thumb|Polímero visto por microscópio.|230px Um polímero (do grego, poli-, "muitos", + -meros, "parte") é um material ou substância composta por moléculas muito grandes conhecidas como macromoléculas que, por sua vez, são compostas de várias unidades repetidas, os monômeros, os quais estão organizados em cadeias capazes de reagir consigo mesmas, ou, em alguns casos, com outros monômeros, como vários tipos de nylon. Devido ao seu amplo espectro de propriedades, os polímeros sintéticos e naturais desempenham papéis essenciais em todos os aspectos da vida cotidiana, desde embalagens de alimentos até dispositivos médicos e materiais de construção.

Os polímeros variam desde plásticos sintéticos familiares, como Politereftalato de etileno (PET), a biopolímeros naturais, como DNA e proteínas, que são fundamentais para as estruturas e funções biológicas. Os polímeros, naturais e sintéticos, são formados a partir de unidades de baixa massa molecular (monômeros) em reações de polimerização. O número de unidades estruturais repetidas, ou seja, o número de meros que podem se verificar na estrutura de uma macromolécula, é chamado de "grau de polimerização". Em geral, os polímeros contêm os mesmos elementos nas mesmas proporções relativas que seus monômeros, mas em maior quantidade absoluta.

A sua grande massa molecular dita propriedades físicas originais que incluem a dureza, a elasticidade alta, a viscoelasticidade e uma tendência de formar estruturas amorfas e semicristalinas em vez de cristais.

Nomenclaturas As normas internacionais publicadas pela IUPAC indicam que o princípio geral para nomear os polímeros é através do prefixo poli-, seguido da unidade estrutural repetitiva que define o polímero, escrita entre parênteses.IUPAC (2002). «Nomenclature of Regular Single-Strand Organic Polymers (IUPAC Recommendations 2002)». Pure Appl. Chem. (74). págs. 1921-1956. http://www.chem.qmul.ac.uk/iupac/rssop . Por exemplo: poli (tio-1,4-fenileno).

As normas da IUPAC são geralmente usadas para nomear os polímeros de estrutura complexa, uma vez que permitem identificá-los sem produzir ambiguidades nas bases de dados de artigos científicos. Porém, não costumam ser usadas para polímeros de estrutura mais simples e de uso comum, principalmente porque esses polímeros foram inventados antes que se publicassem as primeiras normas da IUPAC, em 1952, e por isso seus nomes tradicionais já haviam sido popularizados.

Na prática, os polímeros de uso comum costumam ser denominados das seguintes maneiras:

Prefixo poli- seguido do monômero de onde obtém o polímero. Esta convenção é distinta da convenção da IUPAC porque o monômero nem sempre coincide com a UER, e utiliza uma denominação sem uso de parêntese e, em muitos casos, seguindo uma nomenclatura "tradicional". Exemplo: polietileno em vez de "poli (eteno)"; poliestireno em vez de "poli(1-fenileteno)". Para copolímeros, simplesmente se listam os monômeros que os formam, precedidos da palavra "goma", se é um elastômero, ou "resina", se é um plástico. Exemplos: acrilonitrila butadieno estireno; goma estireno-butadieno; resina fenol-formaldeído. É frequente também o uso indevido de marcas comerciais como sinônimos de polímeros, independentemente da empresa que o fabrique. Exemplos: Nylon para poliamida, Teflon para politetrafluoretileno, Neopreno para poli cloropreno, Isopor para poliestireno.

A IUPAC reconhece que os nomes tradicionais estão firmemente fixados por seu uso e não pretende aboli-los, apenas reduzi-los gradativamente suas utilizações nas publicações científicas.

