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POLÍMEROS SINTÉTICOS: APLICAÇÕES, CARACTERÍSTICAS E
PROPRIEDADES A PARTIR DE UMA TRANSPOSIÇÃO DIDÁTICA
ANDRADE, Leandro^1 MACHADO, Fábio P.^2 RESUMO Na atualidade há um crescente número de polímeros disponível para satisfazer as diversas necessidades do ser humano. Esses materiais têm ampla utilização na indústria automotiva, em caixas e mecanismos para eletrodomésticos e aparelhos elétricos, entre muitos outros. Esta grande variedade de utilizações deve-se ao facto de possuírem excepcionais propriedades químicas, mecânicas e térmicas, especialmente polímeros especiais, que estão intimamente relacionadas, principalmente, com a sua composição química e estrutura. O estudo de polímeros é muito importante e no ensino deste conteúdo, visto que busca entender e discutir sua utilização e/ou reutilização, impactos do descarte desses materiais no meio ambiente e possibilidades de reciclagem. Nesse contexto, essa pesquisa objetiva desenvolver uma proposta que oriente o professor durante as aulas sobre o tema síntese e características dos polímeros. A metodologia utilizada é a revisão bibliográfica. Os dados foram coletados através de livros e artigos disponibilizados nas plataformas online. Os resultados demostram que o ensino sobre polímeros, são de grande relevância para se possuir uma boa formação dos futuros cidadãos, desenvolvendo questões ambientais, biológicas e geográficas. Palavras-Chave: Polímeros Sintéticos. Propriedade. Transposição Didática. ABSTRACT Nowadays there is an increasing number of polymers available to satisfy the diverse needs of the human being. These materials are widely used in the automotive industry, in boxes and mechanisms for home appliances and electrical appliances, among many others. This wide variety of uses is because they have exceptional chemical, mechanical and thermal properties, especially special polymers, which are closely related, mainly, to their chemical composition and structure. The study of polymers is very important and the teaching of this content seeks to understand and discuss its use and / or reuse, impacts of the disposal of these materials on the environment and possibilities for recycling. In this context, this research aims to develop a proposal that guides the teacher during classes on the topic of synthesis and characteristics of polymers. The methodology used is the bibliographic review. Data were collected through books and articles made available on online platforms. The results show that teaching about polymers is of great relevance for having a good education for future citizens, developing environmental, biological and geographical issues. (^1) Discente do curso de Bacharelado em Química no Centro Universitário Internacional- UNINTER. (^2) Professor convidado como orientador do trabalho de conclusão de curso.
Keywords: Synthetic Polymers. Properties. Didactic Transposition. 1 - INTRODUÇÃO Os polímeros, sintéticos ou naturais, estão presentes em todos os aspectos de nossas vidas, em muitos materiais modernos, equipamentos farmacêuticos, dispositivos eletrônicos, peças automotivas, equipamentos médicos, etc. Ao longo dos anos, os polímeros vêm substituindo os materiais tradicionais, principalmente, pelo baixo custo e pela possibilidade de serem adaptados em uma infinidade de aplicações especiais. Nossa vida passou por uma grande mudança com o uso de alguns objetos por exemplo, telefones celulares, computadores, eletrodomésticos, televisores, etc., que são aparelhos feitos com peças feitas de diversos materiais poliméricos. Os polímeros estão presentes em qualquer lugar, até mesmo em nossas casas, por isso o desenvolvimento de novos polímeros ou a modificação ou aprimoramento dos tradicionalmente utilizados, é um dos objetivos da meta de muitos cientistas que orientam suas pesquisas nestes importantes temas. Nesse contexto, a pergunta que norteia esse estudo é: Quais são as aplicações, características e propriedades dos polímeros sintéticos? O objetivo geral é desenvolver uma proposta que oriente o professor durante as aulas sobre o tema síntese e características dos polímeros. Para alcançar o objetivo proposto foi utilizada a metodologia de revisão de literatura. Os dados foram coletados através de livros e artigos disponibilizados nas plataformas online. Essa pesquisa se justifica no sentido de demonstrar a importância do estudo dos polímeros, visto que a variedade de objetos a que temos acesso hoje se deve à existência de polímeros sintéticos, a exemplo de sacolas plásticas, canos para água, panelas antiaderentes, mantas, colas, tintas, chicletes, etc. Quanto ao meio acadêmico, esse estudo pode vir a contribuir com estudantes do curso de Bacharelado em química, visto que os polímeros adquiriram muita importância na sociedade devido a sua vasta aplicação, sendo objeto de estudo de diversos pesquisadores e de futuros profissionais da área. 2 REFERENCIAL TEÓRICO
