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8/18/2019 Texto Complementar - Aspectos Históricos Sobre o Desenvolvimento Da Ciência e Tecnologia de Polímeros

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Aspectos Históricos sobre o Desenvolvimento daCiência e da Tecnologia de Polímeros

A comunidade de profissionais que trabalha na área de polímeros tem crescido signi ficati vamente nestes últimos tempos no Brasi l . Alguns profissionais formaram-se especifi camente para trabalhar nesta área enquanto outros se adequaram àela ao longo de sua carreira profissional . Apesar do acentuado desenvolvi - mento tecnológico nas áreas de plásticos, borrachas e fibras, pouco éconhecido histor icamente sobre o surgimento destes mater iais e sua evolução científica e tecnológica. Considerando que o conhecimento his-

tórico sobre a origem e a evolução deste tema faça par te da capaci tação cul tural da comunidade de polímeros no Brasil , reservou-se um espaço nesta seção editor ial para mostrar alguns aspectos históri cos sobre o desenvolvimento da ciência e tecnologia de polímeros. As informações conti das nesta matéria foram reti ra- das do l ivro “Polymers : The Or igins and Growth of a Science” , escri to por H. Morawetz, publicado pela pr imeira vez em 1985 pela editora John Wiley & Sons e reeditada em 1995 pela editora Dover.

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A evolução da humanidade,desde seus primórdios, está intima-

mente ligada à capacidade do Ho-mem em criar alternativas paragarantir sua sobrevivência e melho-rar seu conforto de vida. Assim, épossível observar constantes avan-ços científicos e tecnológicos nasáreas de alimentação, da saúde, decomunicação, de transporte, etc.,para atingir tais objetivos. Grandeparte das mudanças ocorridas atéos dias de hoje se deve à disponi-

bilidade de materiais adequadospara transformar as idéias, e mes-mo sonhos, em realidade. Esta cor-relação é tão significativa que aevolução do ser humano na face da Terra é cronologicamente registra-da através de épocas designadaspelos materiais disponíveis até en-tão, tais como, Idade da Pedra, Ida-de do Bronze, Idade do Ferro, etc.

Neste último século grande

parte das mudanças tecnológicas

realizadas pelo Homem se deve aosurgimento dos polímeros como

material alternativo. Assim, borra-chas sintéticas, plásticos e fibrassintéticas revolucionaram o desen-volvimento dos setores auto-motivos, eletro-eletrônicos, têxteis,de embalagens, da medicina, etc.A importância dos polímeros comomateriais disponíveis para a trans-formação tecnológica deste séculoé tal que não seria exagero consi-derar a hipótese que algum histo-

riador no futuro venha a designareste período, cronologicamente,como a Idade dos Polímeros, emanalogia às épocas anteriores. Paragarantir que isto não seja nenhumabsurdo basta imaginar como se-ria o atual estágio de desenvolvi-mento tecnológico se os polímerossintéticos não fossem disponíveis.Certamente as características demateriais similares como madeira,

papel, borracha natural e fibras na-

turais não seriam suficientes parasuprir as necessidades.

Apesar dos materiais polimé-ricos terem revolucionado o desen-volvimento tecnológico desteséculo, seu surgimento, do ponto devista científico, ocorreu na segundametade do século passado. O termopolímero foi criado pelo famoso quí-mico alemão J. Berzelius em 1832.Na realidade Berzelius tentou criarum termo para diferenciar molécu-las orgânicas que possuíam os mes-

mos elementos químicos mas nãonecessariamente as mesmas proprie-dades químicas, como por exemploos gases etileno e buteno. Inicialmen-te estas moléculas foram chamadasde i soméricas e posteriormenteBerzelius esclareceu que as molécu-las de buteno, possuindo 4 átomos decarbono e 8 átomos de hidrogênio,seriam oestado polimérico das mo-léculas de etileno, que em sua opi-

nião possuíam 1 átomo de carbono e


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2 átomos de hidrogênio. Assim, o ter-mo polímero foi utilizado para repre-sentar as moléculas de buteno comosendo constituídas de muitas (poli)unidades(meros) de etileno. Vale a

pena ressaltar que nesta época não seconhecia o conceito de macro-moléculas, que só veio a ser estabe-lecido em meados do século XXatravés de Hermann Staudinger.Anos mais tarde, em 1866, P. E. M.Berthelot utilizou o termo polímerodentro do mesmo contexto deBerzelius, ou seja, acetileno poderiaser convertido empolímeros chama-dos benzeno e estireno através de

aquecimento. O termo polímeros sóveio a ser usado como é conhecidohoje após 1922.

