TCC Polímeros - Elton - UniSALESIANO DE ABREVIATURAS E SIGLAS a.C.: Antes de Cristo ACGIH:...
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UNISALESIANO Centro Universitário Católico Salesiano Auxilium Curso de Bacharelado em Química César Augusto Rocha Elton de Freitas Silva Roberta Cristina Carvalho de Souza POLÍMERO DE ENTRETENIMENTO: UMA MACROMOLÉCULA BIODEGRADÁVEL LINS - SP 2013
Transcript of TCC Polímeros - Elton - UniSALESIANO DE ABREVIATURAS E SIGLAS a.C.: Antes de Cristo ACGIH:...
UNISALESIANO
Centro Universitário Católico Salesiano Auxilium
Curso de Bacharelado em Química
César Augusto Rocha
Elton de Freitas Silva
Roberta Cristina Carvalho de Souza
POLÍMERO DE ENTRETENIMENTO: UMA
MACROMOLÉCULA BIODEGRADÁVEL
LINS - SP
2013
CÉSAR AUGUSTO ROCHA
ELTON DE FREITAS SILVA
ROBERTA CRISTINA CARVALHO DE SOUZA
POLÍMERO DE ENTRETENIMENTO: UMA
MACROMOLÉCULA BIODEGRADÁVEL
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Banca Examinadora do Centro Universitário Católico Salesiano Auxilium, Curso de Bacharelado em Química, realizado sob a orientação da Prof. Ma. Elisete Peixoto de Lima.
LINS - SP
2013
Rocha, César Augusto; Silva, Elton de Freitas; Souza, Roberta Cristina Carvalho de
Polímero de entretenimento: uma macromolécula biodegradável / César Augusto Rocha; Elton de Freitas Silva; Roberta Cristina Carvalho de Souza. – – Lins, 2013.
91p. il. 31cm.
Monografia apresentada ao Centro Universitário Católico Salesiano Auxilium – UNISALESIANO, Lins-SP, para graduação em Bacharelado em Química, 2013.
Orientadora: Elisete Peixoto de Lima
1. Química. 2. Química Orgânica. 3. Polímeros. 4. Poliacetato de Vinila. 5. Ligações Cruzadas. 6. Monômeros. I Título.
CDU 54
S579p
CÉSAR AUGUSTO ROCHA
ELTON DE FREITAS SILVA
ROBERTA CRISTINA CARVALHO DE SOUZA
POLÍMERO DE ENTRETENIMENTO: UMA
MACROMOLÉCULA BIODEGRADÁVEL
Trabalho de Conclusão de Curso, apresentado ao Centro Universitário Católico
Salesiano Auxilium, como requisito obrigatório, para obtenção do título de
Bacharel em Química.
Aprovado em: 09 / 12 / 2013.
Banca Examinadora:
Professora Orientadora: Elisete Peixoto de Lima.
Titulação: Mestre em Odontologia - Saúde Coletiva.
Assinatura:______________________________.
1ª Professora: Terezinha Fiala Modesto.
Titulação: Especialista em Química.
Assinatura:_______________________________.
2º Professor: Marcos José Ardenghi.
Titulação: Mestre de Educação em Matemática.
Assinatura:_______________________________.
DEDICATÓRIA
Dedico este trabalho a minha querida vó paterna Maria Almerinda, que
sempre me ajudou e me cativou em todos os momentos, a meus pais Suely e
José, por tudo que fizeram e empenharam pela minha formação. Aos
professores que com dedicação e compreensão, me ajudaram na elaboração
deste trabalho de conclusão de curso. E finalmente a Deus por tudo que me
proporcionou na vida.
Elton
Sendo coerente não poderia deixar de dedicar este trabalho a meu
namorado Marcos, que durante o desenvolvimento deste projeto contribuiu
muito com sua experiência profissional, além de se mostrar um grande amigo e
companheiro como sempre, durante todos esses anos. É assim que juntos
vamos nos apoiando e ultrapassando os obstáculos para alcançarmos nossos
objetivos.
Roberta
Sou abençoado por estar cercado de pessoas que me ajudam e
contribuem para as minhas conquistas, por isso dedico esse trabalho à minha
mãe Dona Lena, guerreira, que me deu base para tudo o que sou, à minha filha
Naiara, razão de tudo o que faço, a minha namorada Thays, companheira
sempre disposta a ajudar e aos amigos do grupo, Elton e Roberta, pilares
principais dessa conquista.
César
AGRADECIMENTOS
Agradecemos primeiramente a Deus, pela força e coragem atribuída a
nós durante toda esta caminhada, pois foi quando nos sentimos desanimados e
perdidos em nossos objetivos e ideais que o senhor se fez presente a cada dia,
renovando nossas energias e nos fazendo vencedores em sua glória, através
de sua benção e proteção em todos os momentos da vida.
Aos nossos pais Suely e José, Rosana e Roberto, Maria Madalena e
Sidnei pelo incansável apoio, incentivo, coragem, carinho, amizade e
dedicação.
Aos docentes do Curso de Bacharelado em Química do Unisalesiano,
Elisete, Terezinha, Olayr, Araújo, Marcos, João Artur, Francisco e ao
inesquecível senhor Calças pela sua experiência de vida, agradecemos pelos
valiosos ensinamentos ministrados em suas disciplinas e pela atenção e
dedicação durante todo o curso.
Aos amigos de perto e de longe, pelo amor e preocupação
demonstrados através das ligações e e-mails. Obrigado a vocês que nas horas
difíceis nos revigoraram com certezas, força e alegria.
Aos colegas da turma pela amizade e companheirismo, partilhada
durante o período de graduação ao decorrer dos semestres.
Um agradecimento especial a orientadora professora Ma. Elisete, pelo
apoio, incentivo, confiança e principalmente pela amizade construída durante
esta graduação.
Gostaríamos também de deixar nossos agradecimentos aos membros
da banca, que aceitaram participar da nossa avaliação e com isso contribuir
para a finalização deste trabalho.
Enfim agradecemos a todos àqueles que até este momento contribuíram
de alguma maneira para a conclusão deste trabalho, seja no meio acadêmico,
profissional ou pessoal.
A todos vocês e aqueles que por ventura tenhamos esquecido, os
nossos sinceros agradecimentos e gratidão.
EPÍGRAFE
“Para realizar grandes conquistas devemos não apenas agir, mas também sonhar, não apenas planejar, mas também acreditar”.
Anatole France “A química deve ser aprendida porque representa uma das formas de ver mundo e de interpretá-lo. Um cidadão tem uma visão parcial do mundo quando não domina os princípios fundamentais da química”.
Gallo Neto
“Ao homem que teme ao senhor, ele o instruirá no caminho que deve escolher. Na prosperidade repousará a sua alma e a sua descendência herdará a Terra”.
Salmo 25; 12:13
RESUMO
A descoberta dos polímeros revolucionou o cotidiano da humanidade, possibilitando o desenvolvimento de diferentes tipos de materiais, que proporcionaram a expansão da produção industrial. O polímero de entretenimento é uma macromolécula biodegradável, formada após a reação de polimerização. Nesse processo o ânion borato atua na formação das ligações cruzadas fazendo o agrupamento dos monômeros para formação do polímero, conhecido e comercializado no Brasil como geléca ou amoeba. Devido as características apresentadas, possa ser utilizado como ferramenta para o desenvolvimento da atividade experimental, contribuindo para o desenvolvimento do processo de ensino-aprendizagem de Química, tendo como objetivo a demonstração do mecanismo da reação de polimerização do poliacetato de vinila como ferramenta facilitadora de ensino-aprendizagem, contribuindo para o melhor entendimento de conteúdos teóricos. No primeiro capítulo, apresenta-se a história, descoberta, evolução e desenvolvimento dos polímeros. Aborda-se também a reciclagem e a reutilização para preservação do meio ambiente, bem como a definição de monômeros e polímeros, estrutura física, suas propriedades, as ligações cruzadas que ocorrem na reação de polimerização, o processo de transição vítrea e os principais conceitos teóricos de aprendizado da reação de polimerização de forma lúdica e interativa. No segundo capítulo, expõe-se o mecanismo da reação de polimerização, para a obtenção do poliacetato de vinila, algumas de suas propriedades e aplicações na área industrial. No terceiro capítulo, disserta-se sobre o polímero de entretenimento, sua aplicabilidade na área educacional, suas propriedades e estudo do grau toxicológico dos produtos utilizados em sua fabricação. No quarto capítulo, apresentam-se os materiais e métodos utilizados no desenvolvimento das etapas teórica e prática, a aplicação do questionário, o procedimento experimental. No quinto capítulo, as discussões e os resultados são apresentados por meio da análise prévia de cada questão abordada, a metodologia aplicada baseia-se em duas etapas, na primeira realiza-se a apresentação teórica sobre o processo de polimerização, na segunda etapa desenvolve-se a atividade experimental aplicando-se os conceitos teóricos na prática, e finalmente a aplicação do questionário para avaliação do ensino-aprendizado. Conclui-se que a abordagem teórico-experimental e a obtenção do próprio produto facilitou o conhecimento acerca dos polímeros.
Palavras-chave: Química. Química orgânica. Polímeros. Poliacetato de vinila. Ligações cruzadas. Monômeros.
ABSTRACT
The discovery of polymers revolutionized the daily lives of humanity, enabling the development of different types of materials, provided that the expansion of industrial production. The polymer is a biodegradable macromolecule entertainment, formed after the polymerization reaction. In this process the borate anion acts in the formation of crosslinked doing the grouping of monomers to polymer formation, known and marketed in Brazil as Geléca or Amoeba. Due to the characteristics presented, can be used as a tool for the development of experimental activity, contributing to the development of the teaching-learning process chemistry, aiming to demonstrate the reaction of polymerization of polyvinyl vinyl facilitative mechanism as teaching tool learning, contributing to a better understanding of theoretical concepts. The first chapter presents the history, discovery, evolution and development of polymers. Also approaches to recycling and reuse to preserve the environment as well as the definition of monomers and polymers, physical structure, their properties, crosslinking occurring in the polymerization reaction, the process of glass transition and the main theoretical concepts learning the polymerization reaction in a playful and interactive way. The second chapter sets up the mechanism of the polymerization reaction, for obtaining polyvinyl vinyl, some of their properties and applications in the industrial area. In the third chapter, dissertations on the polymer entertainment, its applicability in the educational area, their toxicological properties and study the degree of the products used in their manufacture. The fourth chapter presents the materials and methods used in the development of theoretical and practical steps, the questionnaire, the experimental procedure. In the fifth chapter, the discussions and the results are presented through prior analysis of each issue addressed, the methodology is based on two steps, the first performs the theoretical presentation on the polymerization process, developed in the second stage the experimental activity applying theoretical concepts in practice, and finally the questionnaire for the assessment of teaching and learning. It is concluded that the theoretical and experimental approach and getting the product itself facilitated the knowledge of polymers.
Keywords: Chemistry. Organic chemistry. Polymers. Polyvinyl vinyl. Crosslink. Monomers.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1: Códigos de reciclagem utilizados nas embalagens plásticas ............ 23
Figura 2: Variação da propriedade física dos polímeros. .................................. 26
Figura 3: Ligações cruzadas que são formadas entre as cadeias poliméricas no
proceso de vulcanização da borracha .............................................................. 27
Figura 4: A) Representação da borracha não vulcanizada; B) Borracha
vulcanizada não esticada; C) Borracha vulcanizada e esticada. ...................... 28
Figura 5: A) Polímero termoplástico ou linear. .................................................. 31
Figura 6: Estrutura molecular do polietileno de baixa densidade. ..................... 33
Figura 7: Estrutura molecular do polietileno de alta densidade. ....................... 34
Figura 8: Polímero tridimensional. .................................................................... 36
Figura 9: B) Polímero termofixo ........................................................................ 37
Figura 10: Reação de polimerização para obtenção da baquelite. ................... 38
Figura 11: A) As macromoléculas lineares se entrelaçam, como fios; B) As
macromoléculas entrelaçadas são alinhadas quando o polímero é esticado. .. 39
Figura 12: Um clipe representando um monômero. .......................................... 41
Figura 13: Os clipes agrupados representando um polímero ou uma
macromolécula .................................................................................................. 42
Figura 14: Representação da reação de polimerização, utilizando os clipes. ... 42
Figura 15: Reação de polimerização pelo método explicativo da corrente. ...... 43
Figura 16: Reação de polimerização do etileno. ............................................... 44
Figura 17: Reação de polimerização do acetato de vinila para formação do
PVA. .................................................................................................................. 45
Figura 18: Comportamento físico de um polímero, de acordo com sua massa
molar e da temperatura (Tg e Tm) .................................................................... 47
Figura 19: Composição das tintas. .................................................................... 50
Figura 20: Processo de fabricação das tintas a base de PVA. ......................... 51
Figura 21: Ligações química entre os monômeros. .......................................... 72
Figura 22: Substância formada após a reação de polimerização. .................... 73
Figura 23: Perda de água por evaporação no processo de transição vítrea do
polímero ............................................................................................................ 74
Figura 24:Comportamento de um fluído não newtoniano. ................................ 75
Figura 25: Função do ânion borato na reação de polimerização. ..................... 75
Figura 26: Conceitos teóricos e práticos no ensino-aprendizagem. .................. 76
Figura 27: Conceito explicativo no ensino-aprendizagem. ................................ 77
Figura 28: Macromolécula flexível, viscosa e elástica. ..................................... 78
Figura 29: O ensino é facilitado com a realização de atividades ...................... 78
Figura 30: A) Aproveitamento do processo de ensino-aprendizagem. ............. 79
Figura 31: B) Aproveitamento do processo de ensino-aprendizagem. ............. 80
Figura 32: Avaliação do ensino-aprendizagem. ................................................ 80
LISTA DE TABELAS
Tabela 1: Densidade de alguns polímeros. ....................................................... 30
Tabela 2: Principais características físico químicas do PEBD. ......................... 34
Tabela 3: Principais características físico químicas do PEAD. ......................... 35
Tabela 4: Proporção para diluição do PVA e quantidade de tetraborato e sódio
necessária para polimerização ......................................................................... 70
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
a.C.: Antes de Cristo
ACGIH: Conferência Americana de Higienistas Industriais Governamentais
ABRINQ: Associação Brasileira dos Fabricantes de Brinquedos
Buna N: Perbunan, Borracha nitrílica, Nitrilo butadieno ou Borracha NBR
Buna S: Estireno butadieno ou Borracha SBR.
°C: Graus Celsius
Cat.: Catalisador
EUA: Estados Unidos da América
g/cm3: Gramas por centímetro cúbico
g/mol: Gramas por mol
INMETRO: Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia
mg: Miligramas
mL: Mililitros
MPa: Megapascal
Mra: Mestra
Na2B4O7.10 H2O: Tetraborato de sódio decahidratado.
OSHA: Administração de Segurança e Saúde Ocupacional
OMS: Organização Mundial da Saúde
ppm: partes por milhão
PVC: Policloreto de vinila
PVA: Poliacetato de vinila
PMNA: Polimetilmetacrilato, acrílico, plexiglas, polimetacrilato
PTFE: Teflon ou Politetrafluoretileno
PU: Poliuretano
PP: Polipropileno
PC: Policarbonato
PS: Poliestireno
PET: Polietileno tereftalato ou politereftalato de etileno.
PEAD ou HDPE: Polietileno de alta densidade
PEBD ou LDPE: Polietileno de baixa densidade
P: Pressão
p.: Página
T: Temperatura
Tg: Temperatura de transição vítrea
Tm: Temperatura de fusão
Unisalesiano: Centro Universitário Católico Salesiano Auxilium de Lins/SP
v.: Volume
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO .................................................................................................. 15
CAPÍTULO I ...................................................................................................... 17
1 HISTÓRIA DOS POLÍMEROS
1.1 Os plásticos e os polímeros sintéticos ........................................................ 21
1.2 Os monômeros e os polímeros ................................................................... 24
1.3 Estrutura dos polímeros sintéticos .............................................................. 25
1.3.1 Polímeros lineares ou termoplásticos ..................................................... 30
1.3.1.1 Polietileno de baixa densidade (PEBD ou LDPE) ................................. 33
1.3.1.2 Polietileno de alta densidade (PEAD ou HDPE) ................................... 34
1.3.2 Polímeros tridimensionais ou termofixos ................................................ 36
1.3.3 Cadeias rígidas e cadeias flexíveis: a transição vítrea ........................... 39
1.4 Simulação da reação de polimerização, pelo método dos clipes ............... 41
1.5 A polimerização .......................................................................................... 43
CAPÍTULO II ..................................................................................................... 45
2 POLIACETATO DE VINILA (PVA)
2.1 A elasticidade, a flexibilidade e a viscosidade do PVA ............................... 46
2.2 A reticulação ............................................................................................... 48
2.3 Aplicabilidade do PVA na área industrial .................................................... 49
2.3.1 Fabricação de tintas residenciais a base de PVA .................................. 49
2.3.2 Fabricação de chicletes .......................................................................... 52
CAPÍTULO III .................................................................................................... 55
3 O POLÍMERO DE ENTRETENIMENTO
3.1 Aplicabilidade do PVA na área educacional ............................................... 56
3.2 Fluído não newtoniano ............................................................................... 57
3.3 Estudo do grau toxicológico dos reagentes e produtos .............................. 59
3.3.1 Toxicologia do tetraborato de sódio ....................................................... 60
3.3.2 Toxicologia do PVA ................................................................................ 61
3.3.3 Toxicologia do polímero de entretenimento............................................ 62
3.3.4 Toxicologia dos corantes ........................................................................ 63
3.3.5 Toxicologia das essências...................................................................... 65
CAPÍTULO IV .................................................................................................... 66
4 MATERIAIS E MÉTODOS
4.1 Aspectos metodológicos ............................................................................. 67
4.2 Metodologia / procedimento ....................................................................... 68
4.3 Teste de dosagem ...................................................................................... 70
CAPÍTULO V..................................................................................................... 72
5 DISCUSSÕES E RESULTADOS
CONCLUSÃO ................................................................................................... 82
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................. 83
APÊNDICE........................................................................................................ 89
INTRODUÇÃO
A descoberta dos polímeros revolucionou o cotidiano da humanidade,
possibilitando o desenvolvimento de diferentes tipos de materiais, como o
polietileno, utilizado na fabricação de garrafas plásticas, brinquedos, sacolas
plásticas entre outros artefatos, possibilitando a expansão da produção
industrial, proporcionando o desenvolvimento de novos materiais com
características físicas e químicas inovadoras, substituindo praticamente tudo
que era fabricado com matérias primas de origem natural, como o vidro, os
metais, a madeira e o algodão.
