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Geleca e Espuma de Poliuretano, Notas de estudo de Química Industrial

Fabricação de Geleca e Espuma de Poliuretano em laboratório.

Tipologia: Notas de estudo

Antes de 2010

Compartilhado em 28/11/2009

cristiane-eliza-silva-10
cristiane-eliza-silva-10 🇧🇷

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I – Introdução
A geleca é um brinquedo denominado assim no Brasil, mas em outras
partes do mundo recebe denominações diferentes. Ela consiste em uma massa
colorida com comportamento de fluido não-newtoniano, é um fluido cuja
viscosidade varia de acordo com o grau de deformação aplicado, um fluido que
não tem uma viscosidade bem definida, que varia dependendo da força a que
está submetido (o ketchup é um expemplo de fluido não-newtonino). Este
brinquedo cuja formulação comercial é conhecido como polyvinyl alcohol slime ,
utiliza-se poliálcool vinílico – PVA, bórax, água, corante e um agente antifúngico
para evitar que a massa embolore. O poliálcool vinílico é um polímero com a
fórmula estrutural:
O bórax, também conhecido como borato de sódio ou tetraborato de
sódio decaidratado, Na2B4O7. 10 H2O, estabelece um equilíbrio ao ser
dissolvido em água. Formando o ânion B(OH)-4. Há, portanto, ligações
cruzadas entre as cadeias do polímero. Essas ligações cruzadas estão
constantemente se rompendo e se formando novamente.
Outra formulação para brinquedos do tipo geleca, denominada guar gum
slime, utiliza goma guar (polissacarídio) em vez de poliálcool vinílico.
A espuma de poliuretano é uma espuma rígida, um material que tem
como base o poliuretano. O poliuterano é um composto químico sintético,
formado a partir de reações químicas entre dois compostos. A utilização de
diferentes reagentes faz com que seja possível uma vasta gama de utilizações
dos poliuteranos, de acordo com as suas características.
O poliuterano é um material extremamente versátil, mas pode ser
dividido em quatro grandes categorias:
Espumas rígidas - para isolamento térmico e acústico ou para proteção
de transporte de peças e equipamentos;
Espumas flexíveis - utilizadas em colchões, proteção de equipamentos,
almofadas, etc.;
Elastômeros utilizado em amortecedores, revestimentos
antiderrapantes, acabamentos em produtos promocionais, etc.;
Tintas – utilizadas para pinturas em geral.
A espuma de poliuretano (inclusive a espuma de borracha) é geralmente
feita com a adição de pequenas quantidades de materiais voláteis, chamados
de agentes de sopro, à mistura reacional. Tais materiais podem ser substâncias
químicas voláteis e simples, como a acetona ou o cloreto de metileno, ou
fluorocarbonetos mais sofisticados, que conferem características importantes
de desempenho, primariamente a isolação térmica.
Outra maneira de se produzir espumas é pela adição de água a um dos
líquidos precursores do poliuretano. A água reage com uma porção do
isocianato, dando dióxido de carbono, formando bolhas relativamente
uniformes. A presença de água significa que uma pequena parcela das reações
resultam em ligações uréia do tipo -NC(=O)N- , em lugar das ligações
uretânicas, na qual o material resultante deveria ser tecnicamente chamado de
poliuretano-co-uréia. O trabalho a seguir, mostra em detalhes a ocorrência da
formação de geleca e espuma de poliuretano.
II – Objetivo
- Produzir geleca em laboratório e analisar sua reação química;
- Produzir espuma de poliuretano e compreender sua reação quíimica;
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I – Introdução

A geleca é um brinquedo denominado assim no Brasil, mas em outras partes do mundo recebe denominações diferentes. Ela consiste em uma massa colorida com comportamento de fluido não-newtoniano, é um fluido cuja viscosidade varia de acordo com o grau de deformação aplicado, um fluido que não tem uma viscosidade bem definida, que varia dependendo da força a que está submetido (o ketchup é um expemplo de fluido não-newtonino). Este brinquedo cuja formulação comercial é conhecido como polyvinyl alcohol slime , utiliza-se poliálcool vinílico – PVA, bórax, água, corante e um agente antifúngico para evitar que a massa embolore. O poliálcool vinílico é um polímero com a fórmula estrutural:

O bórax, também conhecido como borato de sódio ou tetraborato de sódio decaidratado, Na2B4O7. 10 H2O, estabelece um equilíbrio ao ser dissolvido em água. Formando o ânion B(OH) - 4. Há, portanto, ligações cruzadas entre as cadeias do polímero. Essas ligações cruzadas estão constantemente se rompendo e se formando novamente. Outra formulação para brinquedos do tipo geleca, denominada guar gum slime , utiliza goma guar (polissacarídio) em vez de poliálcool vinílico. A espuma de poliuretano é uma espuma rígida, um material que tem como base o poliuretano. O poliuterano é um composto químico sintético, formado a partir de reações químicas entre dois compostos. A utilização de diferentes reagentes faz com que seja possível uma vasta gama de utilizações dos poliuteranos, de acordo com as suas características. O poliuterano é um material extremamente versátil, mas pode ser dividido em quatro grandes categorias: Espumas rígidas - para isolamento térmico e acústico ou para proteção de transporte de peças e equipamentos; Espumas flexíveis - utilizadas em colchões, proteção de equipamentos, almofadas, etc.; Elastômeros – utilizado em amortecedores, revestimentos antiderrapantes, acabamentos em produtos promocionais, etc.; Tintas – utilizadas para pinturas em geral. A espuma de poliuretano (inclusive a espuma de borracha) é geralmente feita com a adição de pequenas quantidades de materiais voláteis, chamados de agentes de sopro, à mistura reacional. Tais materiais podem ser substâncias químicas voláteis e simples, como a acetona ou o cloreto de metileno, ou fluorocarbonetos mais sofisticados, que conferem características importantes de desempenho, primariamente a isolação térmica. Outra maneira de se produzir espumas é pela adição de água a um dos líquidos precursores do poliuretano. A água reage com uma porção do isocianato, dando dióxido de carbono, formando bolhas relativamente uniformes. A presença de água significa que uma pequena parcela das reações resultam em ligações uréia do tipo -NC(=O)N- , em lugar das ligações uretânicas, na qual o material resultante deveria ser tecnicamente chamado de poliuretano-co-uréia. O trabalho a seguir, mostra em detalhes a ocorrência da formação de geleca e espuma de poliuretano. II – Objetivo

