Principais polímeros industriais , compostos químicos usados na fabricação de materiais industriais sintéticos.
Na produção comercial de plásticos, elastômeros, fibras sintéticas, adesivos e revestimentos de superfície, uma enorme variedade de polímeros é usada. Existem muitas maneiras de classificar esses compostos. No artigo, polímeros industriais, química de, polímeros são classificados de acordo com se são formados por meio de reações de crescimento em cadeia ou de crescimento em etapas. Em plásticos (resinas termoplásticas e termofixas), os polímeros são divididos entre aqueles que são solúveis em solventes seletivos e podem ser amolecidos reversivelmente pelo calor (termoplásticos) e aqueles que formam redes tridimensionais que não são solúveis e não podem ser amolecidas pelo calor sem decomposição (termofixos). No artigo fibra sintética, as fibras são classificadas como feitas de polímeros naturais modificados ou feitas de polímeros inteiramente sintéticos.
Neste artigo, os principais polímeros comercialmente empregados são divididos pela composição de seus "backbones", as cadeias de unidades de repetição vinculadas que constituem as macromoléculas. Classificados de acordo com a composição, os polímeros industriais são polímeros de cadeia de carbono (também chamados de vinis) ou polímeros de heterochain (também chamados de cadeia sem carbono ou não vinil). Nos polímeros de cadeia de carbono, como o nome indica, os backbones são compostos de ligações entre átomos de carbono; em polímeros de heterochain, vários outros elementos estão ligados entre si nas estruturas, incluindo oxigênio, nitrogênio, enxofre e silício.
Polímeros de cadeia de carbono
Poliolefinas e polímeros relacionados
De longe, os polímeros industriais mais importantes (por exemplo, praticamente todos os plásticos básicos) são olefinas polimerizadas. Olefinas são hidrocarbonetos (compostos contendo hidrogênio [H] e carbono [C]) cujas moléculas contêm um par de átomos de carbono ligados entre si por uma ligação dupla. Na maioria das vezes derivados de gás natural ou de constituintes de baixo peso molecular do petróleo, eles incluem etileno, propileno e buteno (butileno).
As moléculas de olefina são comumente representadas pela fórmula química CH 2 = CHR, com R representando um átomo ou grupo molecular pendente de composição variável. Como a unidade de repetição de uma molécula polimérica, sua estrutura química pode ser representada como:
A composição e a estrutura de R determinam quais das imensas propriedades possíveis serão demonstradas pelo polímero.
Polietileno (PE)
O etileno, comumente produzido pelo craqueamento do gás etano, forma a base para a maior classe de plásticos, os polietilenos. O monômero de etileno tem a composição química CH 2 = CH 2 ; como unidade de repetição de polietileno, tem a seguinte estrutura química:
Esta estrutura simples pode ser produzida em formas lineares ou ramificadas, como aquelas ilustradas nas Figuras 1 e 2. Versões ramificadas são conhecidas como polietileno de baixa densidade (LDPE) ou polietileno linear de baixa densidade (LLDPE); as versões lineares são conhecidas como polietileno de alta densidade (HDPE) e polietileno de ultra-alto peso molecular (UHMWPE).
Em 1899, um químico alemão, Hans von Pechmann, observou a formação de um precipitado branco durante a autodecomposição do diazometano em éter. Em 1900, esse composto foi identificado pelos químicos alemães Eugen Bamberger e Friedrich Tschirner como polimetileno ([CH 2 ] n ), um polímero que é virtualmente idêntico ao polietileno. Em 1935, os químicos britânicos Eric Fawcett e Reginald Gibson obtiveram PE sólido ceroso enquanto tentavam reagir etileno com benzaldeído em alta pressão. Como o produto tinha pouco uso potencial, o desenvolvimento era lento. Como resultado, o primeiro PE industrial - na verdade, um LDPE irregularmente ramificado - não foi produzido até 1939 pela Imperial Chemical Industries (ICI). Foi usado pela primeira vez durante a Segunda Guerra Mundial como isolante para cabos de radar.