As primeiras experiências rea-lizadas pelos cientistas do séculopassado com substâncias polimé-ricas envolviam polímeros naturaistais como borracha natural, amido,celulose e proteínas. Apesar da bor-racha natural ser menos abundanteque a celulose e as proteínas, ela foi

muito importante do ponto de vistahistórico para a Ciência dePolímeros. As suas propriedadeselásticas eram tão diferentes dos só-lidos até então conhecidos que mui-tas pesquisas sobre a borrachanatural foram realizadas por simplescuriosidade. O próprio descobridorda América, Cristóvão Colombo, fi-cou intrigado com comportamentoda borracha natural e escreveu para

o rei da Espanha contando que ha-via observado uma brincadeira in-teressante entre os nativos do Haiti.Uma bola feita de uma resina quebrotava de uma árvore, era jogadaentre os nativos e pulava de um ladopara outro com grande elasticidade.Em 1826 M. Faraday fez uma aná-lise química elementar da borrachanatural e encontrou uma razão empeso de 6,8 entre átomos de carbo-

no e de hidrogênio(C/H). Hoje se

sabe que esta relação é de 7,5. Em1857 Lord Kelvin publicou um tra-balho teórico analisando o compor-tamento de determinados sólidos sobefeitos térmicos. Foi relatado que

uma tira de borracha da Índia, quan-do estirada rapidamente aquecia-seinstantaneamente, ou melhor, forne-cia calor para o ambiente, enquantoo processo reverso ocorria à medidaque a tira retornava rapidamente aoseu tamanho original. Nesta mesmaépoca Charles Goodyear conseguiudesenvolver o processo de vulcani-zação da borracha natural tornandopossível o seu uso mais apropriado

em aplicações onde a sua elastici-dade fosse imprescindível.O início da indústria de polí-

meros ocorreu basicamente com odomínio da tecnologia de vulcani-zação da borracha natural. Este ma-terial já era utilizado em determinadasaplicações, mas suas característicaspegajosas com o aumento de tempe-ratura e a inexistência do processo devulcanização, limitavam em muito

seu uso até então. Em 1844 Goodyearconseguiu patentear o seu processode vulcanização na França, entretan-to no mesmo ano, mais precisamen-te um mês antes, Thomas Hancockpatenteou um processo semelhante devulcanização na Inglaterra. Até hojeexiste uma controvérsia sobre o ver-dadeiro inventor de tal processo. Oimpacto da descoberta do processode vulcanização foi tal que o con-

sumo de borracha natural em 1830,antes do desenvolvimento da vul-canização, era em torno de 25 tone-ladas passou para 6000 ton. em 1860.O consumo cresceu ainda mais como advento de fabricação dos pneus ecâmaras de ar a partir de 1912. A ce-lulose foi também responsável peloinício da indústria de polímeros. Anitretação da celulose foi o passo ini-cial para transformar a celulose em

material aplicável, entretanto a plasti-

ficação desde produto com cânforaexpandiu o seu uso. Em 1870 os ir-mãos Hyatt patentearam o processode plastificação do nitrato de celulo-se, cujo nome comercial passou a ser

conhecido comocelluloid . Inúmerasaplicações deste produto se iniciaramdesde então tais como bolas de bi-lhar, dentaduras, escova de dente,pentes, bonecas, etc. Em meados doséculo XX a celulose foi transforma-da em fibras têxteis através de umprocesso de regeneração de celuloseconhecido como processo viscose .Até então a industrialização depolímeros havia se caracterizado pela

modificação de polímeros naturais.Somente em 1907 Lord Baekelandpatenteou o processo de síntese de ummaterial polimérico essencialmentesintético, ou seja, a resina fenol-formaldeído conhecida popularmentecomo resina fenólica e comercial-mente como resina Bakelite, em ho-menagem a seu inventor. O próprioBaekeland fundou duas empresaspara produzir comercialmente esta

nova resina sintética, ou seja, aBakelit-Gesellschaft, na Alemanha,e a General Bakelite Company nosEstados Unidos da América.

