polimerização dos monossacarídeos, portanto possuem sempre a fórmula C6H12O6. A reação de formação dos polissacarídeos consiste na junção de mais de um monossacarídeo, e tem a seguinte forma:

n C6H12O6 (C6H10O5)n + (n - 1) H2O

Dessa reação acima citada pode-se originar o amido (polissacarídeo constituinte da reserva dos vegetais que está presente na forma de grãos das sementes e raízes de numerosas plantas, como batata, trigo, arroz, mandioca, centeio e cevada), o glicogênio (considerado um polissacarídeo da reserva animal, presente nos tecidos como músculos e fígado) e a celulose (polissacarídeo mais abundante na natureza, sendo este o componente estrutural mais importante dos vegetais).
As proteínas se encontram inseridas em todas as células vivas e por sua vez são polímeros formados através da condensação de α-aminoácido, algumas proteínas participam da estrutura dos organismos como fibras musculares, cabelo e pele, outras trabalham como catalisadores em reações que ocorrem nos organismos (nesse caso são denominadas enzimas).
A reação abaixo exemplifica a condensação de dois aminoácidos, que poderá dar origem a uma proteína (é necessária a condensação de mais aminoácidos, nesse caso temos apenas um dipeptídeo):

Vejamos agora o caso dos polímeros naturais classificados como polímeros de adição (borracha natural, por exemplo). A borracha natural é obtida da árvore popularmente conhecida como seringueira, da onde se extrai o látex, que se transforma em borracha natural. Como o uso da borracha natural é restrito por ser facilmente alterada segundo a temperatura ambiente (nos dias mais frios a borracha fica quebradiça, enquanto que em dias mais quentes o material apresenta uma característica mais gosmenta), é necessário que o látex extraído passe pelo processo de vulcanização, que será descrito a seguir. O monômero da borracha é o 2-metilbuta-1,3-dieno:

No processo de vulcanização consiste no aquecimento da massa viscosa obtida do látex com enxofre, formando a borracha vulcanizada, que não sofre com a variação de temperatura ambiente. Observe a reação abaixo:

A partir de agora, iremos trabalhar os polímeros artificiais que são obtidos através da transformação química de um produto natural. Como exemplos de polímeros artificiais temos o nylon, o polietileno, o PVC, etc. A formação do polietileno, como exemplo, é apresentada abaixo (nota-se a condensação de monômeros): Monômero Polímero

As reações de formação dos polímeros são denominadas polimerizações, e possui três tipos fundamentais, que são determinados com base no iniciador da reação. Se tivermos como iniciador da reação um peróxido orgânico (onde o peróxido sofreria cisão homolítica firmando um radical que reage por adição com a molécula do monômero, produzindo outro radical), nesse caso temos a chamada polimerização de radical. Observe abaixo a forma geral para a reação de polimerização de radical.

Em outra situação, quando o iniciador é um ácido de Lewis (que atacará a molécula do carbocátion, esse reagirá com outra molécula do monômero e assim por diante). Nesse caso observamos o processo conhecido como polimerização catiônica. Observe abaixo a reação de polimerização catiônica, onde o ácido de Lewis é o íon H+: Já no caso de uma polimerização aniônica, o iniciador da reação é uma base de Lewis (a base ataca a molécula do monômero formando um carboânion).

CLASSIFICAÇÃO E UTILIZAÇÃO Os polímeros são classificados em polímeros de adição e polímeros de condensação. Os polímeros de adição são formados a partir de um único monômero, através de uma reação de adição. As substâncias usadas na geração de polímeros manifestam de forma obrigatória uma ligação dupla entre os carbonos. Quando ocorre a polimerização, acontece a quebra da ligação π e também a geração de duas novas ligações simples.

Os polímeros de condensação são gerados pela reação entre dois monômeros diferentes através de uma reação de condensação. Nessa reação ocorre a eliminação de outra molécula, geralmente a água. A única exceção é o poliuretano: na reação de condensação, através da qual ele é obtido, não há liberação de moléculas. Nessa forma de polimerização, os monômeros não necessitam demonstrar ligações duplas por meio dos carbonos, mas é extremamente necessária a presença de dois tipos de grupos funcionais distintos
Os principais compostos liberados além da água são: cloreto de hidrogênio (HCl), amônia (NH3) e o cianeto de hidrogênio (HCN).

Atualmente os polímeros artificias e naturais são responsáveis pela fabricação de diversos produtos utilizados em nosso dia a dia.
De acordo com suas características mecânicas os polímeros podem ser divididos em termoplásticos, termorrígidos e elastômeros.
Termoplástico é um polímero artificial e é um dos tipos de plásticos mais encontrados no mercado e à uma alta temperatura apresenta alta viscosidade podendo ser moldado. Pode ser fundido diversas vezes, alguns podem até dissolver-se em vários solventes. Dentro desse grupo estão presentes subgrupos como o policarbonato (utilizado na fabricação de cd’s, recipientes para filtros, etc.), o poliuretano (utilizado na fabricação de estofados de automóveis, esquadrias, chapas, etc.), policloreto de vinilo ou cloreto de polivinil ou PVC (utilizado na fabricação de portas sanfonadas, tubos, de água, etc.), poliestireno (utilizado em grades de ar-condicionado, etc.), polipropileno (utilizado em tubos de canetas esferográficas e seringas de injeção, etc.) e polietileno tereftalato ou PET (utilizado em embalagens para bebidas, etc.)
Os termoplásticos mais utilizados:

