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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁCAMPUS UNIVERSITÁRIO DO SUL E SUDESTE DO PARÁ

FACULDADE DE ENGENHARIA DE MATERIAIS

RELATÓRIO DE PRÁTICA LABORATORIAL

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Marabá-PA2013

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Universidade Federal do ParáCampus Universitário do Sul e Sudeste do ParáFaculdade de Engenharia de Materiais – FEMAT

Disciplina Materiais PoliméricosDocente: Rosane B. Oliveira

IDENTIFICAÇÃO DE POLÍMEROS

Discentes: Adielson Rafael Oliveira Marinho nº 11123000207

Géssica Padilha de Souza nº 11123001607

Leonardo Vilarinho Antunes Junior nº 11123001707

Torben Ulisses da Silva Carvalho nº 11123000107

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Marabá-PA2013

SUMÁRIO1. INTRODUÇÃO...............................................

...................................... 4

2. OBJETIVO........................................................................................... 5

3. MATERIAIS.......................................................................................... 5

4. PROCEDIMENTOS............................................................................. 6

5. RESULTADOS EDISCUSSÃO........................................................... 8

5.1 Amostra1 ...................................................................................... 8

5.2 Amostra2 ...................................................................................... 9

5.3 Amostra3 ...................................................................................... 9

5.4 Amostra4 ...................................................................................... 10

5.5 Amostra5 ...................................................................................... 11

5

5.6 Amostra6 ...................................................................................... 12

5.7 Amostra7 ...................................................................................... 12

5.8 Amostra8 ...................................................................................... 13

6. CONCLUSÃO.......................................................................................14

7. REFERÊNCIASBIBLIOGRÁFICAS........................................................ 15

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1. INTRODUÇÃO

Polímeros são macromoléculas caracterizadas por seu

tamanho, estrutura química e interações intra- e

intermoleculares. Possuem unidades químicas ligadas por

covalências, repetidas regularmente ao longo da cadeia,

denominadas meros (MANO 1999).

Existem várias formas de se classificar um polímero,

que vão desde a sua origem (natural ou sintético), passando

por sua estrutura molecular (lineares, ramificados, com

ligações cruzadas e em rede), até seu comportamento mecânico

(borracha ou elastômero, plástico e fibras).

Os polímeros exibem notáveis propriedades físicas e

químicas, o que lhes confere características de resistência

mecânica, estabilidade térmica, resistência à ação química,

entre outros que são determinantes para sua obtenção e

aplicação.

Muitas propriedades físicas são dependentes do

comprimento da molécula, isto é, sua massa molar. Como

polímeros normalmente envolvem uma larga faixa de valores de

massa molar, é de se esperar grande variação em suas

propriedades (CANEVAROLO, 2006).

O desenvolvimento dos polímeros sintéticos e dos

plásticos provocou grandes mudanças no seio da comunidade,

pois a maior parte dos produtos e equipamentos utilizados no

dia-a-dia é obtida a partir destes materiais.

Para Callister (1999), existem várias razões pelas

quais um engenheiro deve saber algo sobre as características,

as aplicações e o processamento dos materiais poliméricos. A

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compreensão dos mecanismos segundo os quais os polímeros se

deformam elasticamente e plasticamente permite que se altere e

controle os seus módulos de elasticidade e resistências.

A química dos polímeros utiliza muitas técnicas para

caracterizar e identificar os materiais, que vão desde testes

relativamente simples, como a cor e a combustão, até

procedimentos mais complexos como a dispersão da luz e a

ultracentrifugação para a determinação de pesos moleculares;

espectroscopia I.V., pirólise, RMN, calorimetria diferencial,

cromatografia gasosa e líquida. Porém estes métodos envolvem

custos e instrumentos especializados.

Na aula pratica de identificação de polímeros, foram

também utilizados métodos mais simples como o teste ao risco,

mesclados com métodos um pouco mais elaborados, que envolveram

a imersão de amostras em reagentes diversos e a observação das

reações das mesmas.

2. OBJETIVO

Esta prática experimental tem como objetivo a

identificação de determinados materiais poliméricos

utilizando-se de avaliações químicas simples, observando suas

propriedades e seus comportamentos sob influência de forças

mecânicas, solventes, calor, entre outros. As identificações

são feitas de forma geral, levando em conta os procedimentos

feitos.

