Materias Primas e Reações de Polimerização - Guia Completo

Matérias primas formadoras de polímeros Matérias primas formadoras de polímeros Matérias primas naturais celulose algodão cana de açúcar lactose madeira fonte de carbono e materiais pirolenhosos flúor presente nos alimentosalho cebola etc Sal marinho fonte de cloro Agua fonte de hidrogênio oxigênio e flúor Ar fonte de nitrogênio oxigênio e CO2 Cargas talco mica calcita dolomita etc Matérias primas sintéticas petróleo fontes de carbono e de hidrocabonetos HC gás natural fonte de metano CH4 Polímeros sintéticos Polímeros sintéticos basicamente oriundos da destilação ou craqueamento do petróleo Alguns monômeros obtidos do petróleo Nafta matéria prima básica para a produção de polímeros Alguns monômeros obtidos do petróleo Reações de polimerização Polímero é um processo de transformação onde duas ou mais moléculas simples denominadas meros reagem entre si para formar uma macromolécula com alto peso molecular n grau de polimerização Geralmente n 10000 Reações de polimerização Processo de polimerização Reações de polimerização Reação de polimerização para que ocorra a reação de polimerização são necessárias duas condições básicas A que a molécula tenha duplas ligações no monômero Exemplo B que a molécula possua centros ativos reativos ou seja ligações insaturadas entre átomos de carbono e grupos funcionais oxigenados ou nitrogenados Reações de polimerização Reações de polimerização A permitem a síntese controlada de polímeros B reações de polimerização são caracterizadas pela grande exotermia exibem altas viscosidades e baixas condutividades térmicas C devido as suas características elas ocorrem dentro de reatores na presença de catalizadores eou aditivos com aumento da pressão e da temperatura D a formação do material final depende de sua composição peso molecular e do tamanho e formato da cadeia Reações de polimerização Representação das reações de polimerização Tipos de cadeias de poliméricas Tipos de cadeias de polímerosቊ𝑯𝒐𝒎𝒐𝒑𝒐𝒍í𝒎𝒆𝒓𝒐𝒔 𝑪𝒐𝒑𝒐𝒍í𝒎𝒆𝒓𝒐𝒔 Homopolímeros ocorre a repetição de cadeias com o mesmo tipo de mero A A A A AAA A Monômeros Homopolímero Exemplos Polietileno PE Poliestireno PS etc Exemplos de homopolímeros Monômero Nomenclatura Nomenclatura Metacrilato de metila 2metilpropenoato de metila Polimetacrilato de metila acrílíco Estireno vinilbenzeno Poliestireno PS Etileno eteno Polietileno PE Propileno propeno Polipropileno PP Cloreto de vinila cloroeteno Policloreto de vinila PVC Tipos de polímeros Copolímeros são formados pela repetição de dois ou mais meros distintos na molécula Copolímero alternado ABABABABABABABAB Copolímero em bloco AAAABBBBAAAABBBB Copolímero randômico AABBBABAAABBAAAB Copolímero grafitizado Exemplos de copolímeros Exemplos de copolímeros ABS Exemplos de copolímeros Exemplos de copolímeros Bruna N Bruna S Processos de polimerização Reações de polimerização podem ocorrer de duas maneiras diferentes Polimerização por adição Polimerização por condensação OBS tais reações podem ocorrer com a vários monômeros reagindo entre si para formar longas cadeias de unidades repetitivas ou de meros Polimerização por adição O monômero é consumido logo nos momentos iniciais formandose dímeros trímeros etc até que se obtêm cadeias poliméricas Polimerização por adição Etapas da polimerização Iniciação rompimento das ligações duplas utilizando luz calor e pressão ou catalisador Propagação início do processo de formação das cadeias poliméricas pelos pontos reativos Término eliminação dos pontos reativos encerrando a polimerização Polimerização por adição A Iniciação formação de um sítio reativo a partir do radical iniciador R 𝑪𝑯𝟐 𝑪𝑯𝟐 𝑹 𝑪𝑯𝟐𝑪𝑯𝟐 B Propagação propagação da reação a partir dos centros reativos 𝑹 𝑪𝑯𝟐𝑪𝑯𝟐 𝑪𝑯𝟐 𝑪𝑯𝟐𝒏 𝑹 𝑪𝑯𝟐 𝑪𝑯𝟐 𝒏𝑪𝑯𝟐𝑪𝑯𝟐 C Término da reação 𝑹 𝑪𝑯𝟐 𝑪𝑯𝟐 𝒏𝑪𝑯𝟐𝑪𝑯𝟐 𝑹 𝑹 𝑪𝑯𝟐 𝑪𝑯𝟐 𝒏𝑪𝑯𝟐𝑪𝑯𝟐𝑹 Polimerização por adição Representação ada polimerização por adição Polimerização por adição Polimerização por adição os polímeros obtidos por adição são a partir de monômeros que contêm uma ou várias duplas ligações Formam polímeros com unidades repetitivas idênticos ao monômero inicial Quando temos um único monômero no meio reativo temos a formação de homopolímeros Se tivermos mais de um monômero no meio reativo termos a formação de copolímeros Polimerização por adição Consiste na formação de uma cadeia polimérica através da desestabilização da dupla ligação de um monômero e sua sucessiva reação com outras ligações duplas de outros monômeros Abertura de uma dupla ligação para a formação de duas ligações simples Processo exotérmico pois libera cerca de 20Kcalmol Não existe a formação de subprodutos Polimerização por adição O desenvolvimento da cadeia pode ser iniciado pela introdução de um radical livre ou íon que adicionado a uma molécula de monômero insaturado gera uma espécie ativa que por reações sucessivas com outras moléculas dos monômeros originam à cadeia polimérica Polimerização de adição Polimerização de adição Catiônica ou aniônica via radicais livres Etapas da polimerização por adição Iniciação rompimento das ligações duplas utilizando