2.2 POLÍMEROS SINTÉTICOS EM NÚMEROS
Atualmente, o volume de produção de polímeros supera as correspondentes produções conjuntas de aço e alumínio (mas não em massa, porque os metais são mais densos). Globalmente, 335 milhões de toneladas de materiais plásticos (termoplásticos e poliuretanos) e outros plásticos (termofixos, adesivos, revestimentos e selantes) foram produzidos em 2016. A China é o maior produtor de materiais plásticos (29% da produção mundial), seguida da Europa e do NAFTA. Na América Latina, 4% do total mundial é produzido. Especificamente, de acordo com relatórios de 2007, O Brasil produz 1,3 Mton e consome 41kg / habitante per capita por ano. 45,5% da produção argentina é destinada a embalagens. MÉTODOS DE OBTENÇÃO DE ESTRUTURAS POLIMÉRICAS Em materiais poliméricos, ao contrário de outros materiais, sua estrutura condiciona diretamente seu comportamento e propriedades. Como são obtidos os polímeros sintéticos? Existem basicamente três possibilidades para a síntese de materiais poliméricos: etapa de polimerização, polimerização em cadeia e modificação química de polímeros. Os dois primeiros métodos incluem poli condensação e poliadição, por um lado, e polimerizações por radical, aniônico, catiônica ou coordenação, respectivamente. Em todos esses casos, começamos a partir de moléculas pequenas que se transformam em longas cadeias por diferentes mecanismos e sob condições específicas (MARQUES, 2010). A polimerização radical produz a maioria dos polímeros mais comumente usados frequente. Este processo compreende 3 estágios: iniciação, propagação e término e muitas vezes é acompanhado por transferência em cadeia. Na iniciação, um radical livre formado a partir de um iniciador é adicionado a uma molécula de monômero para formar um centro ativo, que então se propaga. A propagação ou reação de crescimento consiste na rápida adição de monômero às espécies em crescimento. Na terminação, as cadeias crescentes são destruídas, geralmente pela interação bimolecular de radicais (MANO, 2004). Por outro lado, novos materiais podem ser obtidos pela modificação de polímeros já formados. Essa modificação pode ser física ou química. Por modificação física é compreende a mistura do polímero com certos aditivos, como corantes, estabilizantes para temperatura ou radiação ultravioleta, plastificantes, antioxidantes e outros que causam alterações das propriedades físicas do material sem tocar ou alterar as ligações dos átomos que compõem as
cadeias. A modificação química, por outro lado, inclui todos os tipos de reações que eles mudam de alguma forma a estrutura química do polímero (SPINACE, 2000). Em princípio, qualquer reação ou orgânico que é possível entre moléculas de baixo peso molecular também pode ser realizado em macro moléculas. As reações de modificação de polímero têm sido amplamente utilizadas e muitos deles explorados comercialmente. Das primeiras reações à modificação de celulose ou vulcanização da borracha, polímeros como PS, PVC ou acrílicos sofreram reações com qualquer um dos seguintes objetivos: Obtenção de novas propriedades no polímero ou aprimoramento das existentes; Introdução de aditivos na cadeia para evitar problemas de contaminação; Introdução seletiva de funções químicas na superfície do polímero, a fim de resolver problemas de adesão, biocompatibilidade e resistência mecânica de compósitos ou materiais compósitos (PETRY, 2012). O estudo da modificação de polímeros passa necessariamente pelo estudo da reatividade dos grupos funcionais presentes na cadeia. Essa reatividade é afetada pelos chamados efeitos poliméricos, como a influência da cristalinidade, mudanças na solubilidade, efeitos de grupo de vizinhança, efeitos estéricos e efeitos configuracionais e conformacionais. A