Desta forma, ao término da prática laboratorial,

espera-se que os discentes tenham entendido noções de

compreensão que facilitem a caracterização ou identificação

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básica de polímeros através de métodos simples, aplicando

conhecimentos já disponíveis sobre os mesmo, fazendo uma

comparação entre resultados apresentados e as características

dos mais variados polímeros.

3. MATERIAIS

Para o desenvolvimento desta pratica laboratorial foram

utilizados os seguintes materiais e reagentes:

Reagentes (clorofórmio, hexano, xileno, acetona e álcool

etílico)

Estante para tubos de ensaio;

40 tubos de ensaio;

Pipeta;

Pera de borracha;

Espátula e pinça metálicas;

Papel indicador de pH;

Luvas de borracha;

8 amostras de polímeros;

Bico de Bunsen;

As amostras utilizadas podem ser visualizadas na figura

01 e constituem-se de vários tipos de materiais comuns ao

nosso dia a dia, tais como embalagem plástica, rótulo, lacre

de garrafa, talher descartável, tubulação e amostras

indefinidas.

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Figura 01: distribuição das amostras com numeração de identificação. Amostra 1: tubo; amostra 2: embalagem; amostra 3: lacre de garrafa; amostra4: talher descartável; amostra 5: rótulo; amostras 6, 7 e 8: desconhecidas.

4. PROCEDIMENTOS

As amostras utilizadas nesta prática foram submetidas a

4 testes diferentes para que se pudesse observar as

características apresentadas após esses procedimentos.

Embranquecimento: consistiu em flexionar (dobrar) a

amostra, observando se a mesma apresentou

embranquecimento na área fletida;

Dureza: procedimento simples em que a amostra foi

submetida à tentativa de riscá-la utilizando-se a unha do

manipulador;

Queima: materiais poliméricos se levados à chama sofrem

alterações estruturais, portanto, por meio das reações

apresentadas após esse tratamento é possível também

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caracterizar as amostras poliméricas. Dessa forma, com a

utilização de uma pinça metálica, cada amostra foi levada

ao fogo no bico de Bunsen para que se pudesse observar as

reações apresentadas, tais como: a coloração da fumaça

obtida com a queima; o pH da amostra através da presença

de papel tornassol umedecido, em contato com essa fumaça

e a verificação de alteração do mesmo; a presença de odor

característico ou não; e a inflamabilidade, onde

observou-se se a amostra incendiava mesmo sem o contato

com a fonte de calor.

Solubilidade: As amostras foram colocadas em tubos de

ensaio onde foram pipetados – na capela e com a

utilização de luvas de borracha, 2 ml dos reagente já

citados na seção 3 deste relatório. Dessa forma, cada

amostra foi submetida a 5 diferentes reagentes, ficando

os tubos reservados no suporte para tubos de ensaio, como

disposto na figura 02. O tempo mínimo apreciado foi de 2

horas, estabelecido como suficiente para que pudessem

ocorrer as primeiras modificações (solubilização,

precipitação e etc).

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Figura 2: Tubo de ensaios com as amostras identificadas.

Todos os resultados foram anotados e tabelados para

posterior comparação.

Visado uma maior eficácia dos procedimentos, as

amostras do teste de reatividade foram deixadas ainda por mais

1 semana em experimento, a feita que após esse período os

resultados finais foram tomados e as amostras foram

descartadas.

Ao término de todos os procedimentos, as vidrarias

foram lavadas e higienizadas e os equipamentos foram

acomodados em seus devidos lugares.

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5. RESULTADOS E DISCUSSÃO

De maneira geral, os resultados observados nos testes

mencionados no item 4, estão dispostos na tabela a seguir.

Tabela 01 - visualização geral dos resultados obtidos para os testesrealizados em 8 amostras de polímeros para identificação.

Amostra Reatividade

QueimaDurez

aEmbranquecimento

pHIncendei

a1 acetona ácido não - Sim

2 inerte neutro simrisco

uNão

3 inerte neutro sim - Sim

4

Xileno,

clorofórmio,

hexano e

acetona

neutro sim - Sim

5 inerte neutro simrisco

uNão

6

Xileno,

clorofórmio e

acetona

neutro não - Não

7 inerte neutro não - Sim

8

Xileno,

clorofórmio e

acetona

neutro sim - Não

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Cada amostra foi avaliada individualmente de acordo com

as características apresentadas após os testes feitos, onde,

os resultados serão mostrados e discutidos a seguir.

