Polímeros de adição: formação, tipos e exemplos

Os polímeros de adição são macromoléculas formadas pela união sucessiva de monômeros que possuem ligação dupla entre carbonos. Na reação, a dupla se abre e cada monômero se liga ao seguinte pelas extremidades livres, montando uma cadeia longa sem que nenhuma molécula seja eliminada. Todos os átomos do monômero permanecem no produto final.

Essa última característica é o que define a classe e o que a distingue da outra grande família de polímeros. Como nada sai da reação, a unidade que se repete na cadeia tem exatamente a mesma fórmula molecular do monômero de partida, e a massa do polímero é um múltiplo inteiro da massa do monômero. Guardar esse critério resolve a maior parte das questões de identificação em prova.

Estão nessa classe os plásticos mais comuns do cotidiano — sacolas, canos, potes, isopor, teflon — e também as borrachas sintéticas.

Neste conteúdo você encontra:

• Como ocorre a polimerização por adição
• Principais polímeros de adição
• Polímeros de adição 1,4 e as borrachas
  • Borracha natural
  • Vulcanização
• Homopolímeros e copolímeros
• Polímeros de adição e o meio ambiente
• Diferença entre polímeros de adição e de condensação
• Perguntas frequentes
• Exercícios

Como ocorre a polimerização por adição

O ponto de partida é sempre um monômero insaturado, ou seja, uma molécula com ligação dupla entre dois carbonos. A dupla é uma ligação frágil em comparação com a simples, e é justamente essa fragilidade que permite a reação: sob ação de calor, pressão ou de uma substância iniciadora, uma das ligações da dupla se rompe e cada carbono fica com uma valência disponível para se ligar ao monômero vizinho.

De forma esquemática, com o eteno:

n CH₂=CH₂ → ( CH₂ − CH₂ )ₙ

O n representa o número de unidades repetidas, chamado grau de polimerização, e costuma valer milhares. A parte entre parênteses é a unidade repetitiva, o bloco que se reproduz ao longo de toda a cadeia.

O processo completo tem três etapas. Na iniciação, uma substância iniciadora gera a primeira espécie reativa, que abre a dupla do primeiro monômero. Na propagação, essa extremidade reativa ataca o monômero seguinte, que ataca o próximo, e assim sucessivamente: é a etapa que constrói a cadeia. Na terminação, duas extremidades reativas se encontram e a cadeia para de crescer.

Repare que em nenhuma dessas etapas há eliminação de subproduto. É por isso que a polimerização por adição tem, em teoria, rendimento em massa de 100%: tudo o que entra como monômero sai como polímero. A reação é um caso particular das reações orgânicas de adição, as mesmas que explicam a hidrogenação e a halogenação de alcenos.

Principais polímeros de adição

Cada plástico da lista abaixo nasce de um monômero diferente, mas todos seguem o mesmo mecanismo. O que muda é o grupo ligado ao carbono da dupla — e é ele que determina rigidez, transparência, resistência ao calor e aplicação.

Polietileno (PE) — monômero: eteno. É o plástico mais produzido do mundo. Na versão de baixa densidade, forma sacolas e filmes plásticos; na de alta densidade, potes, engradados e tubulações.

Polipropileno (PP) — monômero: propeno. Mais rígido e mais resistente ao calor que o polietileno. Está em potes de micro-ondas, para-choques, cordas e tampas de garrafa.

Policloreto de vinila (PVC) — monômero: cloroeteno, também chamado cloreto de vinila. A presença do cloro dá rigidez e resistência ao fogo. É o material dos canos hidráulicos, de forros e de esquadrias.

Poliestireno (PS) — monômero: estireno, ou fenileteno. Duro e transparente na forma compacta, usado em copos descartáveis e embalagens. Quando expandido com gás, vira o isopor.

Politetrafluoretileno (PTFE) — monômero: tetrafluoretileno. Conhecido pelo nome comercial teflon. Os átomos de flúor tornam a superfície extremamente antiaderente e resistente a produtos químicos.

Polimetacrilato de metila (PMMA) — monômero: metacrilato de metila. É o acrílico, transparente como o vidro e muito mais leve, usado em placas, luminárias e displays.

Poliacrilonitrila (PAN) — monômero: acrilonitrila. Forma fibras têxteis vendidas como lã sintética e é matéria-prima das fibras de carbono.

Polímeros de adição 1,4 e as borrachas

Quando o monômero tem duas ligações duplas em vez de uma, ou seja, quando é um dieno, a polimerização acontece de um jeito particular. As duplas ficam nos carbonos 1-2 e 3-4; a reação ocorre nas extremidades da cadeia, nos carbonos 1 e 4, e uma nova dupla se forma no meio, entre os carbonos 2 e 3. Daí o nome adição 1,4.

A dupla que sobra em cada unidade é o que dá elasticidade ao material: ela impede a cadeia de se acomodar em um arranjo rígido e permite que o polímero seja esticado e volte à forma original. Por isso os polímeros de adição 1,4 são os elastômeros, o nome técnico das borrachas.

Borracha natural

A borracha natural, extraída do látex da seringueira, é o cis-poli-isopreno: um polímero de adição 1,4 do isopreno, ou 2-metil-1,3-butadieno. A palavra cis não é detalhe decorativo. Ela indica que os segmentos da cadeia ficam do mesmo lado da dupla, o que obriga a molécula a se enrolar e produz a elasticidade característica. O isômero trans do mesmo polímero, chamado guta-percha, tem cadeias esticadas e é um material duro, sem elasticidade — mesma fórmula, propriedades opostas.

