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UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMI-ÀRIDO
CAMPUS CARAÚBAS
BACHARELADO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA
RELATÓRIO DAS PRÁTICAS REALIZADAS NO LABORATÓRIO DE QUÍMICA
APLICADA
CARAÚBAS
2024
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POLÍMEROS: PRODUÇÃO DO POLÍMERO UREIA-FORMALDEÍDO, Manuais, Projetos, Pesquisas de Química Aplicada
Demonstrar o processo de síntese e modelagem de um polímero utilizando ureia e formaldeído como componentes principais; • Produzir isopor utilizando poliestireno; • Produzir poliuretano; • Compreender a constituição química e as principais propriedades dos polímeros sintéticos amplamente utilizados no cotidiano, por meio de métodos simples de caracterização e identificação.
Tipologia: Manuais, Projetos, Pesquisas
2025
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UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMI-ÀRIDO
CAMPUS CARAÚBAS
BACHARELADO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA
RELATÓRIO DAS PRÁTICAS REALIZADAS NO LABORATÓRIO DE QUÍMICA
APLICADA
CARAÚBAS
LUANDSON GALVÃO DE MOURA
PRÁTICAS: LABORATÓRIO DE QUÍMICA APLICADA
Trabalho submetido ao Curso de Bacharelado em Ciência e Tecnologia do Departamento de Ciência e Tecnologia da Universidade Federal Rural do Semi-Árido (UFERSA), como requisito parcial para avaliação na disciplina de Laboratório de Química Aplicada, ministrada pelo professor Antonio Vitor Machado. CARAÚBAS 2024
1. INTRODUÇÃO
Este relatório tem como ponto principal apresentar as práticas realizadas no laboratório de Química Aplicada, destacando os procedimentos de segurança, os experimentos relacionados a Polímeros, destacados em: Produção do Polímero Ureia-Formaldeído, – Produção do Isopor utilizando Poliestireno, Produção de Poliuretano e Identificação de Polímeros Sintéticos. A produção do polímero ureia-formaldeído (UF) é amplamente adotada na indústria devido às suas excelentes propriedades adesivas, mecânicas e econômicas. Esse polímero termoendurecível é formado pela reação entre ureia e formaldeído, desempenhando um papel essencial em setores como a fabricação de móveis, painéis de madeira, adesivos e revestimentos. Sua popularidade é atribuída, em grande parte, ao baixo custo, à resistência térmica e mecânica, além de ser um material rígido e durável. No entanto, o UF apresenta desafios ambientais, principalmente devido à liberação de formaldeído, o que tem impulsionado a busca por alternativas mais sustentáveis. A síntese do UF ocorre em duas etapas principais: a metilolação, onde o formaldeído reage com a ureia para formar compostos intermediários; e a condensação, na qual esses intermediários se conectam, resultando em uma estrutura tridimensional estável e resistente. Esse processo, embora relativamente simples, permite a criação de materiais que atendem às diversas demandas da indústria moderna. A produção de isopor, conhecida tecnicamente como poliestireno expandido (EPS), é amplamente utilizada na indústria devido à capacidade de criar materiais leves e com excelentes propriedades isolantes. O poliestireno, um polímero termoplástico, ao ser expandido, forma uma estrutura de células fechadas que confere ao material alta eficiência no isolamento térmico e flutuabilidade. Essas qualidades tornam o isopor ideal para diversas aplicações, como embalagens, construção civil e conservação de produtos perecíveis. Além de suas propriedades físicas, o EPS se destaca por ser leve e reciclável, o que contribui para sua popularidade em diversos setores. No entanto, a produção e o descarte inadequado do EPS levantam sérias questões ambientais, especialmente em relação ao seu longo tempo de decomposição e à poluição causada por resíduos plásticos. Nesse contexto, a busca por alternativas mais sustentáveis e o desenvolvimento de tecnologias avançadas de reciclagem têm se tornado questões cada vez mais urgentes na discussão sobre o impacto ambiental do isopor. A produção de poliuretano é um processo industrial que resulta em um material altamente versátil, amplamente utilizado em uma variedade de aplicações, como a fabricação de espumas,
adesivos, revestimentos e elastômeros. A formação do poliuretano ocorre por meio de uma polimerização por adição, onde os monômeros, como isocianatos e polióis, reagem em condições controladas, gerando uma estrutura polimérica resistente e flexível. A crescente demanda por poliuretano em setores como o automotivo, construção civil e indústria de móveis reflete sua importância na economia moderna. Além disso, o poliuretano desempenha um papel crucial nas inovações relacionadas à eficiência energética e à sustentabilidade. O contínuo desenvolvimento de novas formulações e técnicas de produção promete expandir ainda mais suas aplicações, consolidando o poliuretano como um dos polímeros mais relevantes da atualidade. Os polímeros sintéticos surgiram para atender à demanda por materiais com propriedades que os polímeros naturais não ofereciam. Desde a criação da baquelite, o primeiro polímero sintético em 1907, a indústria se expandiu, gerando materiais como polietileno (PE), polipropileno (PP), poliestireno (PS) e poliéster (PET), que são amplamente usados devido à resistência, flexibilidade e baixo custo de produção. Esses polímeros desempenham um papel essencial em setores como embalagens, têxteis, automotivo e eletrônico. Formados pela repetição de monômeros, eles são leves, duráveis e resistentes a agentes químicos. Sua correta identificação é importante tanto para a indústria, garantindo a qualidade dos produtos, quanto para o meio ambiente, facilitando a reciclagem. A indústria química classifica os polímeros em várias categorias:
- Plásticos (termoplásticos): Moldáveis com o calor, são amplamente usados em embalagens e construção.