luz calor e pressão ou catalisador Propagação início do processo de formação das cadeias poliméricas pelos pontos reativos Término eliminação dos pontos reativos encerrando a polimerização Etapas da polimerização por adição Tipos de iniciação Principais iniciadores Tipos de iniciadores Monômeros Radical Catiônico Aniônico Etileno 1Alquilalquenos 𝜶 𝒐𝒍𝒆𝒇𝒊𝒏𝒂𝒔 I 11Dialquil alquenos 13 Dienos Estireno 𝜶 𝒎𝒆𝒕𝒊𝒍 𝒆𝒔𝒕𝒊𝒓𝒆𝒏𝒐 Alquenos halogenados Vinil ésters CH2CHOCOR Acrilatos e metacrilatos Acrilonitrila metacrilonitrila Acrilamida metacrilamida Vinil éters N Vinil carbazole N Vinil pimolidona Aldeídos cetonas Polimerização iônica Na polimerização iônica o carbono do centro ativo tem uma falta ou excesso de elétrons Polimerização por adição Exemplos da polimerização por adição radicalar Polimerização Radicalar alguns monômeros têm duplas ligações muito reativas e sofrem iniciação somente com aquecimento porém a maioria requer um iniciador Iniciadores mais comuns Peróxidos e hidroperóxidos Orgânicos ex peróxido de benzoíla Inorgânicos ex persulfato de potássio Polimerização por adição Mecanismos da polimerização por adição radicalar Iniciação catalisador é decomposto termicamente formando dois centros ativos que irão atacar a dupla ligação do monômero Polimerização por adição Mecanismos da polimerização por adição Propagação Transferência do centro ativo de monômero a monômero com o crescimento da cadeia a uma velocidade alta Polimerização por adição Término combinação das cadeiasdesproporcionamento reação com impurezas Polimerização por adição Polimerização por adição aniônica neste tipo de polimerização o centro ativo é o íon carbânion C caracterizado pela perda de um íon eletro positivo por exemplo um hidrogênio H do monômero ou do radical Catalisador do tipo base de Lewis KNH2 ou alquil lítio Polimerização por adição aniônica Iniciação dissociação da amina de potássio na presença de amônia Polimerização por adição aniônica Propagação a mesma situação se repete várias vezes sendo a carga negativa transmitida de monômero a monômero dando seguimento ao crescimento da cadeia Término adição de um terminador por ex H2O Polimerização por adição aniônica Exemplo mecanismo com alquillítio Polimerização por adição catiônica Polimerização catiônica neste caso o centro ativo é um carbocátion São empregados como catalisadores destas reações catalisadores ácidos do tipo ácidos de Lewis BF3 AlCl3 AlBr3 que são ácidos receptores de elétrons Formação do complexo catalisadorcocatalisador BF3 H2O 𝑯𝑩𝑭𝟑𝑶𝑯 Ácido de Lewis CC Polimerização por adição catiônica Mecanismo da polimerização catiônica Iniciaçãoo próton ataca a dupla ligação do monômero formando uma ligação simples transferindo a ligação para o carbono da cabeça Polimerização por adição catiônica Mecanismo da polimerização catiônica Propagação a carga positiva irá desestabilizar a outra dupla ligação do monômero subsequente ou mais próximo Polimerização por adição catiônica Mecanismo da polimerização catiônica Terminação Transferência para o monômero Rearranjo com o contraíon Através da terminação forçada adição de nucleófilos matando os centros ativos Polimerização por adição catiônica Mecanismo da polimerização catiônica Polimerização por adição catiônica Exemplo do mecanismo da polimerização catiônica Polimerização por adição catiônica Produção de borracha butílica Polimerização por adição Exemplos de polímeros obtidos por adição Polietileno polipropileno policloreto de vinila PVC politetrafluoretileno Teflon poliacrilonitrila PAN poliacetato de vinila PVA borracha natural etc A polimerização por adição permite a obtenção de polímeros de elevada massa molecular após tempos muito longos Polimerização por condensação Polímeros de condensação são normalmente obtidos pela reação de condensação em etapas de monômeros bi ou tri funcionais com eliminação de um água ou ácidos ou sais de halogênios Compostos bifuncionais originam geralmente polímeros lineares Compostos trifuncionais originam cadeias tridimensionais ramificadas Polimerização por condensação Polimerização por condensação em etapas Início formação de longas cadeias logo nos instantes iniciais Propagação as reações de condensação são sucessivas entre os grupos funcionais com eliminação de moléculas com baixa massa molecular tais como H2O HCl HBr NH3etc A massa molecular aumenta com o tempo de reação pelas reações entre moléculas pequenas formando moléculas maiores sem a necessidade de iniciadores pois os grupos funcionais já são reativos Polimerização por condensação Exemplos de polímeros obtidos por condensação Policarbonatos Polimerização por condensação Exemplos de polímeros obtidos por condensação Nylons Polimerização por condensação Exemplos de polímeros obtidos por condensação Poliétrimidas PEI resinas poliétercetonasPEEK polifenileno sulfuretoPPS resinas poliésters poliamidas Poliuretanos poliéterimidasPEI etc Polimerização por condensação Exemplos de polímeros obtidos por condensação Polimidas PI resinas poliétercetonasPEEK polifenileno sulfuretoPPS resinas poliésters poliamidas Poliuretanos poliéterimidasPEI etc