Reações de polimerização A polimerização é uma reação em que as moléculas menores (monômeros) se combinam quimicamente (por valências principais) para formar moléculas longas, mais ou menos ramificadas com a mesma composição centesimal. Estes podem se formar por uma variedade de reações tais como:

Poliadição Policondensação Polimerização radicalar Polimerização aniônica Polimerização catiônica Polimerização por abertura de anel Polimerização por coordenação Polimerização viva

A polimerização pode ser reversível ou não e pode ser espontânea ou provocada por calor ou reagentes.A polimerização é um tipo particular de reação química. Quando são utilizados monômeros difuncionais obtêm-se uma estrutura linear. No caso de pelo menos um monômero ter mais de dois grupos funcionais é obtido um polímero contendo ligações cruzadas e uma estrutura ramificada.

Exemplo: O etileno é um gás que pode polimerizar-se por reação em cadeia, por exposição a temperatura e pressão elevadas e em presença de pequenas quantidades de oxigênio gasoso, resultando uma substância sólida, o polietileno. A polimerização do etileno e outros monômeros pode efetuar-se à pressão normal e baixa temperatura mediante catalisadores. Assim, é possível obter polímeros com cadeias moleculares de estrutura muito uniforme.

Na indústria química, muitos polímeros são produzidos através de reações em cadeia. Nestas reações de polimerização, os radicais livres necessários para iniciar a reação são produzidos por um iniciador que é uma molécula capaz de formar radicais livres a temperaturas relativamente baixas. Um exemplo de um iniciador é o peróxido de benzoíla que se decompõe com facilidade em radicais fenilo. Os radicais assim formados vão atacar as moléculas do monômero dando origem à reação de polimerização.

Exemplos de polímeros e aplicações Polímeros Termoplásticos PC - Policarbonato

Aplicações: CDs, garrafas, recipientes para filtros, componentes de interiores de aviões, coberturas translúcidas, divisórias, vitrines, etc.

PU – Poliuretano Aplicações: Esquadrias, chapas, revestimentos, molduras, filmes, estofamento de automóveis, em móveis, isolamento térmico em roupas impermeáveis, isolamento em refrigeradores industriais e domésticos, polias e correias.

PVC - Policloreto de vinila ou cloreto de polivinila Aplicações: Telhas translúcidas, portas sanfonadas, divisórias, persianas, perfis, tubos e conexões para água e eletricidade esgotos e ventilação, esquadrias, molduras para teto e parede.

PS - Poliestireno Aplicações: Grades de ar condicionado, gaiutas de barcos (imitação de vidro), peças de máquinas e de automóveis, fabricação de gavetas de geladeira, brinquedos, isolante térmico, matéria prima do isopor.

PP - Polipropileno Aplicações: brinquedos, recipientes para alimentos, remédios, produtos químicos, carcaças para eletrodomésticos, fibras, sacarias (ráfia), filmes orientados, tubos para cargas de canetas esferográficas, carpetes, seringas de injeção, material hospitalar esterilizável, autopeças (para-choques, pedais, carcaças de baterias, lanternas, ventoinhas, ventiladores, peças diversas no habitáculo), peças para máquinas de lavar.

PET - Polietileno Tereftalatominiaturadaimagem|Garrafas PET

Aplicações: Embalagens para bebidas, refrigerantes, água mineral, alimentos, produtos de limpeza, condimentos; reciclado, presta-se a inúmeras finalidades: tecidos, fios, sacarias, vassouras.

PMMA - Plexiglas

Aplicações: envidraçamento e nas indústrias de construção civil, automotiva e de comunicações. Muito aplicado na fabricação de fibra óptica, lentes ópticas, placas difusoras para ecrãs de cristal líquido (LCDs) e substratos de discos ópticos.

Polímeros sensíveis à luz

Aplicações: Podem ser usados como tinta invisível: quando expostos ao comprimento de onda apropriado, seus monômeros são transformados e a sequência se torna legível. A mensagem aparece apenas se estiver sujeita à fonte de luz correta. Este é o primeiro exemplo de uma mensagem secreta armazenada em uma molécula.

