Ciência e Engenharia de
Polímeros
UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS
CURSO DE ENGENHARIA METALÚRGICA DA UFMG
REAÇÕES DE POLIMERIZAÇÃO
1
EMT-055:“CIÊNCIA E
ENGENHARIA DE
POLÍMEROS”
Prof. Rodrigo Oréfice
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Polimerização: Condensação e Adição - Curso de Engenharia Metalúrgica UFMG, Esquemas de Engenharia de Processos
Polimerização, processos de engenharia de POlímeros
Tipologia: Esquemas
2019
1 / 53
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Polímeros UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS CURSO DE ENGENHARIA METALÚRGICA DA UFMG
REAÇÕES DE POLIMERIZAÇÃO
1
EMT-055:“CIÊNCIA E
ENGENHARIA DE
POLÍMEROS”
Prof. Rodrigo Oréfice
Polímeros
Reações de Condensação
- Reações de condensação usualmente eliminam pequena molécula e ocorrem através da interação (reação) entre grupos químicos ativos e afins. Funcionalidade (f = funcionalidade) define o número de grupos mais reativos dentro de uma molécula, os quais são mais propensos a participar de reações químicas. Ácido + Álcool = Éster + H 2 O CH 3 CH 2 C O H O
CH 3 CH 2 OH O CH 3 CH 2 C O CH 2 CH (^3) + H 2 O Éster (f = 0) Ácido (f = 1) Álcool (f = 1)
Polímeros Policondensação: Poli(tereftalato de etileno) Tereftalato de dimetila Etileno glicol
Polímeros Policondensação: Poli(tereftalato de etileno)
Polímeros
Grupos Reativos
Grupos Funcionais Estrutura álcool OH ácido carboxílico O C OH amina NH 2 isocianato O C N cloreto Cl metóxi **CH 3 O Reagente 1 + Reagente 2 → Produto 1 Polímero
Produto 2 OH** + O C OH → O C O Poliéster
- H 2 O O C OH
- NH 2 → C NH O Poliamida
- H 2 O OH + O C N → O O C NH Poliuretano
Polímeros Polímeros obtidos por policondensação Tipo Grupamento característico Exemplo Poliéster C O O Poli(etileno tereftálico) (Dacron ® ) Poliamida O C (^) N H Nylon ® Poliuretano H C N O O Polisiloxano Si O R R* R = radical orgânico:metila, butila Poli(dimetil siloxano) Celulose C^ O C Papel
Polímeros Primeira etapa: a molécula de ácido adípico protona o oxigênio da carbonila de um outro ácido.
POLIAMIDAS - Nylon 6,
Cloreto de adipoíla Hexametileno diamina Ácido adípico
Polímeros A amina ataca o carbono da carbonila, criando um amônio intermediário. Hexametileno diamina
Polímeros Há a formação de um carbocátion.
POLIAMIDA - Nylon 6
Caprolactama
Polímeros POLIARAMIDAS Nomex apresenta grupos aromáticos ligados em posições 1 e 3 dos anéis. Amida trans Amida cis
Polímeros POLIIMIDAS Nitrogênios são doadores de elétrons Poliimidas empacotam tendendo a favorecer interações entre grupamentos polares Ligações éter podem conferir maior flexibilidade a poliimidas Recebedores de elétrons
Polímeros
Cinética de reações de
policondensação
- Reações de poliesterificação são catalisadas por ácido. Normalmente, o próprio ácido carboxílico catalisa a reação. − 𝑑 𝐶𝑂𝑂𝐻 𝑑𝑡 = 𝑘 𝐶𝑂𝑂𝐻 𝑂𝐻 á𝑐𝑖𝑑𝑜 − 𝑑 𝐶𝑂𝑂𝐻 𝑑𝑡 = 𝑘 𝐶𝑂𝑂𝐻 2 𝑂𝐻
- Considerando-se quantidades estequiométricas dos reagentes: − 𝑑 𝐶𝑂𝑂𝐻 𝑑𝑡 = 𝑘 𝐶𝑂𝑂𝐻 3
- Se P é a fração de grupos COOH reagidos, então: 𝑃 = 1 − 𝐶𝑂𝑂𝐻 𝐶𝑂𝑂𝐻 (^0) 1 1 −𝑃 2 = 1 + 2 𝐶𝑂𝑂𝐻 (^0) 2 kt
Polímeros
Massa molar a partir de reações de
policondensação
- Na poliesterificação com concentrações iguais dos reagentes, o número inicial de grupos COOH é igual ao total das moléculas inicialmente presentes no sistema;
- A cada reação, um grupo COOH é eliminado, mas o número de moléculas permanece constante (pois é formada uma molécula de água).
- Mas, se as moléculas de água são removidas do sistema, o número de grupos COOH passa a ser igual ao número de moléculas presentes:
- A unidade de repetição formada na reação de polimerização tem parte originada do diácido e parte do diálcool. Estas partes nunca são removidas do sistema (número constante e igual ao número inicial de moléculas): 𝑁 𝑉 = 𝐶𝑂𝑂𝐻 = 𝐶𝑂𝑂𝐻 0 1 − 𝑃 𝑁𝑢𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒𝑠 𝑒𝑠𝑡𝑟𝑢𝑡𝑢𝑟𝑎𝑖𝑠 𝑉 = 𝐶𝑂𝑂𝐻 (^0)
Polímeros
Massa molar a partir de reações de
policondensação
- GP é o grau de polimerização ou número de unidades de repetição: número de unidades estruturais por moléculas:
- Como a velocidade de polimerização já foi demonstrada como igual a 1 1 −𝑃 2
2 kt 𝑀𝑛 = 𝑀 0 1 + 2 𝐶𝑂𝑂𝐻 (^0) 2 𝑘𝑡 1 / 2
- 18 𝐺𝑃 = 𝐶𝑂𝑂𝐻 (^0) 𝐶𝑂𝑂𝐻 = 1 1 − 𝑃 𝑀𝑛 = 𝑀 0 𝐺𝑃 𝑀𝑛 = 𝑀 0 1 − 𝑃
- 18