As borrachas sintéticas seguem a mesma lógica com outros dienos. O polibutadieno vem do 1,3-butadieno; o neoprene, do cloropreno, e resiste bem a óleos e solventes.

Vulcanização

A borracha crua é pegajosa no calor e quebradiça no frio, o que a tornava quase inútil até 1839, quando Charles Goodyear descobriu a vulcanização. O processo consiste em aquecer a borracha com enxofre.

Os átomos de enxofre atacam as duplas que sobraram nas cadeias e formam pontes que ligam uma cadeia à outra — as chamadas ligações cruzadas. O resultado é uma rede tridimensional em que as cadeias já não deslizam livremente umas sobre as outras: a borracha ganha resistência mecânica, deixa de amolecer no calor e mantém a elasticidade em uma faixa muito mais ampla de temperatura. É o que torna possível o pneu.

Homopolímeros e copolímeros

Quando a cadeia é construída a partir de um único tipo de monômero, o material é um homopolímero. É o caso de todos os plásticos listados acima: o polietileno só tem eteno, o PVC só tem cloreto de vinila.

Quando dois ou mais monômeros diferentes se alternam na mesma cadeia, o material é um copolímero. O exemplo mais importante é a borracha SBR, feita de butadieno e estireno, que é a borracha sintética mais produzida no mundo e o principal componente dos pneus modernos. Outro é a borracha nitrílica, obtida de butadieno e acrilonitrila, usada em luvas e mangueiras que precisam resistir a óleos.

A vantagem do copolímero é prática: combinando monômeros, o químico ajusta propriedades que nenhum dos dois teria sozinho.

Polímeros de adição e o meio ambiente

Quase todos os polímeros de adição são termoplásticos: amolecem quando aquecidos e endurecem ao esfriar, sem que a estrutura química mude. Essa propriedade tem uma consequência importante — eles podem ser fundidos e remoldados várias vezes, o que os torna recicláveis.

É por isso que o sistema internacional de identificação de plásticos, aquele triângulo com um número no fundo das embalagens, reserva quatro dos sete códigos a polímeros de adição: 2 para o polietileno de alta densidade, 3 para o PVC, 4 para o polietileno de baixa densidade, 5 para o polipropileno e 6 para o poliestireno.

O outro lado da moeda é a durabilidade. As ligações carbono-carbono da cadeia principal são muito estáveis e não são reconhecidas pelas enzimas dos micro-organismos decompositores, de modo que esses materiais permanecem no ambiente por séculos. A fragmentação por luz solar e atrito não resolve o problema: apenas produz os microplásticos, partículas menores que cinco milímetros que hoje são encontradas em oceanos, solos e organismos vivos. A pesquisa em polímeros biodegradáveis busca justamente cadeias que contenham ligações passíveis de quebra biológica.

Diferença entre polímeros de adição e de condensação

Monômeros. Na adição, moléculas com ligação dupla entre carbonos. Na condensação, moléculas com dois grupos funcionais reativos, como diácidos, diálcoois e diaminas.

Subproduto. Na adição, nenhum. Na condensação, elimina-se uma molécula pequena a cada ligação formada, quase sempre água.

Massa. Na adição, a unidade repetitiva tem a mesma massa do monômero. Na condensação, ela é menor, porque parte dos átomos saiu na molécula eliminada.

Exemplos típicos. Adição: polietileno, PVC, poliestireno, borrachas. Condensação: náilon, PET, baquelite, proteínas.

Esse critério do subproduto é o teste mais rápido em prova. Para ver a outra família em detalhe, com os mecanismos de formação do náilon e do PET, leia o conteúdo sobre polímeros de condensação.

Perguntas frequentes

O que são polímeros de adição?

Polímeros de adição são macromoléculas formadas pela união de monômeros que contêm ligação dupla entre carbonos, sem eliminação de nenhuma molécula durante a reação. A dupla se abre e cada monômero se liga ao seguinte, de modo que todos os átomos iniciais permanecem na cadeia final.

Qual é a diferença entre polímero de adição e de condensação?

A diferença está no subproduto: na adição não há eliminação de moléculas, enquanto na condensação cada ligação formada libera uma molécula pequena, geralmente água. Por consequência, o monômero da adição tem ligação dupla e o da condensação tem dois grupos funcionais reativos.

Quais são os principais exemplos de polímeros de adição?

Os mais importantes são o polietileno (sacolas e potes), o polipropileno (para-choques e tampas), o PVC (canos), o poliestireno (isopor e copos), o teflon (panelas antiaderentes), o acrílico e as borrachas sintéticas como o SBR e o neoprene.

Por que a borracha precisa ser vulcanizada?

Porque a borracha crua amolece no calor, endurece no frio e tem pouca resistência mecânica. A vulcanização aquece a borracha com enxofre, que forma pontes entre as cadeias e cria uma rede tridimensional, tornando o material resistente e elástico em uma faixa ampla de temperatura.

Os polímeros de adição são recicláveis?

Sim, porque são termoplásticos: amolecem com o aquecimento e podem ser fundidos e remoldados sem alteração química. Ser reciclável, porém, não significa ser biodegradável — as ligações carbono-carbono da cadeia resistem à ação de micro-organismos e o material permanece no ambiente por séculos.

Para treinar a identificação de monômeros e a associação entre estrutura e propriedade, resolva a lista de exercícios sobre polímeros. Se quiser o panorama das duas famílias, incluindo os biopolímeros e os materiais biodegradáveis, comece pelo artigo geral sobre polímeros. E, caso a dúvida esteja na nomenclatura dos monômeros citados aqui, o conteúdo sobre compostos orgânicos revisa as funções envolvidas.

Exercícios