- Elastômeros: Materiais elásticos, como borrachas, usados em pneus.
- Resinas: Aplicadas em tintas e vernizes.
- Polímeros termorrígidos: Rígidos após a moldagem, usados em revestimentos.
- Fibras sintéticas: Usadas na indústria têxtil, como poliésteres e poliamidas. Esses materiais são fundamentais para inovações em eficiência energética e sustentabilidade.
3. MATERIAIS E REAGENTES
3.1 Produção do Polímero Ureia-Formaldeído ➢ 1 béquer de 600 mL, 1 de 100 mL, 3 de 50 mL e 2 provetas de 100 mL; ➢ Espátula, conta-gotas e bastão de vidro; ➢ Balança; ➢ Ebulidor; ➢ Forma; ➢ 10 g de ureia comercial; ➢ 19 mL de formaldeído 37% (m/v); ➢ 17 mL de soda cáustica 7% (m/v); ➢ Ácido clorídrico 3M; ➢ Corantes alimentícios. 3.2 Produção do Isopor Utilizando Poliestireno ➢ 1 béquer de 50 mL; ➢ 1 béquer de 500 mL; ➢ 2 Erlenmeyer de 150 mL; ➢ 2 proveta de 25 mL; ➢ Placa aquecedora; ➢ Balança; ➢ Peneira; ➢ 10 g de poliestireno; ➢ 20 mL de éter de petróleo; ➢ 10 mL de acetato de sódio. 3.3 Produção de Poliuretano ➢ 2 béqueres de 25 mL; ➢ 2 pipetas de 5 mL; ➢ 1 bastão de vidro;
➢ 1 vidro de relógio; ➢ 3 mL de Isocianato; ➢ 3 mL de Poliol; 3.4 Identificação de Polímeros Sintéticos ➢ Béquer de 100 mL; ➢ Seis tubos de ensaio; ➢ Estante para tubos de ensaio; ➢ Bico de Bunsen; ➢ Pinça de aço; ➢ Arame de cobre; ➢ Pedaços de diversos plásticos comercializados;Solução de Cloreto de sódio 1M (NaCl); ➢ Diclorometano; ➢ Tolueno; ➢ Acetona; ➢ Tetrahidrofurano; ➢ Dimetilformamida; ➢ Cloreto de sódio; ➢ Fitas de papel indicador de pH.
- Pipetaram-se 3 ml de isocianato e 3 ml de poliol em um vidro de relógio.
- A mistura foi homogeneizada utilizando um bastão de vidro.
- A mistura foi deixada em repouso por aproximadamente 10 minutos e foram observadas as mudanças ocorridas. 4.4 IDENTIFICAÇÃO DE POLÍMEROS SINTÉTICOS Para essa prática de identificação de polímeros sintéticos foram seguidas as seguintes etapas para o método experimental: Parte I: Densidade
- Colocou-se um pedaço da amostra em um béquer com água.
- Verificou-se se a densidade da amostra era superior ou inferior à da água (1 g/cm³).
- Colocou-se um pedaço de cada amostra, com densidade superior a 1 g/cm³, em um béquer com solução saturada de cloreto de sódio (densidade: 1,2 g/cm³). Verificou-se se a densidade da amostra era superior ou inferior a 1,2 g/cm³.
- Classificou-se a amostra conforme sua densidade. Parte II: Fusão e Decomposição Térmica
- Aqueceu-se um pedaço de cada amostra em um pequeno tubo de ensaio seco, utilizando um bico de Bunsen, observando a facilidade de fusão e a formação de produtos de pirólise (gases, líquidos e resíduos sólidos).
- Para verificar a acidez ou basicidade dos produtos de pirólise em fase gasosa, uma fita de papel indicador de pH, umedecida com água, foi colocada na boca do tubo de ensaio. Parte III: Queima
- Colocou-se um pedaço de cada amostra diretamente na chama de um bico de Bunsen, com o auxílio de uma pinça de aço.
- Observou-se o comportamento da amostra quanto à capacidade de sustentar a chama e às circunstâncias de queima, como formação de fumaça ou fuligem. Parte IV: Presença de Cloro
- Aqueceu-se um arame de cobre em um bico de Bunsen.
- Tocou-se o arame quente em um pedaço da amostra, de modo que um pouco do material aderisse ao arame.