Polímeros são macromoléculas formadas pela união de vários
monômeros que se agrupam através das ligações cruzadas, através da reação
de polimerização, classificados em polímeros naturais, derivado do refinamento
do petróleo e polímeros sintéticos ou artificiais conhecidos como os plásticos.
O polímero de entretenimento é um brinquedo conhecido e
comercializado no Brasil como geléca ou amoeba, em outras partes do mundo
recebe outras denominações como slime, flubber, pettimoko. Essa substância,
por suas características, apresenta o comportamento de fluido não newtoniano,
se comportando de forma sólida e líquida ao mesmo tempo. Problematiza-se
que devido a essas características de se comportar como sólido e líquido, ao
mesmo tempo, possam ser utilizados como ferramenta para o desenvolvimento
de uma experiência lúdica e interativa, contribuindo para o desenvolvimento do
processo de ensino aprendizagem de Química.
Acredita-se que o dueto, teoria e prática, possa ser uma alternativa para
melhoria contínua da aprendizagem, na elucidação de uma reação de adição e
de como o ligante cruzado atua no agrupamento dos monômeros, além dos
fatores que interferem na reação de polimerização.
O objetivo deste trabalho é apresentar o mecanismo da reação de
polimerização do poliacetato de vinila, utilizando como ferramenta facilitadora
da aprendizagem uma atividade prática, simples e interativa, para obtenção do
polímero, contribuindo para o melhor entendimento de conteúdos teóricos que
muitas vezes apresentam-se de forma muito abstrata.
16
No primeiro capítulo, apresenta-se a história, descoberta, evolução e
desenvolvimento dos polímeros. Aborda-se também a reciclagem e a
reutilização de alguns tipos de polímeros para preservação do meio ambiente,
bem como os conceitos de monômeros e polímeros, sua estrutura física, suas
propriedades, as ligações cruzadas que ocorrem na reação de polimerização, o
processo de transição vítrea e os principais conceitos teóricos de aprendizado
da reação de polimerização.
No segundo capítulo, expõe-se o mecanismo da reação de
polimerização, para a obtenção do poliacetato de vinila, algumas de suas
propriedades, a importância do agente ligante na formação da reticulação e sua
aplicabilidade industrial na fabricação de tintas, chicletes, massa corrida,
adesivos e colas, vidros especiais e laminados para veículos, filmes plásticos
para alimentos e cápsulas de remédios e na preparação do polímero de
entretenimento.
No terceiro capítulo, disserta-se sobre o polímero de entretenimento, sua
aplicabilidade na área educacional como facilitador do processo de ensino
aprendizagem, suas propriedades de fluído não newtoniano, bem como o
estudo do grau toxicológico dos reagentes e produtos utilizados em sua
fabricação.
No quarto capítulo, apresentam-se os materiais e métodos utilizados no
desenvolvimento das etapas teóricas e práticas, a aplicação do questionário
aos discentes participantes, o procedimento experimental, o teste de dosagem
e uma prévia da análise dos resultados.
No quinto capítulo, as discussões e os resultados são apresentados,
através da tabulação dos dados obtidos, por meio da análise prévia de cada
questão abordada, verificando-se que os procedimentos teóricos e práticos
desenvolvidos de maneira simplificada, abrangente lúdica e interativa.
Conclui-se que a abordagem teórico-experimental, com enfoque
investigativo facilitou a construção do conhecimento acerca dos polímeros com
comportamento de fluido não newtoniano envolvendo os discentes, na
obtenção do próprio produto da sua experiência.
CAPÍTULO I
1 HISTÓRIA DOS POLÍMEROS
Na história da humanidade há várias descobertas que mudaram o rumo
do seu desenvolvimento, uma delas ocorreu com o aparecimento do polímero,
que criado de forma acidental, foi ocupando seu espaço, se desenvolvendo e
facilitando a vida das pessoas, devido a sua ampla utilização (SANTOS; MÓL,
2010).
Uma destas descobertas ocorreu com o surgimento dos plásticos, uma
grande invenção que mudou radicalmente o modo de produção das indústrias,
que de certa forma se adaptaram as novas condições de produção, dando o
início a uma nova era, conhecida como a idade dos plásticos (SANTOS; MÓL,
2010).
Nessa nova era houve o predomínio da utilização dos polímeros na
fabricação de objetos, utensílios, equipamentos, embalagens, entre outros
(ALLINGER; CAVA; JONGH, 1976)
Antes dessa descoberta, muitos materiais poliméricos, já eram utilizados
desde a antiguidade, como o verniz extraído de uma árvore do gênero Rhus
vernicflua, descoberto pelos chineses 1000 anos antes de Cristo (a.C.), que foi
utilizado como tinta impermeável na pintura de móveis até o ano de 1950, por
apresentar brilho e aumentar a durabilidade do móvel (GORNI, 2003).
De acordo com Gorni (2003), em 79 a.C. ocorreu a descoberta do
âmbar, uma resina termoplástica, extraída das árvores fossilizadas, na costa
do Mar Báltico, que foi utilizado para fabricação de peças através da
moldagem por compressão.
No entanto em 1943, Cristovão Colombo em uma de suas viagens,
nota que os nativos se divertiam e brincavam com bolas, feitas com uma
goma chamada de cauchu, extraída da seringueira Hevea brasiliensis,
ele observa que quando tocava o chão, ela pulava devido a sua
elasticidade, esse material foi chamado de borracha natural (SANTOS; MÓL,
2010).
18
Segundo Gorni (2003), em 1650 John Tradescant, começa a utilizar a
gutta-percha, um outro elastômero natural extraído da casca da palaquium,
uma planta originária da Malásia, para a fabricação de mangueiras de jardim.
Porém em 1770, Priestley descobre as propriedades da borracha, de
remover e apagar as marcas feitas em uma folha de papel, devido a isso
colocou o nome da borracha, em inglês, de rubber (GORNI, 2003).
Já em 1835, o francês Victor Regnault, descobre o cloreto de vinila, um
monômero do policloreto de vinila (PVC), que foi polimerizado com o auxílio da
luz solar e em 1838 divulga o nitrato de celulose (BARBOSA, 2004).
De acordo com Gorni (2003), em 1839 ocorre a descoberta do processo
de vulcanização da borracha natural, pelo norte americano Charles Goodyear,
sendo que nesse processo adiciona-se enxofre à borracha natural, deixando-a
mais resistente, forte e flexível, possibilitando o uso desse material.
No entanto em 1840, Alexander Parkes, descobre na Inglaterra a
Parkesina, uma resina a base de nitrato de celulose, que podia ser moldada,
sendo um material muito inflamável (BRUICE, 2006).
Um novo material, foi descoberto em 1851, por Nelson Goodyear,
patenteado e comercializado com o nome de ebonite. O material era produzido
através da vulcanização da borracha, utilizando-se um excesso de enxofre. A
ebonite é uma resina dura, brilhante e escura que foi utilizada na fabricação de
bolas de boliches e placas dentárias de coloração rosa. A descoberta desta
resina foi um marco na história dos polímeros, pois foi o primeiro termofixo
usado comercialmente (GORNI, 2003).
Segundo Bruice (2006), em 1869, John Wesley Hyatt e seu irmão Isaiah,
nos Estados Unidos da América, descobriram o celulóide, um composto
formado por nitrocelulose com a adição de cânfora para reduzir a fragilidade do
plástico sintético, também conhecido como nitrato de celulose, sendo este
utilizado na fabricação de bolas de bilhar.
“O primeiro plástico sintético bem sucedido foi o celulóide, o qual foi
desenvolvido para substituir o marfim nas bolas de bilhar” (FONSECA, 2010,
p.272).
Devido a essa descoberta os irmãos Hyatt venceram uma competição
para fabricar as melhores bolas de bilhar e patentearam seu plástico feito de
nitrato de celulose e cânfora em 1878, com o nome de celulóide. Sua utilização
19
se tornou muito popular para outras aplicações, como nos colarinhos e punhos
das camisetas, podendo ser moldado para fabricação de dentaduras, cabos de
facas, botões, porém outros polímeros mais modernos surgiram para
substituí-lo atualmente (FONSECA, 2010).
Em 1880 uma gravadora berlinense, começou a utilizar a goma laca
na fabricação de discos fonográficos e a utilização desse composto
durou até 1952, sendo posteriormente substituído pelo PVC
(GORNI, 2003).
Afirma Fonseca (2010) que o químico francês Louis Marie Hilaire
Bernigaud Chardonnet, em 1883, após o derramamento acidental de um
reagente descobre que havia formado fibras e filamentos a partir da celulose,
produzindo dessa forma a seda artificial, que foi nomeada de raion de
chardonnet. O raion um composto altamente inflamável, deixa de ser
atualmente empregado como fibra têxtil.
Segundo Gorni (2003) em 1900 ocorre a descoberta do silicone por
Frederic Stanley Kipping e em 1907 o norte americano Leo Hendrik Baekeland
através de uma reação de polimerização descobre a resina fenol formaldeído,
conhecida como baquelite, este foi o primeiro plástico produzido em escala
comercial.
Porém só em 1909 que Baekeland registrou sua patente da baquelite,
um polímero termofixo que substituiu diversos materiais como a madeira, o
marfim, a ebonite (GORNI, 2003).
De acordo com Solomons (2009) em 1912, Ostromislensky na Rússia,
descobre e patenteia o processo de polimerização do cloreto de vinila para
obtenção do PVC.
Já em 1927, Otto Rohm, na Alemanha, desenvolve o polimetilmetacrilato
(PMNA), iniciando a sua produção neste mesmo ano. Também conhecido
como acrílico ou plexigas, o polimetilmetacrilato ou polimetacrilato de metila foi
obtido através da reação de polimerização do metacrilato de metila
(FONSECA, 2010).
No entanto em 1928, Ziegler ao estudar os princípios da química
orgânica e os fundamentos da análise de polimerização do polietileno e do
polipropileno, descobre que utilizando-se um catalisador a reação ocorre
adequadamente (GORNI, 2003).
20
Afirma Gorni (2003) que em 1930 a empresa Dow Chemical nos Estados
Unidos da América (E.U.A.) descobre o poliestireno através de suas pesquisas
internas, que só começa a ser produzido e comercializado no ano de 1937
(GORNI, 2003).
Em 1931, J.A.Hansbeke, desenvolve o neopreno um outro tipo de
borracha sintética e também nesse mesmo ano começa a produção do PVC na
Alemanha (VOGEL, 1971).
No ano de 1932, ocorreu o desenvolvimento dos copolímeros buna N e
da buna S na Alemanha, neste mesmo ano também ocorre a produção do
neoprene nos E.U.A. pela empresa Du Pont (GORNI, 2003).
De acordo com Gorni (2003) em 1933, ocorre a descoberta do processo
de polimerização do polietileno, sob pressão. Neste mesmo ano surge a
produção e a comercialização de produtos moldados por injeção.
O pesquisador norte americano Wallace Hume Carothers, em 1934
descobriu o nylon, na forma de fibra, chegando a um método de fabricação
prático e barato. No ano de 1935, juntamente com a empresa Du Pont (E.U.A.)
patentearam a descoberta do nylon, que se tornou um sinônimo de elegância,
beleza e sensualidade (VOGEL, 1971).
Já em 1936 começou-se a utilizar o poliacetato de vinila e o
polivinilbutiral na fabricação de vidros laminados de segurança (GORNI, 2003).
Por volta de 1938, Roy Plunkett, também da empresa Du Pont,
desenvolveu acidentalmente o teflon ou politetrafluoretileno (PTFE), neste
mesmo ano o nylon 66 começou a ser produzido pela empresa Du Pont
(GORNI, 2003).
Ressalta Gorni (2003) que em 1949 no Brasil, surge a primeira fábrica
de poliestireno, conhecida como Bakol S.A., instalada na cidade de São Paulo.
A partir de 1950, muitos outros polímeros surgiram, como as espumas
de poliuretano (PU), o polietileno linear, o polietileno de alta densidade
(PEAD),o polietileno de baixa densidade (PEBD), o polipropileno (PP), o
policarbonato (PC), o polietileno tereftalato (PET), entre outros polímeros
(FONSECA, 2010).
No entanto a partir de 1960, surgiram os polímeros de alta
tecnologia molecular que foram desenvolvidos a partir da engenharia
molecular (GORNI, 2003).
21
Segundo Santos e Mól (2010) os plásticos chegaram, popularizaram-se
e tomaram conta do mercado, devido a sua acessibilidade e preços baixos.
A utilização das embalagens plásticas obtidas por processos de
polimerização deixou menor o custo do transporte dos produtos, devido ao
seu peso inferior (VOLLHARDT; SCHOORE, 2004).
A facilidade que as embalagens plásticas trouxeram, aliada a sua
praticidade, beleza, leveza e durabilidade, fizeram com que devido a sua
ampla utilização, abaixasse seu custo de produção, tornando-o mais
vantajoso comercialmente (SANTOS; MÓL, 2010).
1.1 Os plásticos e os polímeros sintéticos
Os plásticos são polímeros artificiais ou sintéticos que podem ser
moldados, para a fabricação de uma ampla linha de produtos, embalagens,
objetos, suportes (PERUZZO; CANTO, 2006).
“Para os químicos os polímeros, são materiais poliméricos, constituídos
por substâncias orgânicas sintéticas, que podem ser moldados com o auxílio
de calor e da pressão [...]” (SANTOS; MÓL, 2010, p. 137).
Afirmam Bianchi, Albrecht e Daltamir (2005) que os plásticos são
substâncias formadas, através das reações de polimerização dos monômeros,
que vão se agrupando, formando uma macromolécula conhecida como
polímero.
Quando os monômeros se agrupam através de reações químicas, por
meio das ligações covalentes ou reticulações, ocorre a formação do polímero
(BIANCHI; ALBRECHT; DALTAMIR, 2005).
Segundo Santos e Mól (2010) as indústrias químicas através das
reações de polimerização de suas pesquisas descobriram nos polímeros uma
matéria de grande versatilidade para o desenvolvimento de novos produtos
(SANTOS; MÓL, 2010).
O surgimento da grande diversidade de produtos fez com que as
Indústrias de plásticos descobrissem novas tecnologias de produção. De
acordo com o aumento da produção mundial de plásticos em 1973, o consumo
e a produção foi tão grande que superou a produção do aço (SOLOMONS,
2009).
22
Os plásticos foram para os processos produtivos das indústrias, uma
grande matéria prima, utilizada na fabricação de diferentes produtos (SANTOS;
MÓL, 2010).
Para Vollhart e Schore (2004) os processos produtivos se
desenvolveram através das pesquisas e das descobertas muitas vezes
acidentais, que acarretaram no surgimento dos novos polímeros ou
macromoléculas comercializados atualmente.
Os polímeros sintéticos mudaram a face da indústria química: superando em valor os quimioterápicos, fertilizantes e corantes, os polímeros passaram a ser a principal receita dessa indústria na segunda metade do século 20, e criaram um forte vínculo entre a química, a ciência e a engenharia de materiais [...] (MORTIMER; MACHADO, 2010, p. 249).
A plasticidade de um polímero, segundo Solomons (2009) indica a
capacidade da matéria de poder ser moldada, quando submetida a um esforço
físico como o aquecimento. Através dessa característica as substâncias
puderam ser classificadas, em dois grande grupos de polímeros que facilitaram
os processos de reciclagem, contribuindo para preservação do meio ambiente.
No entanto, de acordo com algumas características como a plasticidade
é possível separar os polímeros em dois grupos, o grupo dos termoplásticos e
o grupo termofixos. Os termoplásticos podem ser moldados pelo
aquecimento, podendo ser reciclados, enquanto que os termofixos não
permitem um reprocessamento, não podendo ser reciclado (MORTIMER;
MACHADO, 2010).
De acordo com Mortimer e Machado (2010) por meio desta
classificação, se tornou possível, reutilizar os plásticos através do processo de
reciclagem dos polímeros sintéticos, que consiste no reaproveitamento. A
figura 1, apresenta os códigos utilizados nas embalagens, para orientar no
processo de separação dos diferentes tipos de materiais, facilitando o processo
de reciclagem.
Esses códigos indicam, qual tipo de matéria prima foi utilizado na
fabricação do material, favorecendo o processo de separação e a reciclagem
dos diversos tipos de polímeros que são utilizados para produzir diversificados
utensílios e equipamentos.
23
Figura 1: Códigos de reciclagem utilizados nas embalagens
pláticas.
Fonte: Fonseca, Martha R. M. da., Química: o meio ambiente, cidadania e
tecnologia, 2010, p. 283.