Polímeros termorrígidos, termofixos ou termoendurecíveis Baquelite: usada em tomadas, telefones antigos e no embutimento de amostras metalográficas. Epóxis: usado na Indústria química, Indústria elétrica e tecnológica, Industria aeronáutica, Industria da construção civil e Pintura de pisos. Poliéster: usado em carrocerias, caixas d'água, piscinas, dentre outros, na forma de plástico reforçado (fibra de vidro).

Elastômeros (borrachas) Poliisopreno: borracha semelhante à natural Buna S Aplicações: pneus, câmaras de ar, vedações, mangueiras de borracha. Buna N ou perbúnan Neopreno ou poli cloropreno

Propriedades dos materiais poliméricos

Propriedades mecânicas e dinâmicas As propriedades do polímero em bulk são as de maior interesse para o uso final, sendo as propriedades que ditam como o polímero realmente se comporta em uma escala macroscópica. Dentre as propriedades a serem analisadas, tem-se as propriedades mecânicas, que refletem a resposta ou deformação dos materiais quando submetidos a uma carga. A força pode ser aplicada como tração (tractive), compressão (compression), flexão (bending), cisalhamento (shear) e torção (torsion).

Módulo elástico (Módulo de Young)

O módulo de Young quantifica a elasticidade do polímero. Obtido na parte da curva de tensão-deformação onde existe deformação elástica (parte linear da curva), é definido, para pequenas deformações, como a proporção de taxa de mudança de tensão para deformação. Esta propriedade é altamente relevante em aplicações poliméricas envolvendo as propriedades físicas dos polímeros, sendo fortemente dependente da temperatura. A viscoelasticidade descreve uma resposta elástica complexa dependente do tempo, que exibirá uma histerese na curva de tensão-deformação quando a força é removida. A Análise Dinâmico-Mecânica (DMA) mede este módulo através da oscilação da força, medindo a deformação resultante como uma função do tempo.

O módulo de elasticidade pode ser quantificado pela relação: , onde σ é a tensão (razão entre a força F aplicada e a área A em que a força é aplicada: ) e ε é a deformação (razão entre a variação ΔL de dimensão resultante da força e a dimensão L0 do corpo: ).

Além disso, temos a seguinte relação entre o módulo elástico e as propriedades a seguir: Grau de cristalinidade: O módulo de elasticidade aumenta quando o grau de cristalinidade aumenta; Massa molar: em um polímero amorfo, o módulo elástico aumenta com o aumento da massa molar, entretanto o aumento tende a não ser grande. Em polímeros semicristalinos, dependerá do efeito da massa molar sobre a cristalinidade. Diminuição da massa molar pode provocar aumento do grau de cristalinidade, resultando num aumento do módulo; Cargas/Aditivos: em geral, cargas minerais aumentam o módulo, enquanto que plastificantes diminuem; Temperatura: o módulo de elasticidade é fortemente dependente da temperatura, porém, deve-se também levar em consideração a amorficidade e cristalinidade do polímero e suas temperaturas de transição. Num geral, o aumento da temperatura faz com que o módulo de elasticidade diminua; Umidade: em polímeros que absorvem pouca ou nenhuma água, não há influência significante, entretanto, em polímeros que podem formar ligação de hidrogênio com a água há um grande efeito, onde o aumento da umidade leva à redução do módulo elástico do material.

Natureza dos materiais Quanto às características mecânicas dos materiais, podemos classificá-los em quatro categorias: elastômeros, termoplásticos, termorrígidos e fibras.

Elastômeros (borrachas)

Classe intermediária entre os termoplásticos e os termorrígidos. Não são fusíveis, mas apresentam alta elasticidade (baixo módulo de Young), não sendo rígidos como os termofixos. Possuem uma reciclagem complicada devido a incapacidade de fusão. Dentre outras características, pode-se destacar: Baixa barreira energética rotacional de ligações químicas; Forças intermoleculares fracas; Apresenta amorficidade com alta massa molar; Presença de ligações cruzadas e emaranhadas que evitam deformação permanente quando estirado; Módulo de Elasticidade baixo: 10-2 – 100 GPa.

Termoplásticos