- Aqueceu-se o arame intensamente com a amostra no bico de gás, observando-se a coloração da chama. A presença de cloro foi indicada pela cor verde. Parte V: Solubilidade em Diversos Solventes
- Verificou-se a solubilidade de pequenos pedaços das amostras em tubos de ensaio secos contendo aproximadamente 2 ml de diferentes solventes: tolueno, diclorometano, acetona e dimetilformamida.
- A solubilização foi monitorada por 10 minutos, com agitação ocasional dos tubos. Se não houvesse solubilização à temperatura ambiente, os tubos foram aquecidos cuidadosamente para novas observações.
processo previne a formação de reagentes remanescentes, garantindo um melhor rendimento. Durante a reação, a ureia libera calor, tornando a solução exotérmica. Figura 2 - Adição de Ácido clorídrico Fonte: Própria, 2024. A polimerização ocorre por condensação, na qual moléculas de água são eliminadas devido ao aquecimento. O mecanismo da reação envolve o ataque nucleofílico da ureia sobre o formaldeído, que atua como eletrófilo. Na etapa final, como mostra a Figura 3 o produto obtido endurece, formando uma rede tridimensional de cadeias cruzadas por meio de uma reação de condensação, resultando em uma estrutura incolor e estável. Figura 3 - Polímero endurecido Fonte: Própria, 2024. 5.2 PRODUÇÃO DO ISOPOR UTILIZANDO POLIESTIRENO
O poliestireno expandiu-se significativamente quando exposto à água fervente, formando uma estrutura esponjosa. Esse fenômeno é fundamental para a produção de isopor, onde a estrutura celular característica se forma devido à vaporização dos solventes e à pressão gerada pelo vapor interno. Comparação entre Éter de Petróleo e Acetato de Sódio: A eficiência da expansão variou entre os dois solventes, sendo que o éter de petróleo provavelmente resultou em uma expansão mais acentuada devido à sua alta volatilidade, facilitando a formação de bolhas no poliestireno. Propriedades do Material Obtido: O isopor produzido a partir do poliestireno mostrou-se leve, com excelentes propriedades de isolamento térmico e boa resistência a impactos, o que o torna ideal para diversas aplicações, como embalagens e na construção civil. 5.3 PRODUÇÃO DE POLIURETANO No experimento para produção de poliuretano obteve-se uma mistura inicial: quando o isocianato e o poliol são combinados, a solução inicialmente apresenta uma aparência fluida e líquida. Durante o processo de homogeneização, observa-se um aumento gradual na consistência, à medida que os componentes começam a reagir. No que diz respeito a reação química: após alguns minutos em repouso, a reação química se intensifica, resultando em mudanças visíveis, como o aumento da viscosidade e a formação de espuma. Solidificação da Mistura: aproximadamente após 10 minutos, a mistura começa a solidificar, transformando-se em um material mais firme, com consistência variando de um gel espesso a um sólido. Transformação de Fase: a mistura de isocianato e poliol passa de um estado líquido para um estado sólido ou semi-sólido, indicando que a polimerização ocorreu com sucesso. Esse processo é essencial na fabricação de poliuretano, onde as propriedades do produto final dependem da proporção entre os reagentes e a formulação do material. 5.4 IDENTIFICAÇÃO DE POLÍMEROS SINTÉTICOS Na primeira parte de identificação de polímeros sintéticos é possível observar resultados a partir de amostras com pequenos materiais poliméricos, onde sua classificação vai de acordo com a densidade inferior ou superior da água. A densidade pode ser determinada com precisão por meio da determinação da massa do polímero em ar e imerso em um líquido, como por
Figura 5 - Teste da chama Fonte: Própria, 2024. No teste de Solubilidade eram analisados os polímeros e os solventes em termos dos parâmetros de solubilidade como mostra a Figura 6 e 7. Tinha-se uma ideia da solubilidade do polímero no solvente quando o parâmetro de solubilidade do solvente era próximo ao do polímero. Ao realizar o teste, ocorriam as seguintes situações quanto ao polímero: solúvel à temperatura ambiente; insolúvel à temperatura ambiente, mas solúvel a temperaturas mais elevadas; apresentava inchamento; ou era insolúvel sem ocorrer inchamento. Os termoplásticos podiam ser solúveis, insolúveis ou solúveis em temperaturas elevadas. Os termorrígidos eram insolúveis e não apresentavam inchamento, mas podiam ser superficialmente atacados por solventes. Em borrachas, ocorria o fenômeno de inchamento, o qual era inversamente proporcional à densidade de ligações cruzadas. Figura 6 - Tubos de ensaio usados no experimento Fonte: Própria, 2024.
Figura 7 - Soluções no teste de solubilidade Fonte: Própria, 2024.
REFERÊNCIAS
ROCHA, Maria Valderez Ponte. Apostila do laboratório de química aplicada à engenharia. S.L: Ufersa, 2012. 80 p. UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO. Roteiro de Identificação de Polímeros CMII. Disponível em:https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/4133458/mod_resource/content/1/roteiro%201- %20indentifica%20de%20polimeros%20cmii-v01.pdf. Acesso em: 2 0 out. 2024.