Nesse conteúdo abordaremos:
- O que são polímeros?
- Polimerização em solução;
- Polimerização em emulsão;
- Processo produtivo de polímeros.
O que são polímeros?
Os polímeros são materiais utilizados desde a Idade Antiga, porém sua produção sintética tornou-se possível apenas no século XX. Desde então, o uso de materiais poliméricos se expandiu nos diversos setores industriais por serem de menor custo de produção, mais leves que outras matérias primas, como a cerâmica e o metal, além de serem resistentes à corrosão eletroquímica. Polímeros, compostos orgânicos, formam-se pela ligação entre repetidos monômeros e, devido às variadas possibilidades de combinação, é possível formar compostos com diversas características e propriedades.
Além dos polímeros naturais, como a borracha e a celulose, os polímeros sintéticos, como os plásticos, obtidos através da polimerização industrial são amplamente aplicados na fabricação de diversos produtos, como garrafas PET, embalagens de isopor, equipamentos médicos e tintas. Os tipos de polímeros mais utilizados são os polietilenos, polipropilenos, poliésteres e poliuretanos, também chamados de polímeros commodities. Mas além deles, tem crescido o uso de poliacrilatos, policarbonatos e fluorpolímeros. Mais informações sobre impactos e tendências de plásticos, que são polímeros, podem ser vistas no conteúdo Plásticos: O Que São e Tendências Sustentáveis – Propeq. Não deixe de conferir!
Polimerização em solução
Uma das técnicas usadas na produção de polímeros é a polimerização em solução. Tal método ocorre em meio homogêneo (de uma só fase) e depende do uso de um solvente. Esse solvente tem influência tanto nos monômeros presentes quanto no iniciador químico da reação, normalmente organossolúvel. É interessante ressaltar também, que o processo desenvolvido em solução evita a formação de sub-produtos reacionais.
Uma das grandes vantagens envolvidas é a maior uniformidade das condições de polimerização, uma vez que os reagentes estão diluídos e dispersos no meio solúvel. Não só isso, como também é possível realizar um bom controle da temperatura, por conta da baixa viscosidade do meio e da menor velocidade de reação. Contudo, reações mais lentas podem ser um ponto negativo da técnica em questão, já que, de certa forma, limitam a produtividade.
Normalmente, quando utiliza-se o produto polimérico de interesse em sua forma dissolvida, como as tintas e vernizes, a adoção da polimerização em solução se torna conveniente. No entanto, nos casos em que é necessária a remoção e recuperação do solvente, surge uma dificuldade, já que este pode ser um composto tóxico ou de difícil manuseio. Em muitas situações, torna-se essencial a separação total dos polímeros fabricados e do meio solúvel, porque eventuais resíduos podem afetar a qualidade final do produto.
Polimerização em emulsão
Outra importante técnica utilizada na produção de polímeros é a polimerização em emulsão. É um processo heterogêneo empregado para a produção de polímeros na forma de partículas. Diferentemente da polimerização em solução, que é um processo homogêneo, a polimerização em emulsão contém mais de uma fase (meio contínuo e meio disperso).Ressalta-se que é uma técnica largamente utilizada na produção de adesivos, revestimento para papel e tintas para aplicações internas e externas.
Na polimerização em emulsão, os monômeros (pequenas unidades de repetição que formam um polímero) encontram-se dispersos em água (a fase contínua, imiscível com o monômero), sendo polimerizados por radicais livres provenientes da decomposição do iniciador, que, para essa técnica, é solúvel em água. Além disso, é importante destacar que surfactantes são utilizados para diminuir a tensão interfacial entre as fases dispersa e contínua, o que contribui para gerar a emulsão e para aumentar a estabilidade do sistema. O produto resultante da polimerização em emulsão é chamado de látex, dispersão coloidal estável de partículas poliméricas em um meio essencialmente aquoso.
Essa técnica possui diversas vantagens operacionais, como melhor controle de troca térmica (devido a utilização da água como fase contínua), menor viscosidade do meio e não necessidade de alta agitação. Além disso, possui uma vantagem sustentável pelo fato de não utilizar solventes orgânicos, diminuindo o uso de matérias primas provenientes de combustíveis fósseis. Deve-se citar também que, na polimerização em emulsão, há melhor controle do tamanho de partículas e de cadeia polimérica, além de elevadas taxas de reação. Considerando essas características, as partículas poliméricas resultantes dessa técnica geralmente possuem altos valores de massa molar, a qual pode ser controlada pelo uso de agentes de transferência de cadeia.
Processo produtivo de polímeros
Em geral, existem muitos processos e maquinários distintos dedicados à produção de polímeros, os quais variam de acordo com os produtos desejados e suas propriedades. De maneira simplificada, podemos resumir tal diversidade em algumas etapas e equipamentos recorrentes na maioria das indústrias de polímeros.
Primeiramente, com a matéria prima em mãos, é necessário prepará-la para o processo de polimerização. Isso pode ser feito por meio de transformações em sua forma, utilizando operações de trituração e granulação por exemplo, ou através do uso de aditivos e reações químicas que facilitam a ocorrência das etapas subsequentes.
Em seguida, com os reagentes prontos, a polimerização em si pode começar. Nessa etapa é comum o uso de reatores e misturadores, a fim de concretizar a reação de forma completa e eficiente. No ponto em questão há a diferenciação entre as reações de poliadição ou policondensação, as quais seguem caminhos distintos no processo produtivo. Também existe pluralidade nos métodos, que dependem do meio (homogêneo ou heterogêneo), conforme mencionado anteriormente, e levam a produtos diversos.
Agora que ocorreu a formação do polímero de interesse, sua forma deve ser alterada para que o produto final tenha as características e propriedades desejadas. Aqui inicia-se a etapa de transformação do polímero, que passa pela plastificação, conformação e estabilização de forma. Os principais equipamentos usados para os procedimentos mencionados são: trituradores, misturadores, dosadores, granuladores, compressores, etc. Todo esse maquinário contribui para a modelagem do polímero final.
Assim, a plastificação designa formas de alterar os produtos da reação de modo que eles possam ser facilmente transformados nos próximos passos. Já a conformação representa a modelagem e estruturação do polímero conforme desejado. Por fim, na estabilização de forma, há a cura do composto obtido através do aquecimento, resfriamento, endurecimento, entre outros.
Exemplos de rotas de transformação
É interessante ressaltar novamente que existem diversas variações nos métodos e procedimentos citados. A própria etapa de transformação pode ocorrer de maneiras diferentes. Por esse motivo, segue a lista de algumas das principais rotas de transformação a seguir, como forma de exemplificar toda essa variedade:
- Injeção
- Extrusão
- Sopro
- Termoformagem
- Rotomoldagem
Cada uma dessas alternativas abrange diferentes operações, equipamentos e etapas, assim como vantagens e desvantagens próprias. Cabe ao interessado na produção decidir qual é a melhor forma de atingir o polímero de interesse e quais propriedades e características são prioritárias durante o processo.
Após a transformação, o polímero produzido pode seguir para mais procedimentos específicos de adaptação ou transformação, sempre visando a melhor qualidade do produto final. Também há possibilidade das etapas citadas serem suficientes para a produção, ainda mais com tantas rotas e opções disponíveis.
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