Os polímeros termorrígidos são rígidos e quebráveis, mas são bastante resistentes, sendo muito estáveis a variações de temperatura. Uma vez moldados, não se fundem mais. O poliéster que é utilizado na fabricação de caixas d'água, piscinas e roupas, e o baquelite que é usado em tomadas, e em alguns telefones antigos são exemplos de polímeros termorrígidos.
Os polímeros elastômeros não sofrem fusão mas apresentam alta elasticidade. É muito utilizado na fabricação de pneus, mangueiras de borracha, etc.
Os polímeros naturais são polímeros que já existem normalmente na natureza. Dentre os mais importantes estão os carboidratos (celulose, amido, glicogênio etc), as proteínas (existente em todos os seres vivos) e os ácidos nucleicos (existentes no núcleo das células vivas e responsáveis pelas características genéticas dos seres vivos). A borracha natural é um outro polímero natural muito ultilizado atualmente. É extraída da seringueira, obtendo um líquido branco, o látex que posteriormente dará origem a borracha.
Exemplos de alguns polímeros existentes no nosso cotidiano: POLÍMERO | APLICAÇÕES | PVC
(Policloreto de Vinilo) | Tubos | Plexiglas "Vidro plástico" Acrílicos | Plástico transparente muito resistente usado em portas e janelas, lentes de óculos. | Teflon | Revestimento interno de panelas | Borracha natural | Pneus, câmaras de ar, objectos de borracha | Amido | Alimentos, fabricação de etanol | Celulose | Papel, algodão, explosivos | Baquelite
(fórmica) | Revestimento de móveis (fórmica), material eléctrico (tomadas e interruptores) | Poliuretano | Espumas rígidas e flexíveis; isolantes |

Atualmente é praticamente impossível em nossa sociedade não utilizarmos produtos fabricados com algum material polimérico.

Meio ambiente e poluição
Antes da década de 60 as embalagens dos produtos comercializados eram feitas com diversos materiais como: sacos de papel, caixas de papelão, garrafas de vidro e latas de metal. Com o uso desses matérias não havia muitos problemas com a destinação dos resíduos pois enquanto alguns dos materiais como o papel e o papelão eram biodegradáveis, se desintegrando na natureza com facilidade em um período relativamento curto, os outros materiais como metal e vidro eram de fácil reciclagem e remodelagem.
Com década de 60 os polímeros plásticos ganharam muito espaço na industria de embalagens. Com o avanço da tecnologia e dos métodos de produção se tornou possível criar embalagens mais leves, resistentes, impermeáveis, flexíveis, de fácil moldagem, baratas e de menor custo energético na fabricação. Somado a esses beneficios econômicos que garantiram o domínio do mercado pelos polímeros sintéticos, o uso de plastico no lugar de papel reduziu o consumo de madeira reduzido o desmatamento, e seu baixo peso reduzia o consumo de energia no trasporte, fatores que trariam beneficios ambientais por si só. Mas com o grande consumo de produtos vendidos em embalagens descartáveis, fabricadas com polímeros como Polipropileno e Polietileno Tereftalato (PET) grandes volumes de lixo começaram a serem produzido e descartados de forma incorreta. Por serem materiais resistentes e de lenta degradação devido a resistência de sua estrutura química que impedia sua quebra por organismos decompositores que iriam garantir o retorno das substancias mais na forma mais básica ao meio ambiente (com exceção de certos polímeros biodegradáveis) sua presença no meio ambiente e em aterros e longa e duradoura causando grandes problemas para o meio ambiente. sua leveza característica ajuda na sua dispersão pelos ventos e pela água, já que flutuam facilmente.
Como o processo de reciclagem de muitos polímeros são inexistentes se não dispendiosos demais, muitas vezes produzindo um material de menor qualidade que perde muitas aplicações o interesse para dar um fim adequando a esses materiais não fui muito notável durante muito tempo porem com o surgimento de novas técnicas e o aumento do interesse no meio ambiente o interessem tem aumentado nos últimos anos.