grande complexidade deste estudo significa que estes tipos de relações ainda não são suficientemente conhecidos quanto ao seu funcionamento teóricos e, em muito poucos casos, foram suficientemente estudados (CANGEMI, 2009) CARACTERIZAÇÃO ESTRUTURAL DO POLÍMERO A caracterização do polímero é uma etapa fundamental para o estudo dE novo polimerso fabricados. A composição, peso molecular, organização molecular e propriedades físicas são primeiro determinados. Às vezes, a determinação também é necessária de propriedades específicas ou testes de qualidade (ALFREY, 1971). Quando falamos de estrutura em polímeros, devemos nos referir a três aspectos fundamentais: Constituição, que inclui os tipos de átomos ou grupos que ocorrem em uma cadeia, sua distribuição ao longo dela, o tipo de substituintes, o tipo de comprimento das cadeias ramos, peso molecular, etc.; Configuração, que se refere à colocação no espaço dos substituintes em torno de um dado átomo; Conformação, que é determinada pela rotação dos diferentes grupos em torno de ligações simples para adotar as posições mais energeticamente favoráveis (ANTUNES, 2007). Tanto a constituição quanto a configuração podem ser controladas em maior ou menor grau ao sintetizar um polímero, enquanto a conformação é determinada pela soma de efeitos
Geralmente, as regiões cristalinas têm algumas centenas de nanômetros de largura, tamanho e são circundados por áreas de não ordem, a fase amorfa. As duas regiões de temperatura que refletem o grau de movimento da corrente e, em certa medida, o grau de ordenação são o ponto de fusão cristalino Tm e a temperatura de transição vítrea Tg. A geometria, o tamanho e a distribuição das regiões cristalinas afetam as propriedades físicas do polímero. A ordem molecular pode ser determinada principalmente por métodos térmicos DTA, DSC e TG; Difração de raios X e Microscopia Ótica e Eletrônica (BIANCHI, 2005). PROPRIEDADES DO POLÍMERO Os materiais obtidos a partir de polímeros sintéticos apresentam uma ampla gama de propriedades dependendo de sua microestrutura. Eles podem ser duros, elásticos, duro, opaco, transparente, resistente, eletricamente condutor, permeável etc. Hoje em Hoje é fácil obter polímeros com boas propriedades mecânicas (comparáveis às do aço); térmico (estabilidade térmica até 500 C) e mais transparente do que o cristal (AKCELRUD, 2006). Para determinar as propriedades físicas de um polímero, uma grande variedade de técnicas e equipamentos ou utiliza testes ou especificações de acordo com a norma ou não. As propriedades que são determinadas neste equipamento são denominadas mecânicas, químicas, elétricas, térmicas e ópticas. Existem milhares de instrumentos diferentes para realizar esses testes. Sem dúvida a caracterização mais utilizada para uma primeira avaliação do material é a relação tensão-deformação. Da inclinação do gráfico, obtemos o módulo em tensão (e refere- se à dureza) e resistência à deformação (CALLISTER ,2002) O estudo das propriedades mecânicas de um polímero é uma necessidade para correlacionar a resposta de diferentes materiais sob uma variedade de condições e, assim, ser capaz de resgatar o comportamento desses materiais em aplicações práticas. Não há polímero (ou qualquer outro material) que exiba todas as propriedades necessário para todos os produtos, portanto, polímeros diferentes devem às vezes ser combinados, embora hoje em dia o uso de um grande número de polímeros diferentes seja limitado em um aplicativo para os problemas que se originam na sua recuperação (reciclagem). Combinado com outros materiais como o aço, o coeficiente de dilatação térmica deve ser levado em consideração (CANEVALORO, 2006). TRANSPOSIÇÃO DIDÁTICA: UMA APLICAÇÃO PARA QUÍMICA Todo projeto curricular se materializa com a identificação e designação de conteúdo de conhecimento (conceituais), o que por meio de um processo de reajuste que não pode ser