5.1 AMOSTRA 1

A amostra 1 apresentou reação no teste de

embranquecimento, com área branca ao redor da seção de flexão.

Esse corpo de prova não teve nenhuma reação no teste de dureza

e no teste de queima se comportou resultando em fumaça negra,

de pH 0 (ácido), com odor acre, sendo o material auto

extinguível, tendo amolecido e carbonizado.

Foi insolúvel em xileno, em clorofórmio e em alcoóis,

contudo, é solúvel em cetona, demonstrando expansão.

De acordo com os resultados obtidos, definiu-se que a

amostra tratava-se do PVC (policloreto de polivinila), que é um

polímero composto de cloro e eteno. Por uma reação química,

esses compostos combinam-se formando o dicloreto de etileno,

que por sua vez é transformado em um gás chamado "VCM" (Vinyl

chloride monomer, em português, cloreto de vinila). O passo final

é a polimerização de adição, que converte o monômero num

polímero de vinil, que é o PVC, ou simplesmente, vinil. É

amplamente utilizado na indústria de construção para confecção

de tubulações, forros e etc.

5.2 AMOSTRA 2

Essa amostra não apresentou reação ao teste de

embranquecimento, bem como também não contou nenhuma

reatividade com os solventes aplicados, mas riscou facilmente.

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No teste da queima, o corpo de prova 2 exibiu fumaça branca,

de odor semelhante ao da parafina e de pH neutro. Houve

escoamento, leve gotejamento, tendo se incendiado, com chama

amarela de base azulada.

A partir dos dados observados acima, concluiu-se que o

material em questão era um Polietileno de Alta Densidade – PEAD (HDPE,

em inglês). O polietileno (ou polieteno, de acordo com a

denominação oficial da IUPAC) é quimicamente o polímero mais

simples. É representado pela cadeia: (-CH2-CH2-)n. Devido à sua

alta produção mundial, é também o mais barato, sendo um dos

tipos de plástico mais comum. Este polímero pode ser produzido

por diferentes reações de polimerização, como por exemplo,

a polimerização por radicais livres, polimerização

aniônica, polimerização por coordenação de

íons ou polimerização catiônica. Cada um destes mecanismos de

reação produz um tipo diferente de polietileno.

5.3 AMOSTRA 3

O lacre de garrafa sofreu embranquecimento ao teste de

flexão, porém, não riscou quando submetido ao procedimento

para teste de dureza. O mesmo, ao entrar em contato com a

chama do bico de Bunsen (Figura 03), apresentou chama amarela

com base azulada, odor típico de parafina queimada, fumaça

acinzentada e com pH 7 (neutro). Também notou-se que não houve

escoamento e a amostra incendiou. No teste de reatividade,

mostrou-se inerte a todos os solventes a que foi submetido.

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Figura 03: amostra 3 submetida ao teste de queima.

Por conta dessas características, podemos dizer que o

polímero em questão é o Polipropileno - PP. O mesmo é um tipo de

plástico que pode ser moldado usando apenas aquecimento, ou

seja, é um termoplástico. Possui propriedades muito

semelhantes às do polietileno (PE), mas com ponto de

amolecimento mais elevado. Outras características notáveis do

PP que se pode destacar são: alta resistência à fratura por

flexão ou fadiga; a fácil coloração; e elevada resistência

química e a solventes. É obtido por polimerização de adição.

O polipropileno é solúvel em xileno, porém, somente a

temperaturas acima de 100° C, condição na qual sua amostra não

foi submetida neste experimento.

5.4 AMOSTRA 4

Essa amostra teve inicio de solubilização em xileno,

com alteração na cor. Isso pode ser explicado pelo fato de que

o experimento foi feito em ambiente aberto e não controlado,

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com grandes chances do solvente ter se volatilizado. Não por

coincidência, após a verificação da amostra, depois de uma

semana, a mesma havia criado corpo de fundo e solidificado.

Também se apresentou solúvel em clorofórmio. Na acetona

solubilizou-se formando corpo de fundo. Mudou a coloração no

hexano e ficou inerte no álcool.