No processo de reciclagem, faz - se a extrusão, a remodelagem ou a
decomposição dos monômeros que formam os polímeros. A importância da
separação dos diversos tipos de polímeros sintéticos na reciclagem é evitar
que ocorra a incompatibilidade entre os tipos de polímeros existentes, que
serão reutilizados. Caso isso ocorra será obtido um material reciclado de
qualidade ruim, além desse fato, se o plástico for um termofixo, dificultará muito
o processo de reciclagem (MORTIMER; MACHADO, 2010).
Atualmente para Feltre (2004) a tecnologia aplicada na produção dos
polímeros sintéticos e nos processos de reciclagem, está muito avançada, ela
se faz necessária para acompanhar o consumo e o tratamento dos resíduos
gerados (FELTRE, 2004).
24
De acordo com Feltre (2004) quanto maior for consumo dos polímeros,
maior será a quantidade de resíduos descartados e a aplicação do processo de
reciclagem é a alternativa para evitar a poluição ambiental.
Em decorrência da sua ampla utilização e consumo, estima-se que a
produção mundial de plásticos esteja em torno de cerca de 200 milhões de
toneladas por ano (SANTOS; MÓL, 2010).
1.2 Os monômeros e os polímeros
Afirmam Santos e Mól (2010) que a palavra polímero originada do grego
poly e meros, significa muitas partes, constituídas por uma mistura de
macromoléculas que apresentam unidades estruturais que se repetem.
De uma forma geral, os polímeros, são formados pelo agrupamento de
vários monômeros, através da reação de polimerização, nesse processo
dependendo das condições em que a reação ocorre, poderá formar um
polímero com 2.000 a 100.000 monômeros, dessa forma as massas
moleculares dos polímeros podem variar de 56.000 a 2.800.000 unidades
(FELTRE, 2004).
Segundo Feltre (2004) os polímeros são formados através de uma
reação de adição e por meio das ligações covalentes, os monômeros se unem,
formando o polímero, uma macromolécula formada pelo agrupamento de vários
monômeros iguais, um exemplo ocorre com o acetato de vinila, que através de
uma reação de polimerização, forma o poliacetato de vinila, um polímero que é
composto de vários monômeros iguais de acetato de vinila.
Os polímeros formados por monômeros assimétricos são chamados de
copolímeros, devido à organização diferenciada das moléculas (KOTZ;
TREICHEL, 2009).
Segundo Fonseca (2010) os copolímeros são obtidos pela união de dois
ou mais monômeros diferentes, com as moléculas de cada monômero se
alternando regularmente, exemplo: -A-B-A-B-A-B-A-B-A-B-, podendo formar
copolímeros aleatórios, quando os monômeros se repetirem de forma
imprevisível, exemplo: -A-B-A-A-A-B-A-B-B-B-A-A-B-A-B-B-A-, podendo formar
copolímeros em bloco, quando os monômeros se repetirem em conjunto,
exemplo: -A-A-A-A-B-B-B-B-A-A-A-B-B-B-, podendo formar também, o
25
copolímero alternado, quando os monômeros se intercalarem, exemplo: -A-B-
A-B-A-B-A-B-A-B-A- .
Após as reações de polimerização, sob determinada temperatura,
pressão e na presença de um catalisador, os monômeros vão se unindo a
outros monômeros, formando um dímero, um trímero, um tetrâmero e
finalmente um polímero (FELTRE, 2004).
1.3 Estrutura dos polímeros sintéticos
Para Vollhart e Schore (2004) vários fatores determinam as
propriedades e as estruturas de um polímero, entre eles, o tamanho da cadeia
polimérica, os grupos funcionais dos monômeros e o tipo de ligação
realizada entre os monômeros, as condições na qual a reação de
polimerização ocorre, como a pressão, a temperatura, o catalisador utilizado,
se será uma reação de adição ou de condensação e a velocidade com que a
reação ocorre.
Os polímeros são formados por uma mistura de cadeias poliméricas de
tamanhos diferentes, a força de atração aplicada nas reações de polimerização
dependerá do tamanho e da natureza dos monômeros (NÓBREGA; SILVA;
SILVA, 2005).
No entanto os polímeros apresentam algumas propriedades diferentes,
tais como ter resistência aos impactos ou ser quebradiça, coloração
transparente ou incolor, flexibilidade ou rigidez, inflamabilidade ou resistência
ao fogo, ter características de isolantes elétricos ou condutores de eletricidade,
além de outras propriedades (BIANCHI; ALBRECHT; DALTAMIR, 2005).
Muitas propriedades físicas são dependentes do comprimento da molécula, isto é de sua massa molar. Como os polímeros envolvem uma larga faixa de valores de massa molar é de se esperar que ocorra uma grande variação em suas propriedades (CANEVAROLO; 2006, p. 21).
De acordo com Canevarolo (2006) as alterações que ocorrem nos
tamanhos das moléculas dos polímeros, mesmo quando forem poucas,
provocam grandes mudanças nas propriedades físicas do material,
dependendo da massa molar da molécula.
26
Tais alterações podem ser menores com o aumento do tamanho da
molécula ou da massa molar ou ser maiores com a diminuição do comprimento
do polímero, nessa situação nem todos os compostos de baixa massa molar
formara os polímeros, pois é necessário que os monômeros se liguem entre si.
A figura 2 apresenta de forma esquemática, a variação da propriedade física
dos polímeros em função da sua massa molar, nela é possível verificar que
quanto maior for à massa molar do polímero, menor será a propriedade física
de mudanças, que é diminuída com o aumento do tamanho da molécula. Caso
o polímero apresente uma baixa massa molar, automaticamente apresentará
uma propriedade física alta, sujeita a mudanças, essas alterações provocam
grandes modificações (CANEVAROLO, 2006).
Figura 2: Variação da propriedade física dos polímeros.
Fonte: Canevarolo; S.V.Jr., Ciência dos polímeros, 2006, p. 21.
Todos os polímeros de alta massa molar que apresentarem cadeias
poliméricas longas ou monômeros que são interligados formando ligações
polares, a força de atração entre a cadeias terá maior intensidade, as
substâncias com essas características são chamados de polímeros cristalinos,
pois apresentam alta temperatura de fusão, são duros, quebradiços e
resistentes ao calor (NÓBREGA; SILVA; SILVA, 2005).
Segundo Allinger, Cava e Jongh (1976) quando as moléculas dos
monômeros forem apolares, a força de atração entre as cadeias poliméricas
será fraca, estando esses polímeros organizados ao acaso, formando um
polímero amorfo que apresenta baixa temperatura de fusão, é maleável,
elástico e permeável.
27
Porém quando os monômeros forem difuncionais, formando cadeias
poliméricas lineares, a atração entre esses monômeros, ocorre por meio das
ligações cruzadas entre as cadeias poliméricas (MARINHO, 2005).
A presença de ligações cruzadas altera profundamente as propriedades do polímero, “amarrando” as cadeias e impedindo o deslizamento de umas sobre as outras. O polímero fica mais duro e resistente, sua plasticidade diminui e ele torna-se mais insolúvel e infusível (NÓBREGA; SILVA; SILVA, 2005, p. 535).
De acordo com Nóbrega, Silva e Silva (2005) quanto maior for à
quantidade de ligações cruzadas no polímero, mais rígido, menos elástico e
menos flexível ele será.
Através das ligações cruzadas que ocorrem entre os monômeros, foi
possível utilizar a borracha industrialmente, pois após o processo vulcanização,
ela apresenta uma consistência mais dura e mais resistente, devido à
adição dos átomos de enxofre, entre os seus monômeros. De acordo
com essas propriedades, o processo de vulcanização, tem sido utilizado na
fabricação de pneus. A figura 3 apresenta as ligações cruzadas ou as pontes
de enxofre, que são formadas, entre as cadeias poliméricas no processo de
vulcanização da borracha (BIANCHI; ALBRECHT; DALTAMIR, 2005).
Figura 3: Ligações cruzadas que são formadas entre as cadeia
poliméricas no processo de vulcanização da borracha.
Fonte: Bianchi; Albrecht; Daltamir, Universo da química, 2005, p. 641.
Afirma Peruzzo e Canto (2006) que no processo de vulcanização, a
borracha é aquecida com 3 % de enxofre e na presença de um catalisador
apropriado, fazendo com que as ligações cruzadas ocorram, unindo as cadeias
dos polímeros através das pontes de enxofre, que poderão ser constituídas por
um ou mais átomos.
28
Nesse processo é possível observar que a borracha não vulcanizada é
mole, pegajosa e se rompe facilmente quando esticada, porém após esse
processo, a borracha se torna bem mais resistente e volta ao seu estado
original depois de esticada. A figura 4, apresenta exemplos de borracha
vulcanizada e não vulcanizada. A borracha não vulcanizada (esquema A),
quando sofre um processo de esticamento, provoca a separação das cadeias
do polímero que deslizam, rompendo o material em duas partes. Já na
borracha vulcanizada (esquema B), as cadeias estão presas umas às outras
pelas pontes de enxofre, não permitindo o rompimento do material, quando ele
é esticado (PERUZZO; CANTO, 2006).
A borracha vulcanizada, quando esticada (esquema C), devido as
ligações cruzadas,que são responsáveis pela volta da cadeia à posição
inicial,dificultam assim a ruptura da borracha, proporcionando mais elasticidade
e resistência (PERUZZO; CANTO, 2006).
Segundo Marinho (2005) o processo de vulcanização, permite que a
borracha adquira qualidade para ser empregada na fabricação de isolantes,
condutores elétricos, pneus, mangueiras, apresentado uma vasta aplicação em
determinadas áreas.
Figura 4: A) Representação da borracha não vulcanizada; B) Borracha
vulcanizada não esticada; C) Borracha vulcanizada e esticada.
Figura 4: A) Representação
Fonte: Adaptado de Peruzzo; Canto, Química na abordagem do cotidiano, 2006, p. 251.
Borracha não vulcanizada A borracha não vulcanizada apresenta moléculas (representadas aqui pelos fios pretos) que podem deslizar e se separar quando ela é esticada.
Borracha vulcanizada (não esticada)
O processo de vulcanização cria pontes (representadas em magenta), formadas por átomos de enxofre, que unem as moléculas da borracha.
Borracha vulcanizada (esticada)
Quando a borracha é esticada, são as pontes de enxofre que dificultam a ruptura do material (representações esquemáticas em cores e formas fantasiosas).
29
Kotz e Treichel (2009) enfatizam que tendo adquirido o conhecimento da
composição e da estrutura da borracha natural, os químicos começaram buscar
novas maneiras de se produzir a borracha sintética, utilizando catalisadores
para preparar esse material estruturalmente idêntico ao originário.
Os polímeros formados por só um tipo de monômero, são chamados de
homopolímeros, já os polímeros formados pela reação de polimerização entre
dois ou mais polímeros diferentes são chamados de copolímeros (NÓBREGA;
SILVA; SILVA, 2005).
Devido a sua flexibilidade, os polímeros são classificados em polímeros
lineares ou termoplásticos e polímeros termofixos, termorrígidos ou polímeros
tridimensionais (PERUZZO; CANTO, 2006).
Segundo Santos e Mól (2010) os polímeros também podem ser
classificados como plásticos, borrachas ou elastômeros e fibras, sendo está
classificação feita devido ao comportamento mecânico do polímero.
Dentre os plásticos apenas o polietileno de baixa densidade (PEBD ou
LDPE) podem ser extrusados e facilmente moldados, resultando na formação
de tubos, peças ou embalagens. (SANTOS; MÓL, 2010).
Os elastômeros ou borrachas são polímeros que apresentam uma
grande elasticidade e flexibilidade, podendo ser esticado, voltando ao seu
estado normal. São utilizados na fabricação de pneus, sola de sapatos, entre
outros fins (BARBOSA, 2004).
De acordo com Santos e Mól (2010) as fibras são formadas por cadeias
poliméricas longas, que formam filamentos, utilizados na fabricação de tecidos,
cordas, fitas, entre outros fins.
Também através da densidade dos polímeros, é possível separar e
identificar os diferentes tipos de plásticos, de uma forma mais adequada,
facilitando a separação dos diversos tipos de materiais para a reciclagem. A
tabela 1 apresenta a densidade de alguns polímeros, que são mais utilizados
atualmente (PERUZZO; CANTO, 2006). Tal procedimento facilita a separação
dos diferentes tipos de materiais que são utilizados atualmente, possibilitando
sua reciclagem. O reaproveitamento desses materiais diminui as quantidades
de resíduos que são gerados anualmente, proporcionando a reutilização para
outras finalidades, além de contribuir de forma eficiente para a preservação e
despoluição do meio ambiente.
30
Tabela 1: Densidade de alguns polímeros.
Polímeros Densidade (g/cm³)
Politereftalato de etileno (PET) 1,29 a 1,40
Polietileno de alta densidade (PEAD) 0,952 a 0,965
Policloreto de vinila (PVC) Rígido 1,30 a 1,58
Policloreto de vinila (PVC) Flexível 1,16 a 1,35
Polietileno de baixa densidade (PEBD) 0,917 a 0,940
Polipropileno (PP) 0,900 a 0,910
Poliestireno (PS) Sólido 1,04 a 1,05
Poliestireno (PS) Espuma Menor que 1,00
Fonte: Adaptado de Peruzzo; Canto, Química na abordagem do cotidiano, 2006, p. 267.
Segundo Peruzzo e Canto (2006) através da densidade de alguns
polímeros, torna-se possível separar e identificar os materiais descartados
durante a separação mecânica para a reciclagem, sendo um método mais
simples e prático, empregando-se uma das propriedades físicas do plástico,
pois a diferença da densidade entre essas substâncias facilitam tal
procedimento.
Para o mesmo autor a reciclagem dos plásticos se tornou viável do
ponto de vista econômico, pois privilegiou a preservação do meio ambiente,
diminuindo a quantidade de materiais que possivelmente poderiam ser
descartados, dando um destino correto aos diversos tipos de polímeros através
de sua reutilização utilizando conceitos físicos através de sua densidade,
massa molar, resistência à chama e a ação química, cristalinidade, estabilidade
térmica, entre outras propriedades físicas que privilegiam a reciclagem.
1.3.1 Polímeros lineares ou termoplásticos
Os termoplásticos são macromoléculas que formam encadeamentos
lineares de átomos, podendo apresentar cadeia retas ou ramificadas, a figura 5
apresenta o polímero linear, representado por linhas, através de cadeias
independentes (FELTRE, 2004).
31
Figura 5: A) Polímero termoplástico ou linear.
Fonte: Peruzzo; Canto, Química na abordagem do cotidiano,
2006, p. 258.
“Os polímeros lineares são termoplásticos, [...] que podem ser aquecidos
e endurecidos pelo resfriamento, repetidas vezes, sem perder suas
propriedades” (FELTRE, 2004, p. 385).
Nesse processo os polímeros termoplásticos quando aquecidos
amolecem permitindo que sejam moldados, adquirindo um formato desejado.
Alguns exemplos de polímeros termoplásticos são a celulose, a poliamida, o
polietileno, o policloreto de vinila, o politetrafluoretileno, o propileno, o
poliestireno, a poliacrilonitrila (PERUZZO; CANTO, 2006).
Segundo Feltre (2004) os polímeros termoplásticos estão separados em
dois grupos diferentes, os de baixa densidade e os de alta densidade. Tem-se
como exemplo os dois tipos diferentes de polietileno, o PEBD e o polietileno de
alta densidade (PEAD ou HDPE).
Todos os polímeros lineares ou termoplásticos exigem uma energia em
forma de calor, para se tornarem moldáveis e à medida que ocorre um
decréscimo desta energia, estes materiais permanecem na forma em que
foram moldados. Devido a sua característica de se tornar fluído, os
termoplásticos podem ser remodelados em novas formas, quando forem
aquecidos por uma fonte de energia. Mesmo depois de remodelados,
dificilmente estes polímeros perdem desempenho ou sua resistência mecânica
(SMITH; HASHEMI, 2012).
32
Para Junior, Nunes e Ormanji (2002) a remoldagem dos termoplásticos
através do escoamento térmico, ocorre devido a características particulares
das moléculas, que são unidas por atrações intermoleculares, as quais
seguram as cadeias impedindo seu deslocamento.
Segundo o mesmo autor, à medida que fornecemos energia na forma de
calor, estas forças se enfraquecem causando a translação e um possível
rearranjo das moléculas do material.
No entanto os termoplásticos formam uma categoria de produtos mais
abundantes no mercado, sendo utilizados na fabricação de embalagens,
equipamentos médicos cirúrgicos, utilidades domésticas, entre outros (VOGEL,
1971).
De acordo com Mortimer e Machado (2010) a transformação das
substâncias poliméricas ocorre através do processamento moldável do plástico,
utilizando-se polímeros, estabilizadores, corantes, plastificantes, lubrificantes e
modificadores de impacto, que são transformados em objetos, como tubos,
filmes, fios, tecidos, revestimentos, peças moldadas, bacias, baldes, entre
outros.
“[...] Há vários processos de fabricação de objetos feitos de plásticos ou
de borracha: extrusão, injeção, moldagem por compressão, rotomoldagem,
sopro e formação a vácuo” (MORTIMER; MACHADO, 2010, p. 253).
Segundo ainda Mortimer e Machado (2010) a vantagem da utilização
desses processos, nos polímeros lineares é que eles consomem pouca
energia, quando se comparado aos processos produtivos de vidro, cimento,
metais ou cerâmicas.
As indústrias de plástico causam pouca poluição térmica, contribuindo
muito pouco, de certa forma para o efeito estufa, além de sofrerem poucas
restrições ambientais para as instalações industriais (AKCELRUD, 2006).