limitado a meras simplificações de tal conhecimento, eles se tornarão conteúdo de ensino para alunos em seus diferentes estágios de desenvolvimento intelectual (LEITE, 2012). Os problemas que surgem na nomeação de tal conteúdo de conhecimento vêm, entre outros fatores, do relação que se faz entre ciência para ensinar na escola e a Ciência dos Cientistas. Consequentemente, o ensino de ciências implica construir pontes entre os conhecimentos expressos pelos cientistas em suas comunicações e textos, e o conhecimento de que os alunos podem construir. Bem, o estudo dos mecanismos através qual conteúdo ou objeto de conhecimento científico se torna um conteúdo ou objeto de ensino, é o que foi dado na chamada Transposição Didática (GUIMARÃES, 2009). Nasceu historicamente por ocasião do ensino de a “nova matemática ou matemática moderna”, a transposição didática difunde-se para além desta esfera, alcançando as chamadas "ciências duras". Além disso, Chevallard, seu grande mentor, recentemente a incluiu na Teoria Antropológico da Didática, com o qual adquire o arcabouço teoricamente que o cobre de forma adequada. Apesar de sua atual generalização, a missão original que o identifica continua inalterada: buscar a melhor transferência de conhecimento resguardando sua legitimidade (ALVES, 2004). O primeiro garante a transformação e expressa a transformação de um objeto de conhecimento científico em um objeto a ser ensinado. O segundo, a transformação de um objeto a ser ensinado em objeto de ensino (CHEVALLARD, 1991). A experiência nos mostra que o conteúdo para transmitir (objetos de ensino), explicitamente declarado nos programas ou meramente interpretados por estes, são autênticos em maior ou menor grau. Algumas vezes No entanto, são verdadeiras "criações didáticas", as que em qualquer caso não poderia e não deveria atentar contra o essência do conhecimento original. Excedeu esse limite, criação didática leva à disfunção ou substituição objetos patológicos, uma situação mais frequente do que seria de esperar. Garante que isso não aconteça, fica o estudo da relação entre o objeto de conhecimento e o objeto de ensinar (e, portanto, a posteriori com o objeto de ensino), que é justamente a tarefa essencial da análise ou salvaguarda epistemológica (LEITE, 2012). Esta tarefa inevitável de vigilância epistemológica é finalmente acrescenta outro de igual importância: apontar o princípios epistemológicos, ontológicos e conceituais, que deverão ser tratados durante o processo de ensino ensino-aprendizagem dos conteúdos que foram objeto do transposição (GUIMARÃES, 2009). Em resumo, as considerações epistemológicas são decisivo para atribuir significados concretos aos currículos na sala de aula, e sua contribuição para a Análise Didática é decisiva.
em misturas, em solução ou 100% concentrados. Embora a maioria dos polímeros sejam orgânicos com um esqueleto baseado principalmente em átomos de carbono, também existem polímeros inorgânicos baseados em átomos de silício. O peso molecular de uma cadeia polimérica pode ser muito variável, atingindo valores da ordem de 107 para polímeros sintéticos (poliestireno) e 109 para biopolímeros (DNA de Escherichia coli). Qual a relevância do estudo de polímeros? Para responder à questão anterior, basta apontar que: a) Os polímeros são um componente básico da matéria viva. Se removermos a água de uma célula típica, aproximadamente 90% do que resta são biomacromoléculas. b) Os polímeros sintéticos são um dos materiais modernos com maior impacto na sociedade industrial do nosso século. Estima-se que no início da década de 70, nos países industrializados, cerca de 30% dos formados em carreiras científicas que ingressaram em indústrias com componente científica trabalhavam em algum assunto relacionado a polímeros. Exemplos de polímeros naturais são proteínas, polinucleotídeos (DNA, RNA), polissacarídeos (amido, celulose), 2 lipídios (sabões, ceras, componentes da membrana celular, borracha, óleos naturais e resinas). Como polímeros sintéticos, temos:
- plásticos, que são materiais que, quando deformados pela aplicação de uma força, mantêm sua nova forma mesmo na ausência dela. Os plásticos podem ser rígidos ou flexíveis, dependendo de sua resistência à deformação. Às vezes, eles formam filamentos dando origem a fibras sintéticas, como náilon (poliamida), orlon (poliacrilonitrila) e dacron (poliéster). Quando aquecidos, os plásticos são moles; quando esse processo é reversível, são termoplásticos como poliestireno, polipropileno e polivinil; Quando não é reversível, o que ocorre é que acima de uma temperatura crítica formam-se ligações cruzadas entre as cadeias poliméricas, com as quais o material endurece permanentemente (como é o caso de resinas como as epóxi, que são poliéteres de glicóis e dialdeídos - e resinas fenólicas).