No teste da queima, apresentou escoamento e fumaça

escura, com pH neutro, tendo odor adocicado e chama amarela

com base azulada. A amostra incendiou e carbonizou. Não riscou

ao teste de dureza, porém, apresentou reação quando submetido

à flexão (embranqueceu).

Pela analise dos dados obtidos, concluiu-se que a

amostra se tratava do Poliestireno – PS. Trata-se de uma resina do

grupo dos termoplásticos, cuja característica reside na sua

fácil flexibilidade ou moldabilidade sob a ação do calor, que

a deixa em forma líquida ou pastosa. É a matéria-prima dos

copos descartáveis, de lacres de barris de chope de várias

outras peças de uso doméstico, além de embalagens.

Quimicamente é um hidrocarboneto aromático insaturado de

fórmula C6H5C2H3. É também chamado

de fenilacetileno ou vinilbenzeno. O estireno é um líquido,

com ponto de ebulição 145°C e ponto de solidificação -30,6°C.

Quando puro, é incolor e apresenta um odor agradável e

adocicado. Pode ser obtido industrialmente a partir de vários

processos, entretanto o mais utilizado consiste

na desidrogenação do etil-benzeno. Essa obtenção se dá por

polimerização de adição ou condensação.

5.5 AMOSTRA 5

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Essa amostra teve uma identificação mais dificultosa,

pois suas propriedades se assemelharam bastante às da amostra

2. Dessa forma, não apresentou reação ao teste de

embranquecimento, riscou facilmente e também foi inerte a

todos os solventes aplicados. No teste da queima, exibiu

fumaça branca, de odor semelhante ao da parafina e de pH

neutro. Houve escoamento e gotejamento com facilidade, tendo

se incendiado, com chama amarela de base azulada.

Com base nos dados colhidos, tem-se que essa amostra é

de um Polietileno de Baixa Densidade – PEBD (LDPE em inglês). De

acordo com a literatura consultada, tanto o PEAD quanto o PEBD

seriam solúveis no xileno, porém, somente a temperaturas acima

dos 50° C.

As principais características que diferenciaram a

amostra 5 da amostra 2, foram a temperatura de fusão, onde

notou-se que a amostra 5 era menos resistente ao calor, ou

seja, o PEAD é relativamente mais resistente a temperaturas

elevadas; e também a transparência. Devido à cristalinidade e

à diferença de índice de refração entre as fases amorfa e

cristalina, filmes de PEAD (amostra 2) são translúcidos, menos

transparentes do que o PEBD (obtido via radicais livres), que

é menos cristalino.

O PEAD e o PEBD têm muitas aplicações em comum, mas em

geral, o PEAD é mais duro e resistente e o PEBD é mais

flexível e transparente. Um exemplo da relação de dureza e

flexibilidade está no fato de que o PEAD é utilizado na

fabricação de tampas com rosca (rígidas) e o PEBD na de tampas

sem rosca (flexíveis).

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5.6 AMOSTRA 6

A amostra 6 se solubilizou no xileno. No clorofórmio e

na acetona houve solubilização também, tendo apresentado corpo

de fundo gelatinoso. Já no hexano e no álcool não houve

reação, ou seja, apresentou-se inerte. No teste de queima, o

polímero demorou a iniciar a ignição e apresentou fumaça

escura com pH neutro e odor fenólico. Houve expansão do

material e formação de bolhas quando foi incendiado, com a

chama de característica amarelada. Já no teste de dureza o

material apresentou característica frágil, pois quebrou logo

após a aplicação da força sem embranquecimento da região

flexionada.

A partir destas observações, o material foi

classificado como um Policarbonato – PC. Os policarbonatos são um

tipo particular de poliésteres, polímeros de cadeia longa,

formados por grupos funcionais unidos por grupos carbonato (-

O-(C=O)-O-). São moldáveis quando aquecidos, sendo por isso,

termoplásticos. Oferece transparência e alto nível de

segurança. Normalmente utilizado em projetos de iluminação

natural, esse material é relativamente novo. Na verdade, um

dos mais avançados polímeros no campo dos plásticos, sendo

considerado um plástico de engenharia, ou seja, um material

que reúne características de resistência que o qualifica para

aplicações de alta exigência.

5.7 AMOSTRA 7

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O material polimérico branco e rígido foi submetido ao

teste de queima, no qual sofreu leve expansão. Sua fumaça teve

odor típico de parafina, com coloração branca e pH neutro.