De acordo com Vollhart e Schore (2004) os polímeros lineares, são
parcialmente cristalinos, totalmente amorfos, solúveis em solventes adequados
e passíveis de sofrer escoamento sob a ação de calor e pressão, podendo ser
reciclado, já os polímeros que assumem uma estrutura molecular
tridimensional, reticulada ou com ligações cruzadas por serem insolúveis e
infusíveis, não permitem que sejam reaproveitados, sua reciclagem provoca a
danificação do material.
33
1.3.1.1 Polietileno de baixa densidade (PEBD ou LDPE)
O PEBD pode ser obtido através de pressões elevadas, com a formação
de cadeias ramificadas, esse polímero é mais flexível, sendo muito utilizado na
fabricação de sacolas, filmes para embalagens, sacos plásticos, tubos para
irrigação, entre outros fins (FELTRE, 2004).
De acordo com Feltre (2004) o PEBD é um polímero formado por
moléculas menores, que são utilizadas na fabricação de materiais mais
flexíveis e com menor resistência física. A figura 6 apresenta a estrutura
molecular do polietileno de baixa densidade, com suas ramificações.
Figura 6: Estrutura molecular do polietileno de baixa densidade.
Fonte: Feltre, Química orgânica, 2004, p. 385.
O PEBD pode ser produzido a partir de uma reação exotérmica em um
sistema controlado, que envolve temperatura e pressão, com catalisadores
adequados. O calor que é liberado para o meio provoca a formação de
ramificações na cadeia, que na maioria das vezes possuem o mesmo tamanho
da cadeia principal, razão pela qual reflete na configuração das características
do polímero (COUTINHO, 2003).
Para Smith e Hashemi (2012) além das longas ramificações originadas
pela transferência de cadeia intermolecular, ainda há formação de pequenas
ramificações geradas por radicais livres.
A presença dessas ramificações marcam as temperaturas de transição e
a intensidade da cristalização do polietileno, no ponto onde o polímero passa
da condição flexível para o estado rígido (COUTINHO, 2003).
Por possuir essa estrutura molecular de cadeia ramificada, o polímero
apresenta uma redução de sua densidade e de seu grau de cristalinidade. Esta
composição molecular contribui para uma baixa força de ligação intermolecular,
34
reduzindo dessa forma a resistência do polietileno de baixa densidade para
uma faixa de 4 a 16 Megapascal (MPa) (SMITH, 2012).
Segundo Donato (1972) o PEBD apresenta propriedades como a alta
flexibilidade e boa resistência mecânica, durante o processamento do polímero
ocorre à liberação de um odor característico de vela, sendo possível identificar
qual material está sendo processado.
As principais características físico-químicas do PEBD estão descritas na
tabela 2, que apresenta algumas propriedades do polietileno, tal como a
presença de ramificações longas ou curtas, densidade de 0,92 a 0,93 gramas
por centímetros cúbicos (g/cm3), temperatura de fusão de 110 graus Celsius
(ºC), grau de cristalinidade em torno de 60 %, resistência a tração de 4 a 16
MPa e alongamento até a ruptura de 100 a 200 % (CANEVAROLO, 2006).
Tabela 2: Principais características físico químicas do PEBD.
Tipo de Cadeia PEBD ou HDPE
Ramificada
Ramificações longas (por molécula)
Ramificações curtas (de 1 000 átomos de carbono)
Densidade (g/cm³)
Temperatura de fusão (°C)
Grau de cristalinidade (%)
Resistência à tração (MPa)
Alongamento até a ruptura (%)
1
10 a 20
0,92 a 0,93
110
60
4 a 16
100 a 200
Fonte: Adaptado de Canevarolo; S.V.Jr., Ciência dos polímeros, 2006, p. 44.
1.3.1.2 Polietileno de alta densidade (PEAD ou HDPE)
O PEAD é um polímero que pode ser obtido sob baixas pressões e
utilizando-se catalisadores especiais e apropriados para a formação das
cadeias normais e retas da macromolécula, a figura 7, apresenta a estrutura
molecular reta do polietileno de alta densidade (FELTRE, 2004).
Figura 7: Estrutura molecular do polietileno de alta densidade. i
Fonte: Feltre, Química orgânica, 2004, p. 386.
35
“[...] Os polímeros de alta densidade, possuem moléculas de cadeias
longas, com cerca de 100 mil unidades repetidas e constituem materiais
compactos e altamente resistentes [...]” (SANTOS; MÓL, 2010, p. 155).
De acordo com Feltre (2004) as cadeias poliméricas normais do PEAD,
se agrupam melhor se compactando, formando um plástico com maior massa
molecular, que é mais denso e mais rígido. Devido a essas características, o
PEAD, tem sido muito utilizado na fabricação de copos, canecas, utensílios de
cozinha, recipientes, entre outras aplicações.
No polietileno de alta densidade ocorre o agrupamento dos monômeros
aumentando o grau de cristalinidade e a resistência do polímero, deixando-o
mais rígido, duro e menos flexível (SMITH, 2012).
Em média, para cada mil átomos de carbono, se contem de cinco a sete
radicais etila ou três metila ao longo da cadeia, dependendo do catalizador
usado no processo de fabricação (AKCELRUD, 2007).
As principais características físico químicas do PEAD estão descritas na
tabela 3, que apresenta algumas propriedades do polietileno, tal como uma
densidade de 0,95 a 0,96 g/cm3, temperatura de fusão de 135 ºC, um grau de
cristalinidade em torno de 90%, resistência a tração de 20 a 38 MPa e no teste
de alongamento até a ruptura de 200 a 500% (CANEVAROLO, 2006).
A diferença entre os dois tipos de polietilenos é que o PEBD apresenta
ramificações curtas ou longas na sua cadeia reta, enquanto que o PEAD não
apresenta ramificações, somente a cadeia linear.
Tabela 3: Principais características físico químicas do PEAD.
Tipo de Cadeia PEAD ou HDPE
Linear
Ramificações Longas (por moléculas)
Ramificações Curtas (1 000 átomos de carbono)
Densidade (g/cm³)
Temperatura de fusão (°C)
Grau de cristalinidade (%)
Resistência à tração (MPa)
Alongamento até ruptura (%)
-
-
0,95 a 0,96
135
90
20 a 38
200 a 500
Fonte: Adaptado de Canevarolo; S.V.Jr., Ciência dos polímeros, 2006, p. 44.
36
Sua massa molecular média pode variar de 50.000 a 250.000 unidades
de massa (COUTINHO, 2003).
Solomons (2009) afirma que na atualidade o PEAD tem sido usado para
fabricação de embalagens para alimentos, produtos cosméticos, tampas,
vasilhames, frascos e indústria têxtil.
Devido sua resistência química e mecânica este polímero também é
usado na confecção de tampas de refrigerantes, brinquedos, escovas e cerdas
de vassouras, caixas plásticas, eletrodomésticos, utensílios para freezer,
engradados, entre outros (FONSECA, 2010).
1.3.2 Polímeros tridimensionais ou termofixos
Os polímeros tridimensionais, também conhecidos como termorrígidos
ou termoendurecidos, são formados por macromoléculas interligadas entre si,
através das ligações cruzadas que ocorrem em todas as direções (FELTRE,
2004).
De acordo com Feltre (2004) o agrupamento dessas macromoléculas faz
com que ocorra a formação do polímero tridimensional ou de uma rede, que
apresenta uma característica rígida e resistente, a figura 8 apresenta uma
ilustração do polímero tridimensional, com suas macromoléculas interligadas
através das ligações cruzadas. Essas reticulações atuam como ponto de
fixação entre os monômeros, sem ela o polímero se deformaria
constantemente.
Figura 8: Polímero tridimensional.
Fonte: Feltre, Química orgânica, v. 3, 2004, p. 386.
37
Feltre (2004) enfatiza que os polímeros tridimensionais, depois de
preparados, não podem mais, ser amolecidos pelo calor, para serem
remodelados. Caso esse procedimento ocorra a peça formada pelo termofixo
poderá ficar danificada, se decompondo.
Entretanto nesses polímeros, as cadeias poliméricas estão interligadas
entre si, através de ligações covalentes, que se formam por meio das ligações
cruzadas, a figura 9 apresenta um polímero termofixo, com as ligações
cruzadas entre si, que se formam entre as cadeias poliméricas da
macromolécula (MARINHO, 2005).
Figura 9: B) Polímero termofixo.
Figura 9: B) Polímero termofixo
Fonte: Adaptado de Peruzzo; Canto, Química na abordagem do
cotidiano, 2006, p. 258.
Esses polímeros devem ser moldados na forma desejada, no instante
em que são preparados, pois depois disso a moldagem se torna impossível
(PERUZZO; CANTO, 2006).
“[...] A reciclagem desses polímeros tridimensionais não permite que
sejam aproveitados para a confecção de objetos iguais aos originais, depois de
preparados, se apresentar algum defeito” (SANTOS; MÓL, 2010, p. 142).
De acordo com Fonseca (2010) um exemplo de polímero tridimensional
é a borracha utilizada na fabricação dos pneus dos carros, formada de poli-
isopreno polibutadieno, apresentando uma estrutura formada pelas ligações
covalentes que ocorrem entre as macromoléculas através das ligações
Os polímeros termofixos apresentam cadeias com ligações entre si. Essas ligações estão representadas em magenta.
38
cruzadas, formando uma estrutura reticulada, que apresenta uma grande
resistência ao termorrígido.
Quanto mais ligações cruzadas ou covalentes o polímero tiver, maior
será a resistência, permitindo que termofixo enfrente condições inadequadas,
como o calor excessivo, sem alterar sua estrutura química (SANTOS; MÓL,
2010).
A resina fenol-formaldeído, também conhecida como baquelite ou
novalac, é um termofixo que se tornou muito importante devido a sua vasta
utilização. A figura 10 apresenta a reação de polimerização entre o fenol e o
formaldeído, na presença de um catalisador e sob determinada pressão e
temperatura, para a obtenção da baquelite (Feltre, 2004).
Figura 10: Reação de polimerização para obtenção da baquelite.
Fonte: Adaptado de Feltre, Química orgânica, v. 3, 2004, p. 386.
Entretanto os polímeros tridimensionais são classificados de acordo com
a quantidade de ligações cruzadas, em PEBD e PEAD (CANEVAROLO, 2006).
Os polímeros termorrígidos são inicialmente líquidos que durante a formação das ligações cruzadas, passam pelo ponto de gel, região onde o líquido se torna extremamente viscoso e gradativamente endurece até tornar-se um sólido rígido (CANEVAROLO, 2006, p. 43).
Segundo Santos e Mól (2010), um outro exemplo desse polímero
tridimensional que enfrenta condições inadequadas é a baquelite, um termofixo
muito utilizado na fabricação de cabos de panelas, devido a sua resistência a
passagem do calor e dureza.
Resina fenol-formaldeído ou Baquelite
39
1.3.3 Cadeias rígidas e cadeias flexíveis: a transição vítrea
“As cadeias lineares ou reticuladas podem ser flexíveis, moles ou rígidas
e duras, atribuindo ao polímero algumas características físicas [...]”
(MORTIMER; MACHADO, 2010, p. 252).
Segundo Mortimer e Machado (2010) a presença das duplas ligações ou
dos volumosos grupos nas cadeias poliméricas fazem com que as moléculas
diminuam sua flexibilidade.
No poliestireno, os volumosos grupos fenilas esbarram uns nos outros,
dificultando a movimentação das cadeias e isto torna o plástico rígido
(MORTIMER; MACHADO, 2010).
Uma macromolécula com uma rede de cadeias flexíveis, quando sofrem
um processo de esticamento, podem ser deformados elasticamente, um
exemplo ocorre com o elástico, quando você o tensiona, deformando o
material, as macromoléculas flexíveis dos polímeros são alinhadas, porém
quando cessa esse processo, as macromoléculas voltaram ao seu estado
normal se entrelaçando. A figura 11 ilustra e exemplifica corretamente esse
procedimento, quando a macromolécula sofre uma deformação é possível
observar que os fios ou as macromoléculas se alinham (MORTIMER;
MACHADO, 2010).
Figura 11: A) As macromoléculas lineares se entrelaçam, como fios;
B) As macromoléculas entrelaçadas são alinhadas quando o
polímero é esticado.
Fonte: Mortimer; Machado, Química 3, 2010, p. 252.
40
O alinhamento das cadeias poliméricas ocorre quando elas são
dobradas, desdobradas, torcidas ou deformadas com facilidade, porém
voltando ao seu estado original, esse processo ocorre com as cadeias que
formam o polietileno, o silicone entre outros materiais (MORTIMER;
MACHADO, 2010).
As macromoléculas são sempre rígidas em baixas temperaturas e flexíveis em altas temperaturas. Em baixas temperaturas, a energia cinética dos átomos é menor, eles se movem menos e há pouco espaço entre eles. Quando a temperatura aumenta, o sólido se dilata, porque os átomos vibram mais, se movem mais e aumenta o espaço livre entre eles, permitindo-lhes fazer outros movimentos além das vibrações [...] (MORTIMER; MACHADO, 2010, p. 252).
De acordo com Allinger (1976) em baixas temperaturas, a movimentação
das macromoléculas é menor, pois há pouco espaço entre elas, já em altas
temperaturas o polímero se dilata, aumentando a sua agitação e seu espaço
livre entre as macromoléculas.
Dessa forma um polímero formado por macromoléculas rígidas, se
transforma em um polímero transparente e resistente, igual a um vidro, um
exemplo é o acrílico, usado na fabricação de réguas, painéis, enfeites
(FONSECA, 2010)
Para Mortimer e Machado (2010) o polímero formado por
macromoléculas flexíveis ou elásticas como a borracha, apresentam uma
característica viscosa, pois ela escoa como fluído, mas é elástica quando volta
ao seu estado original, sendo que a transição vítrea ocorre quando o polímero
passa do estado sólido para o estado líquido.
Cada polímero formado por macromoléculas apresenta uma
determinada temperatura de transição vítrea diferente, na qual passam do
estado rígido para o estado flexível e vice versa. Um exemplo desse processo
ocorre com a goma de mascar ou chiclete, que é relativamente dura em
temperatura ambiente, mas amolece quando mascado, pois a temperatura
sobe (SANTOS; MÓL, 2010).
A maioria das gomas de mascar feitas de poliacetato de vinila (PVA),
sendo que este polímero apresenta uma temperatura de transição superior à
temperatura do ambiente, mas inferior a temperatura do corpo (MORTIMER;
MACHADO, 2010).
41
Proponhe Santos e Mól (2010) que com a utilização do conceito de
transição vítrea é possível remover o chiclete grudado nas roupas
acidentalmente, esfregando-se o gelo sobre o chiclete até que ele endureça e
possa ser removido, saindo da roupa sem dificuldade.
Porém a transição vítrea ocorre com a ultrapassagem dos obstáculos de
energia requerente, para manter a rotação das ligações. Esta deslocação
ocorre com o acúmulo de energia nas cadeias moleculares do polímero. Nesta
situação haverá a mudança do estado vítreo, de aspecto limitado, para a
condição móvel e flexível, chegando à estabilidade termodinâmica (PAIVA,
2006).
Uma ampla variedade de elastômeros, termoplásticos e termofixos se
assemelham na mesma região, onde ocorre a transição vítrea, apresentando
as mesmas características (PAIVA, 2006).
1.4 Simulação da reação de polimerização, pelo método dos clipes
A simulação explicativa da reação de polimerização, exemplificado pelo
método dos clipes se baseia na simples comparação, onde um monômero é
representado por um clipe, já vários clipes agrupados formando uma corrente
representam um polímero ou uma macromolécula (DONATO, 1972).
Segundo Donato (1972) na representação dessa reação vários
monômeros ou vários clipes após a reação de polimerização, formam o
polímero, uma macromolécula que é representada por vários clipes agrupados
formando uma corrente.
As figuras 12 e 13, apresentam os exemplos de monômeros e
polímeros, utilizando-se os clipes, como um método facilitador para o
aprendizado da reação de polimerização (DONATO, 1972).
Figura 12: Um clipe representando um monômero.
Fonte: Fografado pelos autores, 2013.
42
Figura 13: Os clipes agrupados representando um polímero ou uma
macromolécula.
Fonte: Fotografado pelos autores, 2013.
A figura 14 ilustra de uma forma simples a representação da reação de
polimerização, que ocorre utilizando-se os clipes. É fundamental lembrar que a
reação ocorre na presença de um catalisador (Cat.), sob determinada pressão
(P) e temperatura (°C) (DONATO, 1972).
Biachi, Albrecht e Daltamir (2005) determinam que por este método
simbolicamente cada clipe representa um monômero, que após a reação de
polimerização, forma-se o polímero representado por um agrupamento de
clipes interligados.
Figura 14: Representação da reação de polimerização, utilizando os clipes.
Fonte: Fotografado pelos autores, 2013.
Ainda neste contexto, nas condições em que essas reações ocorrem é
possível obter moléculas maiores ou menores de polímeros, que diferem na
quantidade de monômeros, que as constituem, por isso considera-se os
polímeros como materiais, pois são formados por um único tipo constituinte de
monômero (SANTOS; MÓL, 2010).
O avanço na produção dos polímeros, no desenvolvimento de novas
tecnologias, na aplicação de conceitos diferenciados, levou ao surgimento da
Cat.
P. °C
Monômeros Polímero
43
química dos materiais, que agregou mais valor aos produtos obtidos pelo
processo da reação de polimerização (DONATO, 1972).
Segundo Donato (1972) além do método explicativo da reação de
polimerização, utilizando-se os clipes, também pode-se utilizar uma corrente
para representar um polímero, nessa situação, cada gominho (ou elo) equivale
a um monômero. A união de vários monômeros ou gominhos forma-se o
polímero, uma macromolécula representada pela corrente.