Em 1930, Carl Shipp Marvel, um químico americano que trabalhava como consultor na EI du Pont de Nemours & Company, Inc., descobriu um produto de alta densidade, mas a DuPont não conseguiu reconhecer o potencial do material. Coube a Karl Ziegler, do Instituto Kaiser Wilhelm (agora Max Planck) de Pesquisa de Carvão em Mülheim an der Ruhr, Alemanha, ganhar o Prêmio Nobel de Química em 1963 por inventar HDPE linear - que Ziegler realmente produziu com Erhard Holzkamp em 1953, catalisando a reação em baixa pressão com um composto organometálico conhecido como catalisador de Ziegler. Usando diferentes catalisadores e métodos de polimerização, os cientistas subsequentemente produziram PEs com várias propriedades e estruturas. O LLDPE, por exemplo, foi introduzido pela Phillips Petroleum Company em 1968.
O LDPE é preparado a partir de etileno gasoso sob pressões muito altas (até 350 megapascais, ou 50.000 libras por polegada quadrada) e altas temperaturas (até 350 ° C, ou 660 ° F) na presença de iniciadores de peróxido. Esses processos produzem uma estrutura de polímero com ramos longos e curtos. Como resultado, o LDPE é apenas parcialmente cristalino, produzindo um material de alta flexibilidade. Seus principais usos são em películas de embalagem, sacos de lixo e de mercearia, cobertura morta agrícola, isolamento de fios e cabos, espremedor de garrafas, brinquedos e utensílios domésticos.
Algum LDPE reage com cloro (Cl) ou com cloro e dióxido de enxofre (SO 2 ) para introduzir cloro ou grupos clorossulfonil ao longo das cadeias de polímero. Essas modificações resultam em polietileno clorado (CM) ou polietileno clorossulfonado (CSM), um material virtualmente não cristalino e elástico. Em um processo semelhante à vulcanização, a reticulação das moléculas pode ser efetuada através dos grupos cloro ou clorossulfonila, tornando o material um sólido de borracha. Como suas principais cadeias poliméricas são saturadas, os elastômeros CM e CSM são altamente resistentes à oxidação e ao ataque de ozônio, e seu conteúdo de cloro oferece alguma resistência à chama e resistência ao inchaço por óleos de hidrocarbonetos. Eles são usados principalmente para mangueiras, correias, vedações resistentes ao calor e tecidos revestidos.
LLDPE é estruturalmente semelhante ao LDPE. É feito copolimerizando etileno com 1-buteno e menores quantidades de 1-hexeno e 1-octeno, usando catalisadores de Ziegler-Natta ou metaloceno. A estrutura resultante tem uma espinha dorsal linear, mas possui ramificações curtas e uniformes que, como as ramificações mais longas do LDPE, evitam que as cadeias de polímero se agrupem juntas. As principais vantagens do LLDPE são que as condições de polimerização são menos intensivas em energia e que as propriedades do polímero podem ser alteradas variando o tipo e a quantidade de comonômero (monômero copolimerizado com etileno). No geral, o LLDPE tem propriedades semelhantes ao LDPE e compete pelos mesmos mercados.
O HDPE é fabricado em baixas temperaturas e pressões usando catalisadores Ziegler-Natta e metaloceno ou óxido de cromo ativado (conhecido como catalisador Phillips). A falta de ramificações permite que as cadeias de polímero se compactem juntas, resultando em um material denso e altamente cristalino de alta resistência e rigidez moderada. Os usos incluem garrafas moldadas por sopro para leite e produtos de limpeza doméstica e baldes moldados por injeção, tampas de garrafa, invólucros de eletrodomésticos e brinquedos.
UHMWPE é feito com pesos moleculares de 3 milhões a 6 milhões de unidades atômicas, em oposição a 500.000 unidades atômicas para HDPE. Esses polímeros podem ser fiados em fibras e trefilados ou esticados até um estado altamente cristalino, resultando em alta rigidez e resistência à tração muitas vezes maior que a do aço. Os fios feitos dessas fibras são tecidos em coletes à prova de balas.