Abaixo estão os tempos para a degradação de certos produtos que possuem polímeros:
Chiclete 5 anos
Cordas de nylon 30 anos
Embalagens PET +100 anos
Esponjas indeterminado
Filtros de cigarros 5 anos
Isopor Indeterminado
Luvas de borracha indeterminado
Plásticos (embalagens) até 450 anos
Pneus indeterminado Devido a sua resistência e leveza e composição química as consequencias da poluição com polímeros são: obstrução de vias respiratórias e digestiva de animais já que seus organismos não são capazes de degradarem tais substancias, obstrução do fluxo de água e de incidência de luz em rios e lagos causando cosequencia para a oxigenação e teias alimentares, sua degradação e queima pode contaminar água e solo com substancias toxicas e muitas outras. O desenvolvimento de plásticos biodegradáveis tem mudado o cenário ambiental com o uso de embalagens que degradam na natureza e em aterros sem liberar tóxicos nocivos e reduzindo os impacto ambientas com o descarte desses matérias. Outras alternativa que tem sido revista e a reciclagem com novas tecnologias e alternativas o impacto ambiental poderá ser reduzido mais ainda.
Reciclagem
O processo de reciclagem de materiais apresenta diversos beneficios econômicos e ambientas. Reduzindo o consumo de matérias primas e energia na atravez do reaproveitamento dos materiais descartados, o uso de redidos reciclados na fabricação de embalagens plasticas reduz consideravelmente os custos de fabricação oque incentivou essa pratica pela industria, porem reciclar essa enorme gama de polímeros usados em nossa sociedade não e algo simples. Nem todo tipo de polímero pode ser remodelado como vidro ou metal devido a caracteristicas de sua estrutura molécula. Os plásticos podem ser divididos em 3 tipos segundo suas caracteristicas mecânicas que são importantes para a possibilidade ou não da reciclagem.
Termoplásticos
Termoplástico é um dos tipos de plásticos mais encontrados no mercado. Pode ser fundido diversas vezes, alguns podem até dissolver-se em vários solventes. Logo, sua reciclagem é possível, característica bastante desejável atualmente.
Termorrígidos
São rígidos e quebráveis, porém bastante resistentes, sendo muito estáveis a variações de temperatura. Uma vez transformados (moldados), não mais se fundem. O aquecimento do polímero acabado promove decomposição do material antes de sua fusão, tornando impossível sua reciclagem.
Elastômeros (Borrachas)
Classe intermediária entre os termoplásticos e os termorrígidos: não são fusíveis, mas apresentam alta elasticidade, não sendo rígidos como os termofixos. Reciclagem complicada pela incapacidade de fusão.
Outro problema para a reciclagem a separação perfeita dos materiais para a reciclagem e difícil gerando um material impuro que quando remodelado gera um produto de qualidade levemente inferior ao original oque pode limitar o seu uso.
Atualmente existem 4 formas de reciclagem/reaproveitamento dos polímeros pela industria:
a) Reciclagem Primária
Esta reciclagem não é mais do que o aproveitamento das aparas, das rebarbas e das peças defeituosas dentro da linha de montagem das próprias indústrias. Utilizando o material com máximo de eficiência e possível reduzir o lixo gerado as necessidades por matéria prima com um custo minimo.
b) Reciclagem Secundária
É a reciclagem de parte dos produtos e embalagens descartadas fabricadas com termoplasticos de fácil reciclagem e remodelagem. Esta reciclagem é feita nas Unidades de Reciclagem alimentadas muitas vezes por catadores.
Mesmo no caso da recolha seletiva onde o plástico vem relativamente limpo, o produto reciclado terá sempre uma qualidade técnica inferior ao material virgem, devido à presença de diversos tipos de plásticos existentes nesses refugos. O produto assim reciclado e usado na maioria das vezes em conjunto com material virgem, como em garrafas PET recicladas e outras embalagens reduzindo os custos das industrias.
Também e possível usar materiais não remodeláveis como a borracha vulcanizada presente nos pneus. Apos sua trituração e granulação esse material seve de base para produtos mais estruturais como o asfalto de borracha. A chamada “madeira plástica”, feita com a mistura de vários polímeros reciclados, é outro exemplo. c) Reciclagem Terciária
É a transformação dos resíduos polímeros em monômeros e em outros produtos químicos através da decomposição química ou térmica. Após a quebra das longas cadeias em suas moléculas mais básicas e possível repolimerizar, gerando novas resinas plásticas prontas para o modelamento.
É importante referir que os materiais obtidos por este processo necessitam de um tratamento dispendioso na purificação final, sendo só indicado para produtos de elevado valor econômico devido ao custo elevado de reciclagem.
e) Reciclagem Energética
Neste caso o objectivo é a queima de plásticos que não podem ser reaproveitados de outra maneira em incineradores especiais gerando calor que pode ser transformado em energia térmica ou eléctrica, em virtude do elevado valor calorífico dos plásticos.
Existe, no entanto, um grande inconveniente neste processo, pois a queima de certos plástico pode gases de grande toxidade, contaminando de forma violenta o meio ambiente, o que exige que as incineradoras estejam dotadas de filtros especiais, de elevados custos.

REFERÊNCIAS

http://wmnett.com.br/quimica/pt/o-que-sao-polimeros/ - Acessado em 16/03/2014 às 11h30min http://pt.wikipedia.org/wiki/Pol%C3%ADmero – Acessado em 16/03/2014 às 11h30min http://www.alunosonline.com.br/quimica/polimeros-naturais-e-artificiais-.html - Acessado em 16/03/2014 às 11:30 http://www.mundoeducacao.com/quimica/polimeros-adicao.htm - Acessado em 17/03/2014 http://www.brasilescola.com/quimica/polimeros-condensacao.htm - Acessado em 17/03/2014