A figura 15 apresenta a reação de polimerização utilizando-se a
corrente, nessa representação cada elo equivale a um monômero e a corrente
com os elos agrupados corresponde a um polímero (FELTRE, 2004).
Figura 15: Reação de polimerização pelo método explicativo da corrente.
Fonte: Feltre, Química orgânica, 2004, p. 379.
“A química dos materiais criou polímeros que são exemplos da evolução
tecnológica e da aplicação dos conhecimentos da química orgânica” [...]
(SANTOS; MÓL, 2010, p. 140).
1.5 A polimerização
“Damos o nome de polimerização ao processo de obtenção dos
polímeros (do grego: poly = muitos, méros = partículas)” [...] (BIANCHI;
ALBRECHT; DALTAMIR, 2005, p. 633).
De acordo com Santos e Mól (2010) a grande quantidade de
polímeros na sociedade surgiu devido às propriedades tão diversas
desses materiais, por meio de reações de polimerização, que possibilitou o
surgimento e a fabricação de uma ampla variedade de objetos que
são utilizados atualmente em nosso dia a dia.
Com a síntese artificial de polimerização, novos processos foram criados
e aperfeiçoados a partir de 1860, possibilitando a obtenção de plásticos,
borrachas e resinas cada vez mais sofisticados devido a aplicação da
44
engenharia molecular e da tecnologia industrial, aplicada nos processos de
fabricação. Dessa forma tornou-se possível diminuir os custos de
produção, aumentando a utilização desses materiais como matéria
prima (MARINHO, 2005).
Segundo Canevarolo (2006) a reação de polimerização possibilitou
a síntese dos diversos tipos de polímeros existentes. Foi através dela que
uma imensa quantidade de monômeros se agruparam para formação
dos polímeros.
A maioria dos monômeros apresentam uma ligação dupla entre
os carbonos, durante a reação de polimerização sob determinadas
condições, ocorre a quebra da ligação mais fraca da dupla ligação (a ligação pi)
com a formação de duas ligações simples. A figura 16 apresenta a reação
de polimerização do eteno, com a formação do polietileno (SANTOS; MÓL,
2010).
Figura 16: Reação de polimerização do etileno.
Fonte: Peruzzo; Canto, Química na abordagem do cotidiano, 2006, p. 248.
Os diversos tipos de polietilenos obtidos através da reação de adição
apresentam alta resistência à umidade e ao ataque químico, proporcionando
mais qualidade e durabilidade aos materiais obtidos. Apresentam uma larga
aplicação na fabricação de toalhas, cortinas embalagens, garrafas, copos,
sacos plásticos, baldes, canos, brinquedos, no isolamento de fios elétrico,
sendo um dos polímeros mais utilizados pela indústria.
Acetato de vinila Monômero
Poliacetato de vinila (PVA) Polímero
CAPÍTULO II
2 POLIACETATO DE VINILA (PVA)
Segundo Gauto e Rosa (2011) o PVA é obtido através da reação de
polimerização de adição, na presença de um catalisador e em determinada
pressão e temperatura ambiente.
Nessa reação de polimerização ocorre o agrupamento dos monômeros
de acetato de vinila ou etanoato de vinila, para a formação da macromolécula
conhecida como polímero, que é um termoplástico. A figura 17 apresenta como
essa reação acontece (GAUTO; ROSA, 2011).
Figura 17: Reação de polimerização do acetato de vinila para formação do
PVA.
Fonte: Adaptado de Fonseca; Martha, Química: meio ambiente, cidadania, tecnologia,
2010, p. 272.
De acordo com Marques e Borges (2007) nessa reação de
polimerização, uma solução aquosa de tetraborato de sódio (Na2B4O7.10 H2O)
é utilizada como catalisador, atuando como agente ligante, pois quando
dissociado em água, forma-se o ânion borato (B(OH)4-).
O ânion borato atua como ligante cruzado, agrupando as moléculas dos
monômeros da solução aquosa, formando a macromolécula do PVA, que após
a reação de polimerização apresentará características flexíveis e elásticas ao
mesmo tempo, pois as ligações cruzadas que se formaram, estão
constantemente se rompendo e se formando (FONSECA, 2010).
46
Entretanto o PVA apresenta algumas características como massa molar
média em torno de 5.000 g/mol a 500.000 g/mol, densidade de
aproximadamente 1,18 g/cm3, sendo um termoplástico incolor, que apresenta
índice de refração de 1,46 a 1,47 e temperatura de transição vítrea (Tg) igual a
28°C (MANO; DIAS; OLIVEIRA, 2004).
Fonseca (2010) afirma que as propriedades desse polímero são a alta
adesividade, a flexibilidade, a elasticidade e a viscosidade, podendo apresentar
uma coloração branca, incolor ou colorida de acordo com a matéria prima ou
corante utilizado.
O PVA é um polímero insolúvel em água, que se torna disperso em meio
aquoso na presença de um emulsificante, quando perde água por desidratação
se torna um polímero rígido e duro (MARINHO, 2005).
Devido as suas propriedades, tem sido muito utilizado na fabricação de
tintas de parede (do tipo látex), em colas, em adesivos, na fabricação de
gomas de mascar, na produção de polímeros de entretenimento, em alguns
colírios (lubrificante para os olhos), em revestimentos têxteis, entre outros fins
(FONSECA, 2010).
Para Canevarolo (2006) uma outra vantagem da utilização deste
polímero é poder controlar sua velocidade de dissolução em água, devido a
essa propriedade, ele também tem sido utilizado na fabricação de cápsulas
para medicamentos.
2.1 A elasticidade, a flexibilidade e a viscosidade do PVA
A elasticidade e a viscosidade de um polímero é um fenômeno que faz
com o PVA apresente características de um fluído líquido e de um sólido
flexível ao mesmo tempo (CANEVAROLO, 2006).
De acordo com Marinho (2005) tais propriedades físicas, como a
elasticidade, a flexibilidade e a viscosidade, são características que os
polímeros apresentam, de acordo com sua composição química, temperatura e
condições na qual o polímero foi processado.
Nessas condições o PVA apresenta um comportamento viscoso quando
líquido e elástico quando sólido, devido as propriedades de um fluído não
newtoniano (CANEVAROLO, 2006).
47
Quando o comportamento físico mecânico de um polímero é analisado, alguns fatores devem ser levados em conta, como principalmente, a massa molar, a temperatura de transição vítrea (Tg), a temperatura de fusão (Tm) e a temperatura na qual a medida está sendo feita (CANEVAROLO, 2006, p. 192).
De acordo com as propriedades físicas das temperaturas de transição
vítrea (Tg) e de fusão (Tm), o polímero poderá ser um plástico sólido cristalino
ou vítreo, quando a sua temperatura estiver abaixo da temperatura de transição
vítrea. Será borrachoso, elástico ou líquido quando a sua temperatura
permanecer entre a temperatura de transição vítrea e a temperatura de fusão.
No entanto para que permaneça no estado viscoso a sua temperatura deverá
estar acima da temperatura de fusão. A figura 18 apresenta o comportamento
físico químico de um polímero de acordo com sua massa molar e temperaturas
de transição vítrea e de fusão (CANEVAROLO, 2006).
Figura 18: Comportamento físico de um polímero, de acordo com sua
massa molar e das temperaturas (Tg e Tm).
Fonte: Canevarolo; S.V.Jr., Ciência dos polímeros, 2006, p. 192.
Segundo Canevarolo (2006) a flexibilidade dos polímeros ocorre devido
as ligações cruzadas, que proporcionam um comportamento elástico ao PVA,
devido a este fator o polímero pode ser deformado e posteriormente voltar ao
seu estado normal.
A perda de água do PVA por evaporação faz com que a sua flexibilidade
seja diminuída, dificultando assim a sua manipulação, neste momento o
48
polímero deverá ser hidratado, pois é neste estágio de transição vítrea que
começa a se tornar rígido, perdendo toda a sua elasticidade e flexibilidade
(MARINHO, 2005).
As propriedades físicas dos polímeros podem ser extensivamente modificadas pela adição de substâncias com massas moleculares baixas, chamadas de plastificantes, para reduzir a extensão das interações entre as cadeias e portanto tornar o polímero mais maleável (BROWN; LEMAY; BURSTEN, 2005, p.424).
Tais plastificantes quando adicionados nas tintas proporcionam uma
flexibilidade adequada às películas poliméricas (GAUTO; ROSA, 2011).
2.2 A reticulação
Quando os monômeros sofrem reações de polimerização, por meio de
uma ligação cruzada, utilizando um agente ligante, os monômeros são
agrupados através da reticulação que ocorre entre as moléculas, para a
formação da cadeia polimérica (BROWN; LEMAY; BURSTEN, 2005).
Segundo Brown, Lemay e Bursten (2005) é nesse processo de
reticulação que os polímeros podem ficar mais firmes e resistentes ou
maleáveis e flexíveis, de acordo com a quantidade de ligações cruzadas
realizadas entre os monômeros. Porém quanto maior for à quantidade de
ligações cruzadas, mais rígido será o material e vice versa.
A borracha quando vulcanizada também passa por esse processo de
reticulação através da formação das pontes de enxofre. Nessa reação o
enxofre atua como ligante cruzado, para apresentar mais elasticidade e
resistência (SANTOS; MÓL, 2010).
De acordo com Fonseca (2010) na reação de polimerização do PVA, a
solução de tetraborato de sódio se dissocia em solução aquosa, formando-se a
ânion borato (B(OH)4-) que atuará como ligante cruzado no processo de
reticulação do polímero, realizando as ligações entre os monômeros do PVA,
formando uma macromolécula que apresenta viscosidade, flexibilidade e
elasticidade.
Os polímeros termofixos líquidos, durante a formação das ligações
cruzadas, através da reticulação passam do ponto de gel, para o estado
49
viscoso e gradativamente endurece, com a perda de água até se tornar um
polímero rígido (CANEVAROLO, 2006).
2.3 Aplicabilidade do PVA na área industrial
Segundo Pereira (2009) o PVA tem ganhado grande espaço no
mercado, devido a sua ampla utilização e vasta aplicação em todas as áreas.
A sua utilização nos processos produtivos tem proporcionado a obtenção de
mercadorias, peças e objetos com mais qualidades, que se adaptaram as
necessidades cotidianas.
Por ser uma matéria prima derivada do petróleo que apresenta um baixo
custo, foi substituindo gradativamente os polímeros naturais nos processos
produtivos e agregando mais valor e qualidade aos produtos fabricados
(CALLISTER, 2002).
As principais aplicações do PVA na área industrial são na fabricação
de tintas para diversos tipos de pinturas, na produção de chicletes ou gomas de
mascar de diferentes tipos e formas, na preparação do polímero de
entretenimento conhecido atualmente como geléca, em vários tipos
de massa corrida para cobrir as imperfeições das paredes, nos adesivos e nas
colas para manterem os materiais fixados por adesão superficial, na
elaboração de vidros especiais e laminados para veículos, em filmes plásticos
para embalar os alimentos e nas formulações das cápsulas de remédios, entre
outras utilidades (PEREIRA, 2009).
2.3.1 Fabricação de tintas residenciais a base de PVA
As tintas são substâncias poliméricas, que tem por finalidade proteger,
embelezar, decorar, melhorar o aspecto das superfícies além de distribuir a
iluminação, em geral são preparadas para aderirem de forma resistente às
superfícies (UEMOTO, 2005).
Após a aplicação da tinta, ela passa por um processo de secagem, se
transformando em um filme sólido e resistente que cobre toda a superfície do
material (MANO, 2010).
De acordo com Callister (2002) as tintas a base de PVA, são formadas
50
por aditivos, solventes, pigmentos e veículo. A figura 19 apresenta a
composição utilizada na fabricação das tintas.
Os aditivos melhoram a qualidade, a viscosidade e a espessura da tinta
após a secagem. Os solventes são substâncias voláteis, que dissolvem as
resinas e os demais componentes. Os pigmentos são materiais sólidos,
finamente dividido, utilizados para preparar tintas coloridas que apresentam
opacidade e resistência. Já a resina, emulsão ou veículo é a parte não volátil,
ela tem a função de juntar as partículas dos pigmentos, proporcionando brilho,
aderência, elasticidade e resistência.
Figura 19: Composição das tintas.
Figura 19: Composição das tintas.
Fonte: Elaborada pelos autores.
Uemoto (2005) enfatiza que as tintas residenciais a base de PVA,
também conhecidas como tinta látex ou a base de polímero vinílico
são materiais formados por resinas à base de dispersão aquosa de
polímeros, que podem ser formados por substâncias vinílicas, vinil acrílicas,
acrílicas, estireno acrílicas, entre outras.
A figura 20 apresenta o processo de produção de tintas a base de PVA,
primeiro faz-se a pesagem da matéria prima e em seguida prepara-se a pré
mistura, em um equipamento que contém pás agitadoras para misturar e
homogeneizar o solvente, os aditivos, os pigmentos e a carga. Depois é feito a
dispersão desse material e realizado o processo de completagem, onde é
adicionado água, resina de PVA ou emulsão, aditivos, coalescentes ou líquido
orgânico e o produto da dispersão formado de pigmentos. Após essa etapa é
efetuado o tingimento, obtendo uma tinta com a coloração desejada. Depois é
Tinta a Base
de PVA
VEíCULO
ADITIVOS
SOLVENTES
PIGMENTOS
51
realizado a filtração e o envase da tinta preparada, se ela estiver de acordo
com os padrões de qualidade estabelecidos pela empresa. Caso a tinta
apresente não conformidade, ela volta para o reprocesso para se fazer as
correção necessárias, sendo enlatada posteriormente após os ajustes e testes
de controle de qualidade (CUNHA, 2011).
Figura 20: Processo de fabricação das tintas a base de PVA.
Fonte: Adaptado de Cunha, Andreza de Oliveira, O estudo da tinta/textura como revestimento
externo em substrato de orgamassa, 2011, p. 15.
De acordo com Mano (2010) os polímeros constituem uma importante
fonte de materiais para a solução de problemas técnicos relacionados com a
pintura, pois apresentam características que atuam corrigindo as imperfeições
apresentada pelas superfícies.
Callister (2002) aborda que atualmente são encontrados várias
formulações de tintas látex, entre elas, os tipo fosco, o acetinado, o semibrilho
e o brilhante, para aplicações internas e externas. Que apresentam
flexibilidade, resistência a água e a abrasão, dureza, brilho, suscetibilidade à
impregnação de sujeiras entre outras características que agregam valor ao
produto final.
52
A tinta látex vinílica é uma dispersão aquosa, que contém um baixo teor
de voláteis, apresentando fácil aplicação e secagem rápida, sendo muito
utilizada na construção civil, pois apresenta algumas características, como a
boa aplicabilidade, a resistência ao mofo e intempéries, ótima lavabilidade e
retenção da cor quando exposta ao tempo, além de proporcionar efeitos em
alto e baixo relevo, sendo utilizada tanto em metais e madeiras. Porém as
tintas vinílicas, também chamadas látex PVA possuem boa resistência a
ácidos, sustância alcalinas e água, porém, baixa resistência a solventes
(MAASS, 2009).
2.3.2 Fabricação de chicletes
Segundo Pereira (2009) o chiclete é uma goma de mascar açucarada
que apresenta um sabor agradável e adocicado, que teve sua origem na
América Central, sendo patenteada no século XIX nos E.U.A. por Thomas
Adams. O comércio deste produto, encontrou um extenso mercado de
consumo na Europa, na América Latina e em outras partes do mundo, pois seu
elevado consumo, propiciou que seu processo produtivo se tornasse rentável.
Quando a goma de mascar surgiu, de acordo com Cunha (2006)
utilizava-se uma resina de uma determinada árvore, conhecida no Brasil como
sapotizeiro, para se extrair a goma, que foi industrializada nos E.U.A.
Cunha (2006) ressalta que após a industrialização passam a utilizar a
borracha extraída da seringueira como matéria prima na preparação da base.
Dessa forma a goma de mascar se tornou uma companhia constante na vida
das pessoas.
De acordo com Alfrey e Gurnee (1971) os polímeros naturais foram
utilizados por muito tempo na fabricação dos chicletes, sendo substituído, por
substâncias sintetizadas a partir do refino do petróleo, como o PVA, uma
substância sintética, de custo acessível, que proporcionou o abaixamento do
preço da guloseima e a qualidade do produto.
Pois as gomas fabricadas a base de produtos naturais, perdiam suas
características, coloração e qualidade, quando dissolvidas em solventes,
ocasionando a perda do material volátil do produto (SILVA; SILVA, 2003).
Determina Fontana (2009) que a fabricação do chiclete, começa com a
53
preparação da matéria prima ou goma base, que é formada de borracha
sintética ou PVA e parafina, juntamente com óleos vegetais, que atuam como
emulsificantes, antioxidantes, também adicionam-se conservantes para o
prolongamento da durabilidade da goma de marcar e uma espécie de cal
tratada que serve para dar mais volume à mistura.
Todos os produtos utilizados para a preparação da goma base, são
colocados em grandes tachos aquecidos, que contém pás agitadoras, que
giram constantemente, até deixar a mistura homogênea. Depois de pronto, são
despejados em pequenas placas e resfriadas. Estas gomas base, são
fabricadas e revendidas para as indústrias que produzem chicletes ou balas
com goma de mascar (CUNHA, 2006).
Segundo o mesmo autor, as indústrias, quando recebem essa matéria
prima ou goma base, executam a segunda etapa do processo de fabricação do
chiclete. Nesse processo a goma é colocada em grandes panelas, com
agitadores, juntamente com os demais ingredientes como, o açúcar ou
adoçante, óleos essenciais ou aromas, corantes, ácido cítrico, para o chiclete
apresentar aquele sabor azedinho e glicerina para que o produto tenha mais
liga e ótima consistência.