Observou-se também a auto-extinção da chama de coloração

amarelada e de base azulada no mesmo teste, tendo a amostra

apresentado pouco escoamento, sem gotejar.

Nos testes de solubilidade, se mostrou inerte a todos

os solventes a que foi submetida. Já para teste de dureza, não

teve reação ao risco, contudo, teve branqueamento na seção

flexionada que se rompeu no teste de embranquecimento.

Por todas as características notadas, pôde-se afirmar

que o polímero identificado tratava-se de um Polietileno de Alta

Densidade - PEAD, cujas características já foram apresentadas na

seção 5.2.

5.8 AMOSTRA 8

A amostra 8, ao ser submetida ao teste de queima,

apresentou leve expansão, bem como incendiou-se, com chama

amarela de base azul, com formação de fumaça escura, de pH

neutro, resultando em fuligem e aparente carbonização do corpo

de prova. Não houve escoamento apreciável e tão pouco

gotejamento.

Para os testes mecânicos, a mesma não riscou e sofreu

ruptura com pouca deformação, não apresentando branquidão na

área flexionada.

Notou-se que o material apresentou reatividade com

acetona, na qual sofreu leve expansão; com o clorofórmio,

vindo a se solubilizar parcialmente; e no Xileno reagiu ao

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ponto de se fragmentar. Mostrou-se inerte e contato com hexano

e álcool.

A partir destas observações, apontou-se o Poliestireno - PS

como o polímero que mais se encaixou nas características e

especificações encontrada pelos testes realizados em

laboratório. As peculiaridades do poliestireno já foram

descritas na seção 5.4 deste relatório.

É importante salientar novamente que os experimentos

realizados e descritos neste relatório foram feitos em meio

aberto e sem devido controle, favorecendo, portanto, para que

os reagentes não apresentassem seu melhor desempenho junto às

amostras. Observou-se também que alguns reagentes como o

clorofórmio e acetona se encontravam fora do seu prazo de

validade, o que também pode ter influenciado em resultados

obtidos.

6. CONCLUSÃO

Em suma, nos experimentos feitos, todos foram concentrados

numa simples ferramenta: os testes. As amostras de polímeros

foram submetidas a testes de dureza, solubilidade e queima,

mostrando as diversas propriedades que são manifestadas a

partir dessas determinadas avaliações.

Percebeu-se a importância de ter conhecimento das propriedades

físicas e químicas dos polímeros, podendo assim ajudar na

identificação de cada amostra. Sempre levando em conta que os

testes realizados não foram severamente precisos, pois fatores

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como validade de reagentes, tempo determinado e tratamento

térmico não se mostraram de modo eficiente durante as

avaliações.

Contudo foi possível a identificação de tais materiais

poliméricos, os quais são de vasta aplicação no uso geral e na

engenharia, mostrando suas propriedades únicas e vantajosas

para o mundo atual.

7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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- ABRE. Associação Brasileira de Embalagem. Centro de

Informações: Dados de Mercado. Disponível em:

http://www.abre.org.br/

- CALLISTER Jr., W.D. - Ciência e Engenharia de Materiais uma

Introdução, LTC Ed. 7ª Ed., Rio de. Janeiro, 2006.

- CANEVAROLO Jr., Sebastião V. Ciência dos polímeros: um testo

básico para tecnólogos e engenheiros. Artliber Editora - São

Paulo, 2002.

- CASTRO, A., G. e Pouzada, A., S. As embalagens para a

indústria alimentar. Vila Real: Universidade de Trás-os-Montes

e Alto Douro, 1991.

- FABRIS, Samanta; REYES, Felix G. - Embalagens plásticas:

tipos de materiais, contaminação de alimentos e aspectos de

legislação. Revista Brasileira de Toxicologia nº 02, 2006.

- MANO, Eloisa Biasotto. Introdução a polímeros. 2ª ed. rev. e

ampl. São Paulo: Editora Blücher, 1999.

- MANO, Eloisa Biasotto. Polímeros como materiais de

engenharia. São Paulo: Editora Blücher, 1991.

- VAN VLACK, Laurence H. Princípios de Ciências dos Materiais.

São Paulo: Ed. Edgard Blucher Ltda, 1970

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