- Produzir geleca em laboratório e analisar sua reação química; - Produzir espuma de poliuretano e compreender sua reação quíimica;

III – Materiais e Métodos

I – Geleca

Materiais:

Proveta; 20 mL de PVA; 20 mL de água; Copo descartável 250 mL; Espátula; Essência; Corantes; Borato (Bórax); Papel filme.

Método:

  • Adicionou-se em copo descartável 20 mL de PVA e 20 mL de água;
  • Agitou-se a mistura até obtenção de maior viscosidade;
  • Gotejou-se 3 gotas de essencia e 3 gotas de corante;
  • Adicionou-se aproximadamente 5g de Borato;
  • Mamipulou-se com espátula até consistência de geleia homogênea;
  • Encapou-se com papel filme.

I – Espuma de Poliurentano

Materiais:

Proveta; 20 mL de poliuretano A; 20 mL de poliuretano B; Corante; Copo descartável; Espátula.

Método:

  • Verteu-se em copo descartável 20 mL de poliuretano A;
  • Adicionou-se ao copo, 20 mL de poliuretano B;
  • Gotejou-se 3 gotas de corante;
  • Agitou-se com espátula até formação de espuma rígida;
  • Observou-se o processo.

IV – Resultados e Discussões

A mistura de bórax com água resulta na seguinte reação:

B) Água + Isocianato F 0D C Gás e temos

Polímero + Gás F 0D C Espuma A reação abaixo se chama reação de polimerização que forma o uretano. H O | || 0 0 R1 (^) 1 EN= C = O + R2 - OH F 0 D C R - N - C + calor | O - R Isocianato Álcool Uretano

A reação abaixo se chama reação de expansão que forma o gás.

H O H

R 1 - N = C = O + H - O - H F 0D C R - N - C F 0D C R - N - H + CO 2

OH

Isocianato Água ácido Carbâmico (instável) Amina Gás

As reações acima precisam ser balanceadas a fim de obtermos espumas com características adequadas ao uso final. E para a ocorrência utilizam-se produtos que são chamados: Catalisadores: substâncias que possuem características de acelerar a velocidade de uma reação. Além dos isocianatos, polióis, água e lançamos mão de outros produtos químicos com finalidade específica. Agente auxiliar de expansão: produtos que nas condições de espumação se transformam em gases auxiliando na expansão. Tensoativo: utilizado para baixar a tensão superficial dos compostos envolvidos na reação. Este produto evita o colapso da espuma em crescimento e estabiliza o polímero. Outra função é o controle do tamanho das células. O tenso ativo promove a formação de células finas e uniformes. Retardaste de chama: produtos utilizados para promover uma auto- extinção de chama na espuma no caso de fogo. Observe o resultado:

V – Conclusão

Esta prática trabalhou na abordagem teórico-experimental, com enfoque investigativo, onde o mais importante foi à observação do aluno para com as reações ocorridas. Os monômeros, matéria-prima usada nesta produção, são assim chamados por representarem apenas uma (mono) parte da estrutura final, o polímero. A reação de formação do polímero é denominada polimerização. É importante lembrar que quando as cadeias de um polímero são ligadas entre si, a substância utilizada por essa ligação entre as cadeias é denominada de ligante cruzado. Notadamente observou-se a reação polimérica entre o bórax e água. Na qual o ânion B(OH) - 4 estabeleceu-se nas ligações cruzadas do polímero, dando-lhe comportamento elástico, um fluído newtoniano, cuja viscosidade não é constante. Notou-se, entretanto, que ao término da produção da geleca, houve-se a necessidade de encapá-la em papel filme, isto ocorrera para que o produto não secasse, isto é, perdesse água. Na fase de

formação da espuma observamos alguns parâmetros importantes que nos indicou o desempenho da formulação, como exemplo o creme que fora gerado. Observou-se a ocorrência dos gases de expansão (CO 2 + agente auxiliar de

expansão) que começaram a evoluir e aumentaram as bolhas de ar da mistura dando aspecto de creme na massa reativa. Outra observação fora o tempo de gel. Quando o polímero já apresenta consistência e resistência, ou seja, endurecimento do polímero, formação de uma espuma sólida. Tempo este que fora de aproximadamente 5 minutos, tendo em vista a composição de catalisadores na fórmulas de poliuretano B. Isto ocorrera estequiométricamente.

VI – Referências

br.answers.yahoo.com/question/index?qid http://br.groups.yahoo.com/group/ciencialist/message/ http://pt.wikipedia.org/wiki/B%C3%Borax http://pt.wikipedia.org/wiki/PVA