Para Alfrey e Gurnee (1971) a mistura é aquecida, sob constante
agitação até se tornar líquida e homogênea, sendo despejada em placas e
formas para esfrias e endurecer. Após isso o chiclete é desenformado e passa
por máquinas, que os cortam em tiras e os fatiam para serem embalados, e
finalmente distribuídos para o comércio para serem vendidos, com diversos
tipos de formas, recheios e sabores.
Nos dias atuais é grande a variação das formas e dos tipos de gomas de
mascar, com diversos sabores, recheios, coberturas e complementos. Sua
fabricação é realizada através de uma base de goma, com o acréscimo de
açúcar, corantes artificiais e aromatizantes, visto que a composição correta
depende de cada fabricante e de cada processo produtivo, mantendo-se em
total sigilo (CUNHA, 2006).
Entretanto a composição básica das gomas segundo Fontana (2009) é
principalmente látex natural ou borracha sintética, como o PVA entre outros.
Porém atualmente se estudam a criação de outros tipos de bases gomadas,
principalmente as biodegradáveis, com as fabricadas de proteína de milho.
54
Ainda para o mesmo autor, o processo industrial basicamente se
constitui de algumas etapas, processos e de equipamentos como balança,
misturador, tacho com agitadores, extrusora, túnel de resfriamento,
desumidificador e embaladora. (FONTANA, 2009).
Cunha (2006) destaca que na primeira etapa, a goma é derretida a
115°C até que apresente viscosidade igual à de um xarope grosso, logo em
seguida esse material passa por peneira fina, a fim de reter as partículas
maiores. Com isso a base sairá deste processo mais limpa, estabilizada e
dissolvida, que após a pesagem é transferido para o tacho, onde são
adicionados os demais ingredientes, como o açúcar em pó, cujo tamanho de
seus grãos e quantidade interferem no resultado, xarope de milho ou glucose,
servindo como umectante revestindo as partículas de açúcar, estabilizando a
suspensão e mantendo a goma flexível, corantes artificiais, aromatizantes,
conservantes e demais aditivos.
Ao final, a mistura é homogeneizada e despejada em recipientes para o
resfriamento com ar frio. Após essa etapa, o produto passa pelo processo de
extrusão para dar forma física à goma, seguindo para última etapa da
embalagem. Sendo colocados para descansem num período de 24 a 48 horas,
para depois serem comercializados (CUNHA, 2006).
Segundo Silva (2011) entre os diversos tipos de chicletes existentes
atualmente, há aqueles que contêm um líquido no seu interior, sendo
preparado através de uma máquina que injeta o caldo aromatizado no interior
da goma, antes dela ser cortada e embalada. Já aqueles chicletes que tem
uma casquinha adocicada envolta da goma, que dissolve na boca, são
preparado depois do processo de corte das gomas, que recebem um banho de
xarope de açúcar ou de adoçante, que ao esfriar se solidifica, formando uma
superfície sólida em volta da goma de mascar.
CAPÍTULO III
3 O POLÍMERO DE ENTRETENIMENTO
Silva e Silva (2003) enfatizam que o polímero de entretenimento é uma
substância flexível, viscosa e elástica que apresenta característica líquida e
sólida ao mesmo tempo, devido as ligações cruzadas ou reticulações que se
formam entre os monômeros, para a formação da macromolécula.
Tais propriedades apresentadas por esta macromolécula fazem com que
as ligações cruzadas se formem e se desmanchem constantemente, fazendo
com que o polímero se comporte dessa maneira, apresentado-se na forma
líquida e sólida no mesmo instante (MANO, 2010).
A qualidade que o polímero a base de PVA apresenta de ser sólido e
líquido ao mesmo tempo, também é conhecida como fluído não newtoniano,
que segundo a Lei de Newton proporciona uma viscosidade constante,
variando-se de acordo com o grau de deformação aplicado sobre o material.
Nesse contexto, a pressão que é exercida sobre o polímero quando é
pressionado, faz com que o material se torne sólido, porém quando fica em
repouso, volta a ficar novamente líquido.
Na fabricação do polímero de entretenimento, utiliza-se o PVA, o
tetraborato de sódio, corantes alimentícios e essências, que é produzido por
meio de uma simples reação de polimerização. Após a fabricação deve ser
embalado ou guardado em recipiente fechado, pois se ficar muito tempo
exposto ao ar, quando não estiver sendo utilizado, pode entrar no estado de
transição vítrea se tornando rígido (PEREIRA, 2009).
Entretanto de acordo com Mano (2010) a evaporação do solvente, faz
com que as cadeias do polímero se aproximem cada vez mais, gerando uma
estrutura rígida, ou seja, um polímero compacto e sólido.
As principais utilidades do polímero de entretenimento, para LucK (2004)
são na diversão e nas brincadeiras que ocorrem de forma lúdica e interativa e
no processo educacional de ensino, como facilitador do processo de
ensino-aprendizado.
56
3.1 Aplicabilidade do PVA na área educacional
Com o objetivo de unir os conhecimentos teóricos e práticos, através da
contextualização de forma simplificada e abrangente, aplica-se os conceitos
para a produção do PVA, como método facilitador do processo de
ensino-aprendizado na área educacional. Com a aplicação deste método torna-
se possível construir o conhecimento (LUCK, 2004).
De acordo ainda com o mesmo autor, este conceito demonstra que o
processo de polimerização, pode ser trabalhado de maneira prática,
utilizando-a como metodologia de ensino, a fim de se estimular a compreensão
e a assimilação dos conceitos químicos aplicados no processo.
Dessa forma todo conhecimento deve ser claramente inter-relacionado,
trabalhando na prática, com a obtenção de materiais lúdicos e interativos, que
incentivam a pesquisa e o desenvolvimento do processo de
ensino-aprendizagem de maneira dinâmica (FREIRE, 2000).
Essa prática permite que o conhecimento seja ampliado, contribuindo
significativamente com a formação acadêmica, nesse processo de ensino o
docente exercerá o papel de multiplicador de novas ideias, facilitando a
aquisição de conhecimento por meio do método de ensino-aprendizagem
(OLIVEIRA; SANTOS, 2010).
Segundo Chatier (1990), tal prática didática torna-se mais diferenciada e
motivada quando se relaciona os conhecimentos obtidos com as atividades
experimentais, possibilitando a percepção, a descoberta e a visualização do
processo de polimerização.
De acordo com Oliveira e Santos (2010), a química é uma ciência
experimental que requer bastante observação e análise, valorizando-se da
inter-relação entre a teoria e a prática, pois a aplicação deste conceito
promove o desenvolvimento do raciocínio através de metodologias alternativas
de ensino-aprendizagem que simplificam e promovem o conhecimento através
da adequação de conceitos que facilitam o aprendizado.
É interessante ressaltar, que a aplicação deste método no processo de
ensino-aprendizagem, estimula a curiosidade e facilita o ensino, além de
proporcionar o contato direto com o polímero de PVA produzido de forma lúdica
e atraente, através da reação de polimerização (CHATIER, 1900).
57
3.2 Fluído não newtoniano
Um fluído não newtoniano é uma substância que apresenta um
comportamento sólido e líquido ao mesmo tempo, nesse processo a
viscosidade do material varia de acordo com a força aplicada. Nessas
condições ao se exercer uma pressão sobre o polímero, o mesmo oferece
resistência se solidificando, já na ausência dessa pressão, quando fica parado
alguns instantes, nota-se que o mesmo se comporta como um líquido
(TORRES; FERRARO; SOARES, 2010).
Esse fenômeno físico, segundo Motta (2007), também pode ser
classificado como fluídos pseudoplásticos, pois a viscosidade do polímero
diminui, com o aumento da pressão exercida sobre o material.
“[...] Os fluídos não newtonianos são aquelas substâncias [...] que
desafiam as Leis da Newton e os princípios de lógica mais elementar”
(PASSONI; DROVANDI; COSTA; et al., 2011, p.1).
Para Torres, Ferraro e Soares (2010) por meio da movimentação ou
deslocamento de um fluído é possível verificar a dificuldade ou a facilidade de
escoamento do polímero, que poderá ser medida através da leitura de sua
viscosidade, que resulta do atrito interno entre as moléculas do material, de
modo que uma parte se opõe ao movimento da outra.
A viscosidade está relacionada à resistência do fluído de escoamento,
nesse contexto pode-se definir que determinada substância poderá apresentar
uma baixa viscosidade, como a água que é um líquido fino ou uma alta
viscosidade como o óleo mineral, que é um material espesso que escoa
lentamente (BRUNETTI, 2005).
O estudo da viscosidade, da plasticidade e da elasticidade dos fluídos
não newtonianos, de acordo com Motta (2007) é feito por uma área da física,
denominada reologia, palavra derivada do grego (rheo = fluxo, escoamento e
logos = estudo, ciência) que significa o estudo do fluxo ou escoamento de
materiais.
Por meio da reologia podemos definir dois tipos de fluídos, os
newtonianos que apresentam uma viscosidade constante, sem alteração de
sua propriedades físicas e os não newtonianos que exibem um comportamento
instável, de sólido ou de líquido, ao mesmo instante, pois sua viscosidade varia
58
em função da tensão aplicada sobre o material. (TORRES; FERRARO;
SOARES, 2010).
Para os mesmos autores, alguns exemplos de fluídos não newtonianos,
são o ketchup, os xampus, as tintas utilizadas nas pinturas, os géis, o sangue
humano, o polímero de entretenimento, a lama, a pasta de dente, entre outros.
Um simples exemplo, de um fluído não newtoniano, de fácil preparação
que ilustra esse processo é uma suspensão de amido de milho (maisena) em
água na proporção de 2:1 ou 3:2. A demonstração do comportamento dessa
mistura ocorre por meio de duas formas, quando se pressiona o material com o
dedo ou com uma colher, nota-se que quando aplicamos uma rápida e forte
pressão a mistura endurece, dificultando o afundamento, isso ocorre devido a
rápida transição para o estado quase sólido, com alta resistência à
deformação. Agora ao empregar uma leve força sobre a superfície dessa
substância, o composto permite que o dedo afunde sem resistência e sem
alteração do comportamento do fluído (MOTTA, 2007).
Aplicando-se as propriedades dos fluídos não newtonianos, segundo
Young e Freedman (2009), poderemos fazer uma pessoa descalça se deslocar
alguns metros, correndo sobre a superfície de uma suspensão de maisena e
água, preparada em uma piscina, sem afundar, desde que caminhe com uma
certa velocidade.
Para o mesmo autor, se diminuir a velocidade ou ficar parado no mesmo
lugar sobre a mistura, a pessoa começará a afundar lentamente, como se
estivesse em uma areia movediça, devido a diminuição da aceleração.
Segundo Brunetti (2005) as características físico químicas apresentadas
pelos fluídos não newtonianos, possibilitaram que todas as indústrias
desenvolvessem materiais com mais qualidades, favorecendo os processos
produtivos e proporcionando que determinados produtos ou materiais
pudessem ser fabricados.
Tal propriedade segundo a Lei de Newton aborda os conceitos de
viscosidade que confere aos polímeros uma consistência adequada, fazendo
com que suas aplicações pudessem estar presentes na maioria dos diversos
setores industriais, na indústria de petróleo, de plásticos, de alimentos, de
tintas e revestimento, de produtos farmacêuticos, de cosméticos, de materiais
cerâmicos, entre outros (YOUNG; FREEDMAN, 2009).
59
3.3 Estudo do grau toxicológico dos reagentes e produtos
Segundo Leite e Amorim (2000) o estudo toxicológico dos reagentes e
dos produtos, visa identificar os agentes tóxicos, suas características físicas,
químicas e bem como sua ação tóxica para o sistema biológico. A toxicologia é
uma ciência multidisciplinar e por meio dela é possível estudar as ações e os
efeitos nocivos das substâncias químicas no organismo.
A toxicidade é a capacidade que uma determinada quantidade de um
produto químico tem de provocar danos ao organismo, de acordo com as
condições de uso é possível determinar e analisar os casos de intoxicação
(OLGA; CAMARGO; BATISTUZZO, 2008).
Para os mesmo autores, os fatores que influenciam na toxicidade podem
estar relacionados com o agente químico, com o organismo, com o tempo de
exposição e com o ambiente.
O estudo do grau toxicológico, dos reagentes e produtos, tem como
finalidade prevenir e diagnosticar os casos de contaminação, evitando que
qualquer substância química possa interagir com o organismo, provocando um
efeito nocivo (LEITE; AMORIM, 2000).
Para Olga, Camargo e Batistuzzo (2008), toda substância quando
interage com o organismo, provoca efeitos adversos, dependendo do grau
toxicológico do material, ocorrendo alterações no funcionamento do organismo,
provocando um dano irreversível se o agente tóxico for ingerido.
A informação e a divulgação dos procedimentos utilizados para
manipulação do polímero de entretenimento visa assegurar a durabilidade do
produto para que a diversão seja garantida, sem eventuais problemas ou
perigos para a saúde.
Sabendo-se que com a evolução tecnológica e com o surgimento de
novos produtos no mercado, torna-se muito difícil para os médicos julgarem e
analisarem os casos de contaminação que porventura possam ocorrer devido
ao uso ou forma incorreta de manipulação do polímero. Entretanto a maioria de
todos os produtos estabelece alguns procedimentos de manipulação, bem
como recomendações de sua utilização, mostrando e indicando como o
polímero, ou outras substâncias devem ser manipulados, sem causar risco a
saúde. (OLGA; CAMARGO; BATISTUZZO, 2008).
60
3.3.1 Toxicologia do tetraborato de sódio
Sengundo Alfrey e Gurnee (1971) o tetraborato de sódio decahidratado
(Na2B2O7 . 10 H2O), é um substância utilizada como catalisador no processo de
polimerização do PVA, que também é conhecido como bórax, tetraborato
decahidratado dissódico, borato de sódio decahidratado, piroborato de
sódio. É um sal branco, inodoro, granulado, não inflamável, não combustível,
não explosivo, alcalino e cristalino com excelente propriedade de
fluidez, que apresenta uma baixa toxicidade oral e dermatológica.
A inalação de grandes quantidades da substância no estado sólido pode
ser prejudicial para as vias respiratórias, provocando irritação, incluindo
sintomas de tosse e dificuldade respiratória, porém os sintomas detectados
pela alta exposição estão associados diretamente com a ingestão
(PEREIRA, 2009).
O mesmo autor ainda determina que os principais sintomas são
náuseas, vômito e diarréia, com efeitos de vermelhidão e descamação da
pele. O contato com a pele pode provocar irritação, dependendo
exclusivamente das condições alérgicas ou sensíveis do manipulador.
De acordo com Olga, Camargo e Batistuzzo (2008) a dose letal
está estimada entre 15 a 20 gramas de Na2B2O7 . 10 H2O. O valor limite de
exposição ocupacional nos ambientes de trabalho é estabelecido por padrões
criados por entidades internacionais como a Occupational Safety and Realth
Administration (OSHA) que determina um valor de 10 mg/cm3, enquanto que a
American Confederation of Governmental Industrial Hygienists (ACGIH)
estipula uma quantidade de 5 mg/cm3.
Afirma Leite (2000) que os efeitos toxicológicos do tetraborato de
sódio são relatados com o ácido bórico (H3BO3), assim como a maioria dos
boratos, pois quando ingerido é covertido a H3BO3 nos sistema biológico.
O mesmo autor ainda resalta que o reagente não provoca nenhuma
lesão para os olhos, em contato com o reagente, pois em determinada
concentração é utilizado como colírio.
Quanto a pele, nenhuma evidência de danos do tecido foi encontrada,
pois apresenta toxicidade dermal baixa, podendo ser absorvido através de
ferimentos na pele (OLGA; CAMARGO; BATISTUZZO, 2008).
61
3.3.2 Toxicologia do PVA
De acordo com Callister (2002) o monômero acetato de vinila é um
líquido inflamável, reativo, incolor e parcialmente hidrossolúvel. Em pequenas
quantidades, apresenta odor adocicado e frutado que se torna irritante em
níveis mais elevados.
Ainda de acordo com o mesmo autor, o acetato de vinila também pode
ser conhecido como éster vinílico do ácido acético, etanoato de etenila,
1 acetoxietileno, sendo em geral a composição dos diversos tipos de colas
existentes atualmente.
Por ser um líquido inflamável, apresenta um ponto de fulgor inferior a
37 °C, sendo considerado uma molécula muito reativa, que pode-se polimerizar
de forma descontrolada, formando o poliacetato de vinila (PEREIRA, 2009).
Da mesma forma que ocorre com todas as substâncias químicas, os
efeitos para saúde associados com a exposição, segundo Olga, Camargo e
Batistuzzo (2008) dependerá do nível e da duração da exposição.
Para os mesmos autores as reações alérgicas ou a hipersensibilidade
com o produto poderam ocorrer de acordo com a exposição e por meio da
utilização e manipulação de forma de inadequada.
Leite e Amorim (2000) comentam que dependendo do tipo de exposição,
pode ser considerado irritante para o trato respiratório, pele e olhos. O contato
com os olhos poderá provocar irritação, vermelhidão e inchaço em
concentrações acima de 21 partes por milhão (ppm).
De acordo com o teste realizado em animais, considera-se que o acetato
de vinila apresenta uma baixa toxicidade aguda através de todas as vias
de exposição (OLGA; CAMARGO; BATISTUZZO, 2008).
Enfatiza Callister (2002) que quando descartado no meio ambiente é
rapidamente biodegradado por mecanismos aeróbios ou anaeróbios.
