Compare as propriedades mecânicas do PEBD, PVC, PP e PS, e explique as diferenças em função das estruturas de cada polimero.
Polimero
Tensão de
Ruptura
E (MPa)
Estrutura
PEBD
21
276
Amorfo e ramificado
PP
41
1517
Amorfo com grupo lateral de metila
PS
55
3103
Amorfo com grupo lateral de benzeno
PVC
62
4137
Amorfo com grupo lateral de Cl
Polimero |
|
E (MPa) | Estrutura | ||
PEBD | 21 | 276 | Amorfo e ramificado | ||
PP | 41 | 1517 | Amorfo com grupo lateral de metila | ||
PS | 55 | 3103 | Amorfo com grupo lateral de benzeno | ||
PVC | 62 | 4137 | Amorfo com grupo lateral de Cl |
Passo 1
Beleza, o enunciado pede pra gente comparar as propriedades mecânicas de quatro polímeros (PEBD, PP, PS e PVC) — especificamente tensão de ruptura (em MPa) e módulo de elasticidade
(em MPa) — e explicar por que eles têm esses valores a partir da estrutura de cada um. Essa é matéria de Ciência dos Polímeros, mais precisamente a parte que fala da relação estrutura‐propriedade. Vamos precisar da tabela que já foi dada e dos conceitos de tensão de ruptura, módulo de elasticidade e de como ramificações e grupos laterais influenciam rigidez e forças intermoleculares.
Passo 2
Primeiro: o que é cada coisa?
- Tensão de ruptura (ou resistência à tração)
: é a máxima tensão que o material suporta antes de quebrar. - Módulo de elasticidade
: mede a “rigidez” do material, ou seja, o quanto ele deforma elasticamente quando aplicamos uma força.
Quanto maiores
e
, mais forte e mais rígido é o polímero.
Passo 3
Então, olhando a tabela:
- PEBD:
MPa, MPa - PP:
MPa, MPa - PS:
MPa, MPa - PVC:
MPa, MPa
Ordem de resistência (
) e rigidez (
), do menor pro maior, é sempre:
PEBD < PP < PS < PVC.
PEBD < PP < PS < PVC.
Passo 4
Por que isso acontece? Vamos ver a estrutura:
- PEBD (amorfo e bem ramificado)
- As ramificações atrapalham o “encaixe” das cadeias, geram pouco contato entre elas e quase não têm forças de atração. Por isso é bem flexível (baixo
) e fraco (baixa ).
- As ramificações atrapalham o “encaixe” das cadeias, geram pouco contato entre elas e quase não têm forças de atração. Por isso é bem flexível (baixo
- PP (amorfo com grupo –CH
) - O metila é pequeno, mas já limita a rotação da cadeia e deixa o empacotamento mais organizado que no PEBD. Então cresce a rigidez e a resistência, mas ainda não é super rígido.
- PS (amorfo com fenil, grupo –C
H ) - O anel benzênico é gigante e rígido. Isso impede rotação e aumenta bastante o empacotamento e até as interações
– entre anéis. Aí o polímero fica bem mais duro ( alto) e forte ( alto).
- O anel benzênico é gigante e rígido. Isso impede rotação e aumenta bastante o empacotamento e até as interações
- PVC (amorfo com Cl)
- O cloro é grande e bem polar, gerando forças dipolo–dipolo fortes entre as cadeias. Além disso, a massa molar “efetiva” sobe, deixando tudo bem justinho. Por isso o PVC é o campeão de rigidez e resistência.
Resposta
A ordem de resistência e rigidez é PEBD < PP < PS < PVC. O motivo principal é que cadeias mais ramificadas (PEBD) têm poucas interações e ficam flexíveis; grupos laterais maiores e/ou polares (metila, fenil, Cl) limitam rotações, melhoram o empacotamento e aumentam as forças intermoleculares, elevando
e
, sendo o PVC o mais rígido e resistente por causa dos fortes dipolos Cl–Cl.