O que são polímeros e qual o seu papel na indústria?

Para começar a entender o que são os polímeros, basta olhar a sua volta: sua garrafa d’água de plástico, o material emborrachado dos seus fones de ouvido, o case do seu smartphone e até mesmo os pneus do carro da sua família.

Os polímeros também compõem o ser humano! Muitas proteínas em seu corpo são definidas como polímeros. Considere, por exemplo, a queratina, a substância da qual seu cabelo e unhas são feitos, até mesmo o DNA em suas células é composto por um polímero.

Definindo o que são polímeros

Por definição, os polímeros são grandes moléculas, ou macromoléculas feitas pela ligação (química) de uma série de blocos de monômeros. O monômero por sua vez é uma molécula que pode reagir junto com outras moléculas de monômero para formar uma cadeia polimérica maior ou uma rede tridimensional em um processo denominado polimerização.

A palavra polímero vem das palavras gregas poli, que significa “muitas”, e meros, que significa “partes”, portanto um polímero é conjunto molecular de “muitas partes”.

Cada uma dessas partes é chamada pelos cientistas de monômero (que em grego significa “uma parte”). Pense em um polímero como uma cadeia, com diversos monômeros formando essa cadeia. Esses monômeros podem ser simples – de apenas um átomo, dois ou três – ou podem ser formados por estruturas mais complicadas, em forma de anel, contendo uma dúzia ou mais de átomos.

Vale acrescentar que há diferenças práticas entre o que são polímeros artificiais e o que são polímeros naturais. Em um polímero artificial, cada um dos elos da cadeia frequentemente será idêntico a seus vizinhos.

Mas nas proteínas, no DNA e em outros polímeros naturais, os elos da cadeia geralmente diferem de seus vizinhos. Mesmo com essas diferenças, conseguimos encontrar semelhanças visuais entre polímeros naturais e artificiais, um exemplo disso é o silicone e a gelatina, que é formada por proteínas de colágeno, ou seja, polímeros naturais que se assemelham, de certa forma, com os polímeros artificiais do silicone.

Lã, algodão e seda são materiais à base de polímeros naturais usados desde sempre pela humanidade. A celulose, principal componente da madeira e do papel, também é um polímero natural. Podemos citar também as moléculas de amido feitas por plantas, como o milho.

Curiosamente, tanto a celulose quanto o amido são feitos do mesmo monômero, a glicose. No entanto, eles têm propriedades muito diferentes, sendo que o amido se dissolve na água e pode ser digerido pelos organismos vivos. Em contrapartida, a celulose não se dissolve e não pode ser digerida. A única diferença entre esses dois polímeros é como os monômeros de glicose foram ligados entre si.

Agora que a definição sobre o que são os polímeros ficou mais clara, vamos nos aprofundar em uma questão fundamental para a indústria plástica: o processo de polimerização.

O que é polimerização?

Qualquer processo no qual os monômeros se combinam quimicamente para produzir um polímero é denominado como polimerização.

As moléculas de monômero podem ser todas semelhantes ou podem representar dois, três ou mais compostos diferentes. Normalmente, pelo menos 100 moléculas de monômero devem ser combinadas para fazer um produto que apresente propriedades físicas exclusivas como: elasticidade, alta resistência à tração ou a capacidade de formar fibras.

Essas características diferenciam polímeros de substâncias compostas de moléculas menores e mais simples; frequentemente, milhares de unidades monoméricas são incorporadas em uma única molécula de um polímero. A formação de ligações químicas covalentes estáveis entre os monômeros diferencia a polimerização de outros processos, como a cristalização, na qual um grande número de moléculas se une sob a influência de forças intermoleculares fracas.

Existem muitos processos de polimerização usados para produzir os compostos plásticos, mas podemos citar dois tipos básicos que seriam a polimerização por reação em cadeia, conhecida como adição e a reação em etapas, também chamada de condensação.

A principal diferença entre a polimerização por adição e condensação é que, além da polimerização, os polímeros são formados pela adição de monômeros sem subprodutos, enquanto na polimerização por condensação, os polímeros são formados devido à condensação de mais de um monômero diferente, resultando na formação de pequenas moléculas como HCl, água, amônia e outros.

A importância dos polímeros para a indústria

A manipulação química de polímeros, de forma industrial, teve o seu início ainda no século XIX, embora na época a natureza dessas espécies não fosse compreendida. O comportamento dos polímeros foi inicialmente estudado de acordo com a teoria proposta por Thomas Graham que definia os polímeros como “os agregados coloidais de pequenas moléculas mantidas juntas por forças desconhecidas”.

Apesar da falta de conhecimento teórico, o potencial dos polímeros em fornecer materiais inovadores, acessíveis e baratos foi imediatamente reconhecido pela sociedade.

O trabalho realizado por diversos cientistas e entusiastas do final do século XIX ganhou ainda mais notoriedade durante a Primeira e Segunda Guerra Mundial, momento histórico marcado por grandes perdas sociais, porém com grandes avanços tecnológicos.

Em 1920, Hermann Staudinger publicou seu trabalho seminal “Über Polymerisation”, no qual propôs que os polímeros eram na verdade longas cadeias de átomos ligados por ligações covalentes. Seu trabalho foi amplamente debatido, porém finalmente aceito pela comunidade científica, depois de muitas opiniões divergentes. Por causa desse trabalho, depois de 33 anos, Staudinger recebeu o Prêmio Nobel em 1953.

Graças a esses desenvolvimentos tecnológicos, hoje contamos com centenas de combinações poliméricas que são usadas por toda cadeia de suprimentos industriais, da indústria de base ao varejo, do setor alimentício ao segmento automobilístico.

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