Apesar da industrialização depolímeros ter se iniciado no finaldo século passado, o conhecimen-to específico sobre a Ciência dePolímeros era ainda muito in-cipiente. Não havia ainda umaconsciência sobre a estrutura

macromolecular dos polímeros. So-mente em torno de 1920 um jovempesquisador, Hermann Staudinger,professor de química orgânica doInstituto Federal de Tecnologia(ETH) em Zurique, decidiu dedicara estudos de macromoléculas paracompreender melhor o comporta-mento dos compostos orgânicos co-nhecidos até então como “ highmolecular compounds“. A tese men-

cionada pela primeira vez em 1917


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por Staudinger, na qual os compos-tos orgânicos como a borracha na-tural, a celulose e o amido possuíamcadeias poliméricas como molécu-las, foi muito contestada pelos pes-

quisadores da época. Em 1922Staudinger utilizou polímeros sinté-ticos tal como poliformaldeído, oumelhor, poli(óxido de metileno) parasimular o comportamento dasmacromoléculas de amido. Sua con-tribuição tornou-se mais significati-va quando previu que as moléculaspoliméricas poderiam se cristalizar,mesmo possuindo elevados pesosmoleculares. Mesmo mostrando evi-

dências experimentais sobre as ca-racterísticas moleculares dassubstâncias poliméricas, Staudingerfoi, muitas vezes, severamente cri-ticado por importantes pesquisado-res da época. A importância dotrabalho sobre o conceito de po-límeros, realizado por Staudinger, sófoi reconhecido muitos anos maistarde quando recebeu o prêmioNobel de Química em 1953.

O desenvolvimento de novastécnicas de caracterização nos anosque se seguiram, tais como Ultra-centrifugação, Viscosimetria de So-luções e Espalhamento de Luz,puderam elucidar de uma formamais convincente alguns aspectossobre a Ciência de Polímeros. Pos-suindo uma melhor compreensãosobre as características molecularesdos polímeros, foi possível dominar

as técnicas de polimerização. Estefoi o ponto de partida para osurgimento de inúmeros novos tiposde polímeros, satisfazendo novasaplicações. Staudinger e Wallace H.Carothers foram os pioneiros no de-senvolvimento das técnicas depolimerização. Carothers se dedicoumais especificamente ao estudo depolicondensação, enquantoStaudinger se dedicou ao estudo so-

bre poliadição. Em 1928 Carothers

foi contratado pela empresa DuPontpara desenvolver pesquisas idealiza-das e lideradas por ele mesmo, semurgência de aplicação imediata.Carothers dedicou seus primeiros

anos na DuPont estudando a síntesede poliésteres alifáticos. Mesmo de-senvolvendo fibras destes poliéste-res ele acabou desistindo da pesquisapois a temperatura de fusão destesmateriais era relativamente baixa.Simultaneamente Carothers estudoua síntese de poliamidas e, em 1935anunciou o desenvolvimento da sín-tese do Nylon 6,6. Em 1934, J .P.Flory havia sido contratado para tra-

balhar como membro da equipe li-derada por Carothers. Poucos anosmais tarde, em 1937, Carothers co-mete suicídio. Apesar da perda aDuPont prossegue suas pesquisas eem 1938 anuncia no New York Ti-mes o desenvolvimento de fibras têx-teis de Nylon 6,6, como a fibra deseda sintética. A importância do tra-balho de Carothers sobre a síntese depoliésteres só foi reconhecida quan-

do em 1946 J.R. Whinfield anunciouque a condensação de etileno glicol eácido tereftálico proporcionava umpoliéster aromático com elevada tem-peratura de fusão, ou seja, o PET, quepoderia ser utilizado como fibra têx-til. Outro trabalho importante na áreade policondensação foi realizado porO. Bayer que em 1947 anunciou asíntese do poliuretano elastoméricoconstituído de blocos rígidos e maci-

os. A caracterização deste polímeroapresentou novas perspectivas para amelhor compreensão de morfologiase microestruturas de borrachastermoplásticas.