Já a emulsão aquosa de poliacetato de vinila é um líquido branco,
viscoso, livre de grumos, que apresenta um odor característico. Que é
considerado um composto sem características tóxicas com relação à
manipulação ou inalação, não devendo ser ingerido ou colocado em contato
com a as partes sensíveis da pele. Por ser utilizado para fazer colagens, há
uma vasta aplicação deste composto em diversas áreas (PEREIRA, 2009).
62
Segundo Olga, Camargo e Batistuzzo (2008) o poliacetato de vinila
poderá apresentar casos de intoxicação aguda caso a pessoa apresente
reações alégicas, no contato.
Entretanto para o mesmo autor, por ser considerado um produto que não
contem material perigoso, não é tóxico, porém pode apresentar
toxicidade aguda, causando irritação na pele e nos olhos, se inalado
poderá provocar dificuldade respiratória, a ingestão causa irritação
gástrica, podendo apresentar toxicidade crônica quando apresentar irritação
na pele com o surgimento dermatites de contato, irritações nos olhos e a
ingestão promove dores no estômago. Estes casos podem ainda
estar relacionados com as reações alérgicas ou hipersensibilidade.
Ressaltam Alfrey e Gurnee (1971) que o PVA é um composto químico
utilizado para diversas aplicações na área industrial, não sendo recomendado
ingerir, ou utiliza-lo incorretamente.
Tais recomendações se fazem necessárias para manter a segurança e
evitar intoxicações. Pois não há efeitos adversos funcionais e neurológicos
atribuídos ao produto (PEREIRA, 2009).
3.3.3 Toxicologia do polímero de entretenimento
De acordo com Callister (2002) o polímero de entretenimento, é uma
macromolémula formada de monômeros que não apresentam nenhum grau
toxicológico ao organismo, se utilizado de forma adequada e seguindo as
recomendações.
Segundo Leite e Amorim (2000) a simples manipulação do polímero, não
causará nenhum dano ou organismo. O procedimento experimental oferece
total segurança, para trabalhar o conceito da reação de polimerização de forma
lúdica e interativa.
Convém lembrar, que o polímero de entretenimento não deve ser
ingerido, após a manipulação deve-se lavar as mãos, entre outras
recomendações especificadas pela Associação Brasileira dos Fabricantes de
Brinquedos (ABRINQ), organização fundada em 1985, que tem como objetivo,
avaliar a qualidade e a segurança dos brinquedos que são inseridos no
mercado (ABRINQ, 2013).
63
O Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia (INMETRO),
é um órgão que também é responsável pela certificação dos produtos, através
das normas e das leis, que avalia por meio da metrologia a conformidade, e
estabelece as metodologias para manipulação do polímero, além de promover
a harmonização das relações de consumo com a competitividade, para que
estejam dentro dos padrões estabelecidos pelas instituições (INMETRO, 2013).
Cuidados devem ser tomados, afim de se evitar que casos de
intoxicação venham ocorrer, minimizando os níveis de contaminação através
da divulgação das recomendações e dos procedimentos de manipulação, com
a finalidade de impedir os prejuízos ao organismo e ao meio ambiente (OLGA;
CAMARGO; BATUSTUZZO, 2008).
O polímero de entretenimento é um brinquedo conhecido aqui no Brasil
como geléca ou amoeba, no exterior como slime, flubber, pettimoko, em outras
partes do mundo recebe denominações diferentes segundo Pereira (2009).
Ainda de acordo com o mesmo autor ele consiste em uma massa colorida de
comportamento de fluido não newtoniano, que apresenta características líquida
e sólida ao mesmo tempo.
3.3.4 Toxicologia dos corantes
Os diversos corantes alimentícios que existem atualmente são
substâncias que surgiram para proporcionar mais qualidades aos produtos,
pois transmitem aos materiais novas cores que realçam as que já possuem,
melhorando seu aspecto e seu valor. A indústria de corantes é considerada
como essencial, porque é um segmento que participa da maioria de todos os
processos produtivos, nas etapas de coloração, restauração ou uniformização
das cores (SHREVE; JUNIOR, 2008).
De acordo com Antunes (2007) a grande competição entre as diversas
indústrias produtoras de corantes, fez com que surgissem novos meios
produtivos, mais eficientes e mais baratos, que apresentem melhor pureza e
resistência contra a descoloração.
Nessa tentativa de oferecer corantes com cores mais fortes e sedutoras,
segundo Shreve e Junior (2008) as indústrias passaram a utilizar cada vez
mais os produtos orgânicos e os inorgânicos nos seus processos de fabricação
64
dos corantes sintéticos, que evidenciou a necessidade do estudo toxicológico,
para a verificação dos eventuais riscos para a saúde.
As maiorias dos corantes sintéticos que são utilizados na área
alimentícia e industrial, de acordo com os estudos realizados ao longo dos
anos, comprovaram o surgimento de problemas de alergia, efeitos colaterias,
entre outros malefícios para a saúde, todos os casos relacionados com a
ingestão de produto (PRADO; GODOY, 2003).
Entretanto a literatura toxicológica aponta somente os riscos e os
cuidados associados com a ingestão de corantes, segundo Antunes (2007) os
limites de tolerância de consumo permitido já fizeram vários outros corantes
artificiais, serem proibidos pela maioria dos países, devido ao risco
apresentado nos estudos realizados pela Codex Alimentares, órgão ligado à
Organização Mundial da Saúde (OMS).
Segundo Prado e Godoy (2003), as legislações brasileiras atualizada
com as demais leis internacionais permitem a utilização de somente onze
corantes sintéticos. Essa autorização para utilização, não anula seus efeitos
adversos para a saúde, mas recomenda a utilização de corantes naturais, pois
são mais benéficos para o organismo.
Portanto a utilização dos corantes sintéticos na fabricação de objetos e
materiais, não apresenta nenhum risco à saúde, pois sua finalidade de
utilização é proporcionar aos produtos fabricados, uma aparência melhor com
cores mais vivas e chamativas, a fim de poderem ser comercializados com a
maior facilidade (MIDIO; MARTINS, 2000).
Para a fabricação do polímero de entretenimento indica-se a utilização
de corantes alimentícios, para que o material depois de preparado apresente
uma característica visual melhor, sem apresentar risco para a saúde, já que a
macromolécula é um material produzido para ser manipulado e não ingerido.
Midio e Martins (2000) enfatizam que a simples manipulação não
provoca nenhum efeito toxicológico, entretanto a maioria dos efeitos adversos
está relacionada com a ingestão de alguns corantes artificiais atualmente
proibidos, já que o número de corantes artificiais que comprovadamente não
apresentam nenhum risco à saúde é muito pequeno, além disso, tende a ficar
cada vez mais reduzido, de acordo os resultados que as novas pesquisas
possam revelar.
65
3.3.5 Toxicologia das essências
Os aromatizantes ou flavorizantes de acordo com Feltre (2004) são
substâncias que intensificam ou conferem aromas e sabor aos alimentos e
produtos por meio de essências naturais ou sintéticas.
As essências naturais são obtidas por métodos físicos, microbiológicos
ou enzimáticos a partir de matérias primas naturais presentes nas folhas, flores
e aromas dos frutos, através da destilação de arraste com vapor, enquanto que
as sintéticas são produzidas industrialmente por meio da síntese de
substâncias químicas que apresentam uma estrutura semelhante á matéria
prima original (SANTOS; ALVES; FIGUEIRÊDO; et al, 2004).
Segundo Feltre (2004) as indústrias produzem atualmente grandes
quantidades de ésteres ou essências sintéticas, que são utilizados nas áreas
alimentícias, farmacêuticas, de produtos cosméticos, de limpeza, de
perfumaria, entre outras, para proporcionar mais qualidades aos produtos
finais.
Com o avanço tecnológico na produção de diversos tipos de
aromatizantes ou essências sintéticas, houve-se a necessidade de pesquisar
os efeitos toxicológicos dessas substâncias no organismo, segundo Prado e
Godoy (2003), comprovando-se que o uso desses flavorizantes não apresenta
nenhum risco para a saúde, porém o contato repetido e prolongado pode
causar alergias ou irritações na pele, caso a pessoa apresente uma
hipersensibilidade ao produto.
Mello, Thomé e Lima (2004) destacam que todas as essências
aromáticas, que são produzidas atualmente, devem estar de acordo com os
padrões de qualidade estabelecidos através das análises cromatográfica e
físico química para a verificação da qualidade do produto por meio da ausência
de impurezas ou substâncias que possivelmente possam causar riscos para a
saúde.
CAPÍTULO IV
4 MATERIAIS E MÉTODOS
A metodologia aplicada neste trabalho baseiou-se em duas etapas, na
primeira etapa realizou-se uma apresentação teórica sobre o assunto em
questão para os discentes do IV e VI semestres do Curso de Bacharelado em
Química, do Centro Universitário Católico Salesiano Auxilium (Unisalesiano) de
Lins/SP. Na segunda etapa os mesmos discentes que realizaram a atividade
experimental, aplicando-se os conhecimentos teóricos na prática, para
produção do polímero de entretenimento de forma lúdica e interativa. Em
seguida aplicou-se um questionário com nove perguntas fechadas de múltipla
escolha e uma questão aberta, para analisar se os procedimentos teóricos e
práticos desenvolvidos facilitaram e favoreceram o processo de ensino de uma
maneira simplificada e abrangente.
Os procedimentos foram realizados em dois dias, para um total de
quarenta e quatro discentes, sendo vinte e oito do VI semestre e dezesseis do
IV semestre.
No primeiro dia as atividades teóricas e práticas foram desenvolvidas
com a turma do IV semestre, no segundo dia realizou-se o mesmo
procedimento com o VI semestre.
Na apresentação teórica os conceitos sobre polímeros, foram abordados
de uma maneira supostamente compreensível e abrangente, por meio da
definição de forma simplificada, através da reação de polimerização utilizando
o método comparativo com clipes em forma de corrente ou dos vagões de um
trem, como facilitador do aprendizado do procedimento de obtenção do
polímero, durante uma reação de adição, bem como a preparação do polímero
de entretenimento e sua aplicação.
Após a apresentação da teoria sobre os polímeros, os discentes
realizaram a atividade experimental, utilizando-se os conceitos teóricos na
prática, para a obtenção do polímero de entretenimento a base de PVA, que
apresenta características a flexibilidade, a elasticidade e a viscosidade,
67
características de um fluído não newtoniano.
Nesse contexto, a realização do procedimento experimental no
laboratório, visou abordar os conceitos teóricos na prática de forma lúdica e
interativa, incentivando os discentes por meio da manipulação do polímero
produzido, para que ambos conheçam as propriedades do material produzido.
Depois da aplicação do procedimento teórico e do desenvolvimento da
atividade experimental, aplicou-se um questionário com nove perguntas
fechadas e uma pergunta aberta, sobre os conceitos que foram abordados na
teoria e na prática.
Os resultados do questionário procurou verificar se os conceitos teóricos
e práticos que foram desenvolvidos, realmente facilitaram e favoreceram o
processo de ensino-aprendizagem.
Na elaboração desse instrumento de avaliação optou-se pela aplicação
da maioria de questões fechadas de fácil compreensão e apenas uma questão
aberta, para que os discentes pudessem correlacionar a teoria com a prática,
utilizando somente os conhecimentos obtidos durante a aplicação da
metodologia.
4.1 Aspectos metodológicos
Na primeira etapa do desenvolvimento das atividades, utilizou-se duas
aulas teóricas e expositivas, para a apresentação dos conceitos sobre
polímeros, empregando os recursos disponíveis e tecnológicos,
disponibilizados pelo Unisalesiano de Lins, como a utilização de data show
para a apresentação e sala climatizada, permitindo e garantindo ao máximo a
participação dos discentes, para que pudessem interagir com os conteúdos
abordados, para o esclarecimento de suas possíveis dúvidas, além de
proporcionar o contato direto com as amostras de polímero de entretenimento.
Na segunda etapa, foi utilizado duas aulas para realização da atividade
experimental, no Laboratório de Química e Controle de Qualidade do
Unisalesiano, sendo que os trinta minutos finais, foram destinados para que os
discentes respondessem o questionário.
Na atividade experimental um roteiro com o procedimento para obtenção
do polímero foi disponibilizado para os grupos que se formaram no laboratório.
68
Em cada bancada, os discentes realizaram o experimento, de forma adequada,
com organização e segurança, com a supervisão e orientação dos
pesquisadores.
Dessa forma foram utilizados aproximadamente quatro horas para o
desenvolvimento de toda a atividade teórica e prática.
O planejamento da metodologia é a etapa onde há a idealização de
como o projeto, abordando os detalhes, para a conceitualização e verificação
das reações de polimerização para que ocorram uma interação entre os
conceitos abordados, para facilitação do aprendizado.
4.2 Metodologia / procedimento
O procedimento experimental aplicado visou produzir o polímero de
entretenimento ou geléca, através da reação de polimerização, utilizando
somente materiais de baixo custo, proporcionando a interação com o polímero
por meio da demonstração de suas propriedades físicas como a elasticidade, a
viscosidade e a flexibilidade.
Para a realização do experimento, utilizou-se uma solução de
Na2B4O7.10 H2O a 4%, preparada previamente e uma solução aquosa de cola
a base de PVA, na proporção de 1:1, além de outros reagentes como o corante
alimentício, para que o polímero apresentasse uma coloração e essências para
que o material apresentasse um odor agradável.
Para o desenvolvimento da atividade prática, preparou-se 100 mL da
solução de cola a base de PVA na proporção de 1:1, utilizando uma parte de
cola e uma parte de água destilada, ou seja 50 mL de cola e 50 mL de água.
Utilizou-se um bécker de 250 mL, para realização desta etapa. Homogeneízar
a amostra até a completa dissolução da cola.
Observou-se que a viscosidade da cola diminuiu, pois a diluição faz com
que as macromoléculas do PVA se transformem em monômeros de acetato de
vinila, preparando o material para um novo processo de polimerização.
Após a dissolução da cola, adicionou-se algumas gotas de corante
alimentício e homogeneizou-se com o bastão de vidro.
Foi medido na proveta de 50 mL, um volume de 34 mL de solução de
Na2B4O7.10 H20 a 4%.
69
Para realização da etapa de polimerização, deve-se adicionar aos
poucos a solução de Na2B4O7.10 H20 a 4 % no bécker de 250 mL onde se
encontra a solução de cola. E com o bastão de vidro, agitar devagar a mistura.
Observou-se que após alguns segundos de agitação a consistência da
mistura começou a ficar gelatinosa e pegajosa em volta do bastão de vidro.
Recomenda nessa faze da polimerização
Quando a mistura começou a desgrudar das paredes do bécker,
retirou-se a massa, conhecida como polímero de entretenimento ou geléca do
bécker e manipulou com as mãos.
A sugestão da adição de essência (opcional) poderá ser feita no final, a
fim de se evitar qualquer interferência no processo de polimerização do acetato
de vinila, pois a simples manipulação já faz com que as características da
essência se agregue ao produto.
Após a polimerização e antes da manipulação do polímero de
entretenimento, molhou-se as mãos com um pouco de água, para o polímero
não grudar nas mãos.
Para o polímero não ficar muito mole e pegajoso, adicionou-se mais de
solução de Na2B4O7.10 H2O a 4%, aos poucos, e o mesmo adiquiriu uma
consistência mais firme.
Depois que o polímero de entretenimento ficou pronto, homogeneizou-se
a massa com as mãos e verificou-se as propriedades flexíveis, elástica e
viscosa, apresentada pelo polímero.
Após a obtenção do polímero, sugeriu-se aos discentes embalar o
polímero em sacos plásticos ou em uma embalagem fechada, para evitar que
o polímero seque, ao perder água por evaporação.
Caso o polímero de entretenimento começar a ficar quebradiço e
ressecado, os discentes foram orientados, que adicionem um pouco de água
adicione um pouco de água ao polímero e manipule-o com as mãos. Lave as
mãos após brincar com o polímero.
As proporções, apresentadas na tabela 4 devem ser consultadas, para
se preparar volumes maiores de solução de PVA, bem como a quantidade de
solução de Na2B4O7.10 H20 a 4 % necessária para o processo de
polimerização.
70
Tabela 4: Proporção para diluição do PVA e quantidade de
tetraborato de sódio necessária para polimerização.
Cola Água Solução de Volume de
PVA (1:1) Na₂B₄O7.10 H20 a 4%
25 mL 25 mL 50 mL 17 mL
50 mL 50 mL 100 mL 34 mL
100 mL 100 mL 200 mL 68 mL
150 mL 150 mL 300 mL 102 mL
200 mL 200 mL 400 mL 136 mL Fonte: Elaborada pelo autores.
4.3 Teste de dosagem
A importância da realização do teste de dosagem para identificar a
quantidade correta da solução de Na2B4O7.10 H2O a 4% que deverá ser
utilizado para a polimerização da solução de PVA, se faz necessário para
definir a proporção correta para ocorrência da polimerização.
Entretanto os diversos tipos de colas a base de PVA, disponíveis no
mercado, apresentam concentrações diferentes e essa variação na
concentração faz com que a quantidade correta da solução de Na2B4O7.10 H2O
a 4% também varie para mais ou para menos, isso dependerá da concentração
correta da cola a base de PVA utilizada no procedimento experimental.
Para realização da dosagem, deve-se fazer a diluição da cola a base de
PVA na proporção de 1:1, separar 50 mL dessa amostra em um bécker,
colocar 10 mL de solução de Na2B4O7.10 H2O a 4%, tetraborato de sódio a 4 %
em uma proveta de 10 ml e adicionar aos poucos sob a solução de PVA.