- Elastômeros, que são materiais elásticos com propriedades semelhantes às da borracha, por exemplo: poliestireno-butadieno (SBR), silicones e poliuretanos. Do ponto de vista tecnológico-industrial, a ciência dos materiais que trata do estudo dos polímeros sintéticos é de fundamental importância, pois permite a fabricação de materiais com propriedades físicas e químicas (dureza, rigidez, elasticidade, durabilidade, propriedades ópticas, estabilidade térmica, química, etc.) específica para um determinado uso. Exemplos de objetos feitos de polímeros sintéticos são têxteis sintéticos, instrumentos cirúrgicos, tintas, adesivos, cordas e cordas; esponjas, filmes fotográficos, isolantes elétricos, discos, substâncias não pegajosas (como o teflon), pneus e brinquedos (ANTUNES, 2007).
Um aspecto dos polímeros que decorre diretamente do que foi mencionado ao longo desta seção é a natureza interdisciplinar de seu estudo. Dependendo de qual aspecto do comportamento dos polímeros está sendo estudado, nos encontraremos no campo de trabalho de biólogos, bioquímicos, biofísicos, químicos, físico-químicos, engenheiros químicos e / ou físicos. Nesse contexto, o desafio atual da escola consiste em estabelecer um conjunto de conhecimentos que permita aos alunos compreender o informação que chega até eles por diferentes meios, comunica suas ideias e projetam tais conhecimentos (SANMARTI, 2002). Da mesma forma, o estado atual e o desenvolvimento do conhecimento mento indica que não se pode pretender esgotar a formação de um futuro profissional durante o período tradicional Ciclos de graduação (LEITE, 2012). A extensão incomensurável de tal conhecimento, com a mesma previsão ou até mais rápida para o futuro, faz é imperativo delimitar áreas que contenham os princípios principais unificando líderes que treinam durante o treinamento inicial para assimilar novos conteúdos por meio da autoaprendizagem (DESLAURIERS, 1991). Portanto, a escolha e dosagem do currículo deve ser feito com um espírito de inclusão. O grande e atual temas devem conter uma rede conceitual legítima em seus fundamentos e versátil em suas projeções, uma tarefa no que terá um papel especial a Transposição Didática, fornecer conteúdo devidamente certificado em seu validade. Como exemplo, apresentamos o framework da Transposição para a Unidade Didática “Ley del Equilíbrio Químico”, e sua aplicação subsequente a vários áreas da Química (BROCKINGTON, 2005). CONCLUSÃO Polímeros são materiais que se tornaram essenciais no mundo moderno. O desenvolvimento neste campo nos últimos 50 anos tem sido espetacular, pelo que existem basicamente duas razões: em primeiro lugar, é cada vez mais compreendido como o estrutura de materiais poliméricos com suas propriedades e, segundo, novos métodos sintéticos estão sendo desenvolvidos a cada vez para fazer estruturas mais complicadas; e melhor adaptado a aplicações específicas. Tentando contribuir com maio visibilidade da temática polímero na educação brasileira, esta investigação buscou desenvolver um texto didático que auxilie o professor no ensino de polímeros. Para tanto, foram utilizadas teorias para auxiliar o professor na construção do aprendizado dos alunos.
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