O trabalho de Staudinger sobreo conceito de polímeros quase sem-pre se referia a substâncias de ele-vado peso molecular que, na suaopinião, não poderiam ser produzi-das por policondensação. Esta é a

principal razão pela qual ele não se

interessou por este tipo de po-limerização. Seus estudos tiveramcomo ênfase a poliadição e em 1929publicou detalhes importantes sobrea polimerização de poliestireno.

Staudinger chegou à conclusão queos monômeros deveriam atingir umestado de ativação energético parainiciar o crescimento da cadeiapolimérica, ou seja, foi descoberta aimportância do uso de iniciadores nasíntese através da poliadição. Em1934, Karl Ziegler publica um arti-go utilizando o iniciador lítio butílicopara polimerizar butadieno, ou seja,um composto organo-metálico

como iniciador. Este advento foi oinício do desenvolvimento de ca-talisadores estéreo-específicos paraa síntese de poliolefinas tais comopolietileno, polipropileno, etc. O fatopitoresco sobre a descoberta inicia-da por Ziegler é que ele não estavainteressado em sintetizar polímerosmas sim compostos organo-metáli-cos. Ao tentar realizar a reação en-tre trietil alumínio e hidreto de lítio

para produzir tetra etil-lítio-alumí-nio, utilizou etileno como catalisadore quase que por acidente proporcio-nou a polimerização do etileno embaixas pressões. Em 1954, G. Natta,em parceria com a empresaMontecatini, tenta usar o mesmotipo de catalisador para polimerizarpropileno. Em 1963, Natta divide oprêmio Nobel de química comZiegler pela importante contribuição

no desenvolvimento de catalisadoresestéreo-específicos para sintetizarpoliolefinas, os conhecidos catalisa-dores do tipo Ziegler-Natta.

As décadas de 20 e 30 foram ex-tremamente importantes para o esta-belecimento dos conceitos básicossobre Ciência de Polímeros atravésda participação de Staudinger,Carothers, Flory e outros. As déca-das seguintes de 40, 50 e 60 foram

igualmente importantes para o de-


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* Dados obtidos através da referência : UTRACKI, L.A. – “ History of commercial polymer alloys and blends”.Polym. Eng. Sci. , vol. 35, pag. 2, 1995

Matéria Elaborada pelo Prof. Dr. Elias Hage Jr., Univ. Federal de São Carlos, Departamento de Engenharia de Materiais, São Carlos, SP

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senvolvimento tecnológico da sínte-se de novos polímeros. Em 1960 sur-gem vários periódicos especializadosem polímeros entre eles Journal of Polymer Science, Makromolekulare

Chemie e Polymer . Desde então vá-rios outros periódicos especializadossurgiram na comunidade a saberJournal of Polymer Engineering and Science (1961), European Polymer Journal (1965), Journal of Macromolecular Science (1967),Macromolecules (1968) e outros. Oavanço científico e tecnológico naárea de polímeros teve seu reconhe-cimento através da concessão de vá-rios prêmios Nobel na área dequímica entre eles Staudinger (1953),Ziegler e Natta (1963), Flory (1974)

e Merrifield (1984) na área debiopolímeros. Outros pesquisadoresde vanguarda que contribuíramdestacadamente para a área depolímeros são Hermann Mark, H. W.Melville, J. D. Ferry, C. S. Marvel,W. Kuhn, G.V. Schulz e o pioneiroW. H. Carothers.

Pode-se considerar a históriada Ciência e Tecnologia dePolímeros bastante recente, prin-cipalmente se comparada com ados materiais tradicionais comometais e cerâmicas. Muitos desa-fios encontram-se em andamentonas áreas de C&T de polímeros,principalmente o desenvolvimen-to de propriedades que venham aampliar sua aplicação em diversos

campos tecnológicos. Assim, exis-tem esperanças que o polímero in-trinsecamente condutor elétricovenha a revolucionar a tecnologiade veículos movidos por bateriaselétricas. Da mesma maneira as in-dústrias automotivas, eletro-eletrô-nicas e de embalagens continuama substituição de materiais tradi-cionais por materiais poliméricosdesenvolvidos com novas propri-edades desejadas. Os profissionaisque hoje atuam nos vários setoresde polímeros certamente têm ob-servado que o surgimento depolímeros sintéticos nas primeirasdécadas deste século contribuiu emmuito para a revolução tecnológicapela qual passamos atualmente.

Início de Comercialização de Alguns Polímeros Sintéticos*

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