Após cada adição homogeneíze a amostra, quando começar o processo
de polimerização com a formação de uma massa gelatinosa e firma, desse
ponto para frente, fazer a dosagem aos poucos, quando o polímero começar a
desgrudar das paredes do bécker, indica que o processo de polimerização se
completou. Anote o volume gasto na proveta em mL e refaça novamente a
tabela 4, indicando o novo volume de Na2B4O7.10 H2O a 4% que foi necessário
para completa polimerização de 50 mL da nova solução de PVA que estava
sendo testada.
Baseado nesse dado é possível, obter as demais quantidades de
71
solução de Na2B4O7.10 H2O a 4%, para qualquer quantidade dessa solução de
PVA a 1:1, realizando somente uma simples regra de três.
Devido as variações das concentrações das colas a base de PVA,
sempre que ocorrer a troca de um tipo de cola por um outro tipo de cola
diferente, deverá ser realizado o teste de dosagem, para saber a quantidade
correta para polimerização, para que os erros experimentais sejam eliminados.
Realizando-se este teste, pode-se definir com clareza qual é a
verdadeira quantidade de Na2B4O7.10 H2O a 4%, que polimeriza uma solução
aquosa de PVA a 1:1.
CAPÍTULO V
5 DISCUSSÕES E RESULTADOS
Os resultados obtidos por meio dos questionários aplicados para os
discentes do IV e VI semestres do Unisalesiano, foram tabulados por meio da
análise prévia de cada questão abordada, a fim de verificar se os
procedimentos teóricos e práticos desenvolvidos facilitaram o processo de
ensino-aprendizagem de uma forma abrangente.
Conforme nota-se na figura 21, referente a questão 1, um total de 93 %
dos discentes acertaram que as ligações químicas formadas entre os
monômeros, por meio de uma reação de polimerização do PVA é do tipo
cruzada e apenas 7 % erraram, provavelmente porque não conseguiram
correlacionar a diferença de uma ligação química covalente ou cruzada onde
há um compartilhamento de elétrons, para uma ligação iônica onde ocorre a
doação de elétrons.
Os 93 % de acertos na questão 1, indicam que a maioria dos discentes
conseguiram entender que a reação de adição que ocorre no processo de
polimerização, fazendo com que os monômeros se agrupem por meio das
ligações cruzadas, covalentes ou reticuladas.
Figura 21: Ligações química entre os monômeros.
Fonte: Elaborada pelos autores.
93%
7%
Ligaçõescruzadas
Ligaçõesiônicas
73
Propôs-se na segunda questão, que o discente pudesse associar que
toda reação de polimerização, ocorre obrigatoriamente sob determinada
pressão, temperatura e na presença de um catalisador, para a formação de
uma macromolécula ou polímero.
Analisando os dados obtidos na figura 22, referente à questão 2,
nota-se que 61 % dos discentes acertaram que a substância formada após a
reação de polimerização é a macromolécula, enquanto que 39 % erraram pois
acredita-se que tiveram dificuldade de lembrar que quando os monômeros se
agrupam por meio de uma reação de polimerização, um monômero vai se
agrupando a outro sucessivamente para a formação de uma macromolécula
que apresenta vários monômeros interligados entre si, por meio das ligações
cruzadas.
Figura 22: Substância formada após a reação de polimerização.
Fonte: Elaborada pelos autores.
De acordo com a figura 23, referente à questão 3, observa-se que 75 %
dos discentes acertaram que o processo de transição vítrea, faz com que os
polímeros de PVA, perca água por evaporação, deixando de ser flexível e se
tornando um polímero rígido, compacto e sólido, enquanto que 25 % erraram
porque provavelmente se confundiram ou não lembraram que após o processo
de polimerização, o polímero perde água por evaporação se desidratando,
deixando de ser flexível para se tornar um material sólido.
Por meio do processo de transição vítrea são obtidos diversos materiais,
32%
5%
2%
61%
Monômero
Trímero
Micromolécula
Macromolécula
74
a transição representa a temperatura em que ocorre a instabilidade das
cadeias moleculares com a mudança de estado, fazendo o material tornar-se
rígido.
Figura 23: Perda de água por evaporação no processo de
transição vítrea.
Fonte: Elaborada pelos autores.
Segundo os resultados apresentados na figura 24, referente a questão
4, nota-se que 59 % dos discentes acertaram que o polímero a base de PVA
apresenta características de um fluído não newtoniano, se comportando como
sólido e líquido ao mesmo tempo, variando de acordo com o grau de
deformação aplicado sobre o material, enquanto que 41 % erraram
provavelmente porque não conseguiram correlacionar o que foi trabalhado na
teoria e desenvolvido na prática, conforme notou-se nas respostas.
As propriedades do fluído não newtoniano fazem com que
determinados polímeros ou certos materiais, se comportem como sólido e
líquido ao mesmo tempo, tendo a viscosidade variada de acordo com a força
aplicada, não apresentando viscosidade definida, o que faz com que o polímero
apresente características engraçadas, como as obtidas durante a realização da
atividade experimental no laboratório, comprovando-se tais características
apresentadas pelo polímero de PVA, pela maioria dos discentes, no entanto
quando se exerce uma pressão sobre o polímero, apertado com as mãos,
75%
25%
Correto
Errado
75
verifica-se que o mesmo se comporta de forma sólida e firme, agora ao deixar
parado alguns instantes percebe-se um comportamento de forma líquida,
quase escorrendo.
Figura 24:Comportamento de um fluído não newtoniano.
Fonte: Elaborada pelos autores.
Conforme nota-se na figura 25, referente à questão 5, um total de 89 %
dos discentes acertaram que o ânion borato (B(OH)4-), atua na reação de
polimerização do PVA como agente ligante e somente 11 % erraram pois
acredita-se que não conseguiram interpretar o que a questão estava pedindo
ou possivelmente se confundiram.
Figura 25: Função do ânion borato na reação de polimerização.
Fonte: Elaborada pelos autores.
41%
59%
Não
Sim
11%
89%
Agenteseparador
Agente ligante
76
De acordo com a figura 26, referente à 6 questão, verifica-se que 93 %
dos discentes acertaram a questão que aborda a utilização dos conceitos
teóricos e práticos na produção de PVA, comprovando que a aplicação destes
conceitos realmente funciona, pois facilita o processo de ensino-aprendizagem,
tais ferramentas ajudam na de compreensão dos conteúdos teóricos,
trabalhando-se na prática. Em contrapartida somente 7 % dos discentes
erraram provavelmente porque não conseguiram compreender alguma etapa
da parte teórica ou da prática que foi desenvolvida ou acredita-se que essa
quantidade de discentes tiveram dificuldades de relacionar a teoria com a
prática.
Figura 26: Conceitos teóricos e práticos no ensino-aprendizagem.
Fonte: Elaborada pelos autores.
Por meio dos resultados apresentados na figura 27, referente à
questão 7, nota-se que 86 % dos discentes acertaram que a aplicação dos
conceitos apresentados facilita o aprendizado da reação de polimerização. Pois
com a aplicação do método dos clipes, da corrente ou dos vagões se torna
possível fazer uma comparação de forma simplificada, de fácil memorização
que facilita o ensino, comprovando o resultado obtido.
Enquanto que apenas 14 % dos discentes erraram a sétima questão,
provavelmente devido a falta de compreensão e de assimilação da proposta
oferecida. Acredita-se que a solução para alcançar resultados satisfatórios
nessa etapa de aprendizado seria a dedicação.
93%
7%
Sim
Não
77
Figura 27: Conceito explicativo no ensino-aprendizagem.
Fonte: Elaborada pelos autores.
Segundo a figura 28, referente à questão 8, nota-se que 86 % dos
discentes acertaram a questão que definiu que através do processo de ensino-
aprendizagem é possível verificar experimentalmente que o polímero de
entretenimento é uma macromolécula flexível, viscosa e elástica, devido as
ligações covalentes ou reticulações que se formaram entre os monômeros. Na
realização da atividade experimental foi possível comprovar e verificar, a
presença dessas propriedades no polímero que foi produzido
experimentalmente, facilitando portanto o reconhecimento de tais
características. Porém 14 % dos discentes erraram essa pergunta
provavelmente por desatenção durante o desenvolvimento teórico e prático.
Pois para se construir o raciocínio, obrigatoriamente o discente deve entender,
para poder correlacionar os conhecimento obtidos, possivelmente aplicando-os
na prática.
No entanto devido a essas características que o polímero de
entretenimento apresenta, lhe é conferido qualidades, que agregam mais valor
ao produto final. Dessa forma tornou-se possível utilizá-lo no processo de
ensino, facilitando o ensino e proporcionando a divulgação das propriedades do
polímero de entretenimento. Para assimilação dos conteúdos difíceis, aplica-se
métodos determinados pela relação objetivo e conteúdo, para que o discente
pudessse correlacionar todas as informações obtidas.
14%
86%
Não
Sim
78
Figura 28: Macromolécula flexível, viscosa e elástica.
Fonte: Elaborada pelos autores.
Conforme a figura 29, referente à questão 9, nota-se que 93 % dos
discentes acertaram que o processo de ensino-aprendizagem, acerca da
formação dos polímeros pode ser facilitado com a execução de atividades
experimentais, sendo comprovado pelo resultado obtido, enquanto que apenas
7 % erraram, provavelmente porque tiveram dificuldade em associar a teoria à
prática.
Figura 29: O ensino é facilitado com a realização de atividades
experimentais.
Fonte: Elaborada pelos autores.
86%
14%
Correto
Errado
93%
7%
Sim
Não
79
De acordo com a figura 30, referente à 10 questão, por meio da questão
aberta, observa-se que 77 % dos discentes confirmaram que o processo de
ensino-aprendizagem, acerca da formação dos polímeros apresenta melhor
aproveitamento durante a realização do experimento, pois a atividade prática
se torna mais cativante, quando se realiza uma relação entre a teoria com a
atividade experimental. Enquanto que 23 % dos demais discentes declararam
que o processo de ensino-aprendizagem apresentou melhor aproveitamento
somente durante a explanação teórica, provavelmente porque conseguiram
assimilar e entender os conteúdos abordados teoricamente de forma
simplificada sem realizar a prática.
Analisando os resultados obtidos, alguns discentes declararam que
somente coma a explanação teórica, tornou-se possível obtenção uma
aprendizado sem a realização da atividade prática.
Figura 30: A) Aproveitamento do processo de ensino-aprendizagem.
Fonte: Elaborada pelos autores.
Conforme a figura 31, ainda referente à questão 10, nota-se que 84 %
dos discentes justificaram a alternativa selecionada, desse total 77 %
comentaram a importância da realização das atividades experimentais que
favorecem o processo de ensino-aprendizagem e apenas 7 % comentaram a
sua importância durante a realização da explanação teórica.
Enquanto que 16 % dos demais discentes, não justificaram a questão,
pois selecionaram provavelmente a opção durante a explanação teórica,
23%
77%
Durante aexplanação teórica
Com a realização doexperimento
80
acredita-se que somente com a teoria foi possível, construir o conhecimento
devido a isso não quiseram expor sua opinião.
Figura 31: B) Aproveitamento do processo de ensino-aprendizagem.
Fonte: Elaborada pelos autores.
De acordo com a figura 32, foi possível realizar uma avaliação geral do
processo de ensino-aprendizagem, durante a realização das atividades teórica
e práticas desenvolvidas, por meio da nota obtida após a aplicação do
questionário.
Figura 32: Avaliação do ensino-aprendizagem.
Fonte: Elaborada pelos autores.
84%
16%
Justificaram aquestão
Não Justificarama questão
14%
55%
11%
5%
5% 4%
2% 2% 2%
10 questões
9 questões
8 questões
7 questões
6 questões
5 questões
4 questões
3 questões
2 questões
Acertaram:
81
Segundo os resultados obtidos 55 % dos discentes acertaram 9
questões, 14 % acertaram 10 questões, 11 % acertaram 8 questões, 5 %
acertaram 7 questões, outros 5 % acertaram 6 questões, 4 % acertaram 5
questões, 2 % acertaram 4 questões, outros 2 % acertaram 3 questões e
finalmente outros 2 % acertaram novamente 2 questões.
Considerando-se o total de acertos para análise de aproveitamento no
aprendizado, de oito a dez como uma nota ótima, de cinco a sete como uma
nota boa e de dois a quatro como nota ruim, verificou-se que 80 % dos
discentes apresentaram uma nota ótima, comprovando que o desenvolvimento
das atividades teóricas e práticas realmente favoreceram o processo de
ensino-aprendizagem, pois nota-se um aproveitamento além de 50%.
Esses 80% dos discentes equivalem a 35 alunos, do um total de 44
pessoas que participaram da atividade teórica e prática.
Enquanto que 14 % dos discentes apresentaram uma nota boa, pois só
acertaram somente de 5 a 7 questões, do total de discentes analisados, 14 %,
equivale a 6 alunos.
Já o restante, equivalente a 6 % dos discentes apresentaram uma nota
ruim, pois acertaram somente de duas a quatro questões. Do total de discentes
analisados, 6 % equivale a 3 alunos.
Analisando os resultados obtidos comprovou-se que os conceitos
trabalhados na teoria e na prática possibilitaram a melhoria do processo de
ensino-aprendizagem.
CONCLUSÃO
Os polímeros naturais e os sintéticos revolucionaram o cotidiano e o
estilo de vida das sociedades atuais. Os naturais fazem parte da vida do
homem desde 1 000 anos a.C., e os sintéticos como o polietileno ou “plástico”,
como são comumente conhecidos desde o século XX, facilitam a realização
das atividades diárias e hoje é praticamente impossível imaginar o dia-a-dia
sem polímeros, já que estão na composição química dos vestuários, utensílios
domésticos e industriais, instrumentos hospitalares, brinquedos, destacando-se
entre diversos materiais desenvolvidos com o avanço tecnológico
proporcionando conforto e comodidade.
A ciência de polímeros contribuiu para a transformação radical do
desenvolvimento tecnológico, para o desenvolvimento de novos materiais, além
de poder ser utilizado de forma criativa, como ferramenta facilitadora do
processo ensino-aprendizagem acerca das reações de polimerização.
A aprendizagem significativa em Química é essencial como instrumento,
para que se dê o ganho cognitivo buscado em um contexto onde o estudante é
agente ativo da construção de seu saber.
O processo de ensino e aprendizagem em Química não deveria ser
desenvolvido somente de forma teórica, mas na forma prática também, sempre
havendo uma ligação entre a escola e a vida, de forma que estas possam
contribuir para o desenvolvimento de competências e habilidades além da
efetiva aprendizagem dos discentes.
Cabe salientar que a relevância do desenvolvimento de atividades
práticas e lúdicas, como alternativa pedagógica e o foco deste trabalho
possibilitou constatar de forma clara e abrangente, a necessidade de se
municiar de processos, materiais e linguagens significativos de aprendizagem,
minimizando assim a dificuldade de compreensão, colaborando para que o
discente consiga observar a relevância do conteúdo estudado e possa atribuir
sentido a este, o que incentiva a uma aprendizagem significativa e, portanto,
duradoura.
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APÊNDICE
APÊNDICE A - Teste Teórico / Experimental
CENTRO UNIVERSITÁRIO CATÓLICO SALESIANO
AUXILIUM
Nome: ________________________Bacharelado em Química / ___º Semestre
TESTE TEÓRICO / EXPERIMENTAL
1) Na polimerização do PVA, os monômeros são agrupados através de uma
reação de adição, por meio de que ligações?
a) ( ) Ligações cruzadas. b) ( ) Ligações iônicas.
2) Após a reação de polimerização, sob determinada pressão, temperatura e
na presença de um catalisador, ocorre a formação de que substância?
a) ( ) de um monômero. c) ( ) de uma micromolécula.
b) ( ) de um trímero. d) ( ) de uma macromolécula.
3) O processo de transição vítrea, faz com os polímeros de PVA, perca água
por evaporação, deixando de ser flexível e se tornando rígido, compacto e
sólido.
a) ( ) Verdadeiro. b) ( ) Falso.
4) O polímero a base de PVA, apresenta características de um fluído não
newtoniano, que se comporta de forma líquida e sólida ao mesmo tempo,
variando de acordo com a grau de deformação aplicado sobre o material.
a) ( ) Não. b) ( ) Sim.
5) O tetraborato de sódio (Na2B4O7.10 H2O) ao ser dissolvido na água,
estabelece o equilíbrio químico, formando o ânion borato (B(OH)4-), que atua
na reação de polimerização do PVA como:
a) ( ) Agente separador. b) ( ) Agente ligante
6) A utilização dos conceitos práticos na produção do PVA, de forma
simplificada e abrangente, facilita o ensino-aprendizagem do processo de
polimerização de forma dinâmica e lúdica.
a) ( ) Sim. b) ( ) Não.
7) O conceito explicativo, através do método do clipes, da corrente, ou dos
vagões de um trem, facilita o aprendizado da reação de polimerização, de uma
forma mais dinâmica e abrangente.
a) ( ) Não. b) ( ) Sim.
8) Através do processo de ensino-aprendizagem é possível verificar
experimentalmente que o polímero de entretenimento é uma macromolécula
flexível, viscosa e elástica, devido as ligações covalentes ou reticulações, que
se formaram entre os monômeros.
a) ( ) Correto. b) ( ) Errado.
9) O processo de ensino-aprendizado acerca da formação de polímeros pode
ser facilitado pela execução de atividades experimentais?
a) ( ) Sim. b) Não.
10) O processo de ensino-aprendizagem, acerca dos polímeros teve melhor
aproveitamento:
( ) Durante a explanação teórica.
( ) Com a realização do experimento.
Justifique sua resposta.
